空気電池用電解液
【課題】空気電池の出力を向上することができる電解液を提供する。
【解決手段】空気電池用の電解液であって、カチオン部としてＮ，Ｎ−ジエチル−Ｎ−メチル−Ｎ−プロピルアンモニウム（Ｎ１２２３）を含み、アニオン部として式（２）：
で表されるビス（トリフルオロメタンスルホニル）アミド（ＴＦＳＡ）を含むイオン液体であるＮ，Ｎ−ジエチル−Ｎ−メチル−Ｎ−プロピルアンモニウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）アミド（Ｎ１２２３ＴＦＳＡ）を含む、電解液。
【解決手段】空気電池用の電解液であって、カチオン部としてＮ，Ｎ−ジエチル−Ｎ−メチル−Ｎ−プロピルアンモニウム（Ｎ１２２３）を含み、アニオン部として式（２）：
で表されるビス（トリフルオロメタンスルホニル）アミド（ＴＦＳＡ）を含むイオン液体であるＮ，Ｎ−ジエチル−Ｎ−メチル−Ｎ−プロピルアンモニウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）アミド（Ｎ１２２３ＴＦＳＡ）を含む、電解液。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気電池に用いられる電解液に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の携帯電話等の機器の普及、進歩に伴い、その電源である電池の高容量化が望まれている。このような中で、金属空気電池は、正極（空気極）において、大気中の酸素を正極活物質として利用して、当該酸素の酸化還元反応が行われ、一方、負極において、負極を構成する金属の酸化還元反応が行われることで、充電又は放電が可能であるため、エネルギー密度が高く、現在汎用されているリチウムイオン電池に優る高容量電池として注目されている（非特許文献１）。
【０００３】
従来、空気電池の非水電解質として有機溶媒が用いられていたが、有機溶媒は揮発性があるとともに、水との混和性もあるために、空気電池の長期作動においては安定性に課題があった。長期の電池作動時には、正極側から電解液が揮発することによって電池抵抗が増大し、あるいは、水分が電池内部に浸入することによって負極であるリチウム等の金属が腐食される懸念があった。これらの現象は、空気電池の長時間放電という特徴を損ねる要因となり得る。
【０００４】
電解液の揮発による減少及び水分の電池内部への混入が抑制され、電池の長期の安定作動が可能なリチウム空気電池を提供することを目的として、非水電解質として、有機溶媒に代えて、Ｎ−メチル−Ｎ−プロピルピペリジニウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）アミド（ＰＰ１３ＴＦＳＡ）等のイオン液体を用いた空気電池が提案されている（特許文献１）。イオン液体とは、カチオンとアニオンとを組み合わせたイオン分子のみから成る物質であり、且つ、常温（１５℃〜２５℃）において液体である物質のことを指す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１４４７８号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】独立行政法人 産業技術総合研究所（産総研）、「新しい構造の高性能リチウム空気電池を開発」、［ｏｎｌｉｎｅ］、２００９年２月２４日報道発表、［平成２３年８月１９日検索］、インターネット＜ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ａｉｓｔ．ｇｏ．ｊｐ／ａｉｓｔ＿ｊ／ｐｒｅｓｓ＿ｒｅｌｅａｓｅ／ｐｒ２００９／ｐｒ２００９０２２４／ｐｒ２００９０２２４．ｈｔｍｌ＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
イオン液体であるＮ−メチル−Ｎ−プロピルピペリジニウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）アミド（ＰＰ１３ＴＦＳＡ）等を空気電池の電解液として用いることによって、電解液の揮発による減少や水分の電池内部への混入の抑制に一定の効果が得られるものの、ＰＰ１３ＴＦＳＡ等の従来のイオン液体を電解液として用いた空気電池は、依然として、電池としての出力が十分であるとはいえない。したがって、空気電池の出力をより向上することができる電解液が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
発明者等は、従来の電解液に対して空気電池の出力を向上することができる電解液について鋭意研究を行い、電解液の酸素供給能という指標に着目して、酸素供給能の高い電解液を空気電池の電解液として用いることによって、空気電池の出力を向上することができることを見出した。
【０００９】
本発明は、空気電池用に用いられる電解液であって、Ｎ，Ｎ−ジエチル−Ｎ−メチル−Ｎ−プロピルアンモニウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）アミド（Ｎ１２２３ＴＦＳＡ）を含む電解液である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、優れた酸素供給能を有する電解液を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】Ｆ型電気化学セルの断面模式図である。
【図２】本発明に係る電解液と比較例の電解液の酸素供給能を比較したグラフである。
【図３】本発明に係る電解液を用いた空気電池と比較例の電解液を用いた空気電池のＩ−Ｖ特性を比較したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明は、空気電池に用いられる電解液であって、イオン液体であるＮ，Ｎ−ジエチル−Ｎ−メチル−Ｎ−プロピルアンモニウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）アミド（以下、Ｎ１２２３ＴＦＳＡという）を含む電解液である。
【００１３】
発明者等は、従来の電解液に対して空気電池の出力を向上することができる電解液について鋭意研究を行い、電解液の酸素供給能という指標に着目して、イオン液体であるＮ１２２３ＴＦＳＡを見出した。Ｎ１２２３ＴＦＳＡは、従来のイオン液体よりも優れた酸素供給能を有することを突き止め、Ｎ１２２３ＴＦＳＡを空気電池の電解液として用いることによって、空気電池の放電時における電流密度をより向上することができ、Ｉ−Ｖ特性の向上を図れることが分かった。Ｉ−Ｖ特性の向上は、電池としての出力の向上を意味する。
【００１４】
特に、従来用いられているイオン液体であるＮ−メチル−Ｎ−プロピルピペリジニウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）アミド（以下、ＰＰ１３ＴＦＳＡという）を電解液として用いた場合よりも、Ｎ１２２３ＴＦＳＡを電解液として用いた場合に、優れたＩ−Ｖ特性を有する空気電池を得ることができることが分かった。Ｉ−Ｖ特性が向上すると電池としての出力の向上につながる。
【００１５】
ＰＰ１３ＴＦＳＡを空気電池の電解液として用いた場合よりも、Ｎ１２２３ＴＦＳＡを空気電池の電解液として用いた場合に優れたＩ−Ｖ特性が得られるのは、Ｎ１２２３ＴＦＳＡの酸素供給能がＰＰ１３ＴＦＳＡよりも高いためと考えられる。
【００１６】
酸素供給能とは、電解液による酸素の供給能力を示す指標であり、数値が大きいほど酸素を多く供給でき、空気電池としての出力を大きくすることができると考えられる。酸素供給能は、電解液中の酸素の溶解濃度（Ｃ［ｍｏｌ・ｃｍ-3］と電解液中の酸素の拡散係数（Ｄ［ｃｍ2・ｓ-1］とをかけ合わせた数値であり、下記の式：
【数１】
で表される。
【００１７】
理論に束縛されるものではないが、空気電池は、正極層（空気極層）、電解質層、及び負極層が積層された構造を有し、酸素は、正極層を通り、電解質層と正極層との界面（反応場）で負極金属イオンと反応する。電解液の酸素供給能が高いことで、正極層における酸素の拡散及び溶解、並びに反応場での酸素の拡散及び溶解が進みやすいため、放電時の電流密度が高くなると考えられる。
【００１８】
Ｎ１２２３ＴＦＳＡイオン液体は、カチオン部として式（１）に示すＮ，Ｎ−ジエチル−Ｎ−メチル−Ｎ−プロピルアンモニウム（以下、Ｎ１２２３という）を含み、アニオン部として式（２）に示すビス（トリフルオロメタンスルホニル）アミド（以下、ＴＦＳＡという）を含む。
【００１９】
【化１】
【化２】
【００２０】
ＰＰ１３ＴＦＳＡイオン液体は、カチオン部として式（３）に示すＮ−メチル−Ｎ−プロピルピペリジニウムを含み、アニオン部として式（２）に示すビス（トリフルオロメタンスルホニル）アミドを含む。
【化３】
【００２１】
Ｎ１２２３ＴＦＳＡを含む電解液は、正極層および負極層との間で金属イオンを交換することができる。
【００２２】
電解質として、Ｎ１２２３ＴＦＳＡのイオン液体そのものを用いてもよいし、Ｎ１２２３ＴＦＳＡのイオン液体に、ＰＰ１３ＴＦＳＡ等の他のイオン液体、及び／またはプロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキシエタン、アセトニトリル、プロピオニトリル、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、ジオキサン、１，３−ジオキソラン、ニトロメタン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、スルホラン、γ−ブチロラクトン、グライム類等の有機溶媒を加えて用いてもよい。
【００２３】
また、電解質として、Ｎ１２２３ＴＦＳＡを含むポリマー電解質又はゲル電解質等を用いてもよい。
【００２４】
Ｎ１２２３ＴＦＳＡには支持塩を溶解させてもよい。支持塩としては、リチウムイオンと、次に挙げるアニオン：
Ｃｌ-、Ｂｒ-、Ｉ-などのハロゲン化物アニオン；ＢＦ4-、Ｂ（ＣＮ）4-、Ｂ（Ｃ2Ｏ4）2-等のホウ素化物アニオン；（ＣＮ）2Ｎ-、［Ｎ（ＣＦ3）2］-、［Ｎ（ＳＯ2ＣＦ3）2］-等のアミドアニオン又はイミドアニオン；ＲＳＯ3-（以下、Ｒは脂肪族炭化水素基又は芳香族炭化水素基を指す）、ＲＳＯ4-、ＲfＳＯ3-（以下、Ｒfは含フッ素ハロゲン化炭化水素基を指す）、ＲfＳＯ4-等のスルフェートアニオン又はスルフォネートアニオン；Ｒf2Ｐ（Ｏ）Ｏ-、ＰＦ6-、Ｒf3ＰＦ3-等のリン酸アニオン；ＳｂＦ6等のアンチモンアニオン；またはラクテート、硝酸イオン、トリフルオロアセテート等のアニオン
とからなる塩を用いることができ、
例えばＬｉＰＦ6、ＬｉＢＦ4、リチウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）アミド（ＬｉＮ（ＣＦ3ＳＯ2）2、以下、ＬｉＴＦＳＡという）、ＬｉＣＦ3ＳＯ3、ＬｉＣ4Ｆ9ＳＯ3、ＬｉＣ（ＣＦ3ＳＯ2）3及びＬｉＣｌＯ4等が挙げられ、ＬｉＴＦＳＡが好ましく用いられる。このような支持塩を２種以上組み合わせて用いてもよい。また、イオン液体に対する支持塩の添加量は特に限定されないが、０．１〜１ｍｏｌ／ｋｇ程度とすることが好ましい。
【００２５】
Ｎ１２２３ＴＦＳＡと共に用いることのできるポリマー電解質は、リチウム塩及びポリマーを含有するものであることが好ましい。リチウム塩としては、従来、リチウム空気電池等で一般的に用いられるリチウム塩であれば特に限定されるものではなく、例えば、上述した支持塩として用いられるリチウム塩等を挙げることができる。ポリマーとしては、リチウム塩と錯体を形成するものであれば特に限定されるものではなく、例えば、ポリエチレンオキシド等が挙げられる。
【００２６】
Ｎ１２２３ＴＦＳＡと共に用いることのできるゲル電解質は、リチウム塩とポリマーと非水溶媒とを含有するものであることが好ましい。リチウム塩としては、上述したリチウム塩を用いることができる。非水溶媒としては、上記リチウム塩を溶解できるものであれば特に限定されるものではなく、例えば上述した有機溶媒を用いることができる。これらの非水溶媒は、一種のみ用いてもよく、二種以上を混合して用いても良い。ポリマーとしては、ゲル化が可能なものであれば特に限定されるものではなく、例えば、ポリエチレンオキシド、ポリプロプレンオキシド、ポリアクリルニトリル、ポリビニリデンフロライド（ＰＶＤＦ）、ポリウレタン、ポリアクリレート、セルロース等が挙げられる。
【００２７】
正極層は導電材を含むことができる。導電材としては、例えばカーボンが挙げられ、カーボンとしては、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、メソポーラスカーボン等のカーボンブラック、活性炭、カーボン炭素繊維等が挙げられ、比表面積の大きいカーボン材料が好ましく用いられる。
【００２８】
正極層はバインダーを含むことができる。バインダーとしては、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、フッ素ゴム等のフッ素系樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリアクリロニトリル等の熱可塑性樹脂、またはスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）等を用いることができる。
【００２９】
正極層は酸化還元触媒を含んでもよく、酸化還元触媒としては、二酸化マンガン、酸化コバルト、酸化セリウム等の金属酸化物、Ｐｔ、Ｐｄ等の貴金属、Ｃｏ等の遷移金属、コバルトフタロシアニン等の金属フタロシアニン等が挙げられる。
【００３０】
正極層、負極層、及び正極層と負極層との間に電解質層を有する空気電池において、電解質層は、正極層及び負極層の間で金属イオンの伝導を行うものであり、Ｎ１２２３ＴＦＳＡを含む液体電解質、ゲル状電解質、ポリマー電解質、またはそれらの組み合わせを含むことができる。
【００３１】
空気電池において、正極層と負極層との間にはセパレータを備えていてもよい。セパレータとしては、特に限定されないが、例えば、ポリプロピレン製不織布、ポリフェニレンスルフィド製不織布等の高分子不織布、ポリエチレン、ポリプロピレン等のオレフィン系樹脂等の微多孔フィルム、またはこれらの組み合わせを使用することができる。Ｎ１２２３ＴＦＳＡイオン液体を含む電解液を、セパレータに含浸させて電解質層を形成してもよい。
【００３２】
空気電池に含まれる負極層は、負極活物質を含有する層である。負極活物質としては、例えば、金属、合金材料、または炭素材料等を用いることができ、例えば、リチウム、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属、マグネシウム、カルシウム等のアルカリ土類金属、アルミニウム等の第１３族元素、亜鉛、鉄等の遷移金属、またはこれらの金属を含有する合金材料または炭素材料等が挙げられる。
【００３３】
また、負極活物質として、リチウム元素を含む合金、酸化物、窒化物、または硫化物を用いることができる。リチウム元素を有する合金としては、例えばリチウムアルミニウム合金、リチウムスズ合金、リチウム鉛合金、リチウムケイ素合金等を挙げることができる。リチウム元素を有する金属酸化物としては、例えばリチウムチタン酸化物等を挙げることができる。また、リチウム元素を含有する金属窒化物としては、例えばリチウムコバルト窒化物、リチウム鉄窒化物、リチウムマンガン窒化物等を挙げることができる。
【００３４】
負極層は、導電性材料及び／またはバインダーをさらに含有してもよい。例えば、負極活物質が箔状である場合は、負極活物質のみを含有する負極層とすることができ、負極活物質が粉末状である場合は、負極活物質及びバインダーを有する負極層とすることができる。なお、導電性材料及びバインダーについては、上述の正極層に用いられ得る材料と同様のものを用いることができる。
【００３５】
空気電池に用いられ得る外装材としては、金属缶、樹脂、ラミネートパック等、空気電池の外装材として通常用いられる材料を使用することができる。
【００３６】
外装材には、酸素を供給するための孔が、任意の位置に設けられ得る。例えば、正極層の空気との接触面に向かって設けることができる。
【００３７】
正極層上であって電解質層と反対側の空気との接触部側に、酸素透過膜を配置することができる。酸素透過膜としては、空気中の酸素を透過させ、かつ水分の進入を防止できる撥水性の多孔質膜等を用いることができ、例えば、ポリエステルやポリフェニレンサルファイド等からなる多孔質膜を用いることができる。撥水膜を別途配置してもよい。
【００３８】
正極層に隣接して正極集電体を配置することができる。正極集電体は、通常、正極層上であって、電解質層と反対側の空気との接触部側に配置され得るが、正極層と電解質層との間にも配置してもよい。正極集電体としては、カーボンペーパー、金属メッシュ等の多孔質構造、網目状構造、繊維、不織布等、従来から集電体として用いられる材料であれば特に限定されず用いることができ、例えば、ＳＵＳ、ニッケル、アルミニウム、鉄、チタン等から形成した金属メッシュを用いることができる。正極集電体として、酸素供給孔を有する金属箔を用いることもできる。
【００３９】
負極層に隣接して負極集電体を配置することができる。負極集電体としては、多孔質構造の導電性基板、無孔の金属箔等、従来から負極集電体として用いられる材料であれば特に限定されず用いることができ、例えば、銅、ＳＵＳ、ニッケル等から形成した金属箔を用いることができる。
【００４０】
Ｎ１２２３ＴＦＳＡを含む電解液を用いて得られうる空気電池の形状は、酸素取り込み孔を有する形状であれば特に限定されず、円筒型、角型、ボタン型、コイン型、または扁平型等、所望の形状をとることができる。
【００４１】
また、Ｎ１２２３ＴＦＳＡを含む電解液を用いて得られうる空気電池は、二次電池として使用することができるものであるが、一次電池として使用してもよい。
【００４２】
空気電池に含まれる正極層、電解質層、及び負極層の形成は、従来行われている任意の方法で行うことができる。例えば、カーボン粒子及びバインダーを含む正極層を形成する場合、所定量のカーボン粒子及びバインダーに適量のエタノール等の溶媒を加えて混合し、得られた混合物をロールプレスで所定の厚みに圧延して、乾燥及び切断し、所望によりメッシュ状の集電体で挟んで圧着し、次いで加熱真空乾燥して、集電体に接合された正極層を得ることができる。別法として、所定量のカーボン粒子及びバインダーに適量のエタノール等の溶媒を加えて混合してスラリーを得て、スラリーを基材上に塗工及び乾燥を行って正極層を得ることもできる。所望により得られた正極層をプレス成形してもよい。正極層の基材上への塗工プロセスとしては、ドクターブレード法、グラビヤ転写法等が挙げられる。用いられる基材は、特に制限されるものではなく、集電体として用いる集電板、フィルム状の柔軟性を有する基材、硬質基材等を用いることができ、例えばＳＵＳ箔、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム、テフロン（登録商標）等の基材を用いることができる。
【実施例】
【００４３】
（Ｉ−Ｖ特性評価用セルの作製）
（実施例１）
９０質量％のカーボンブラック（ＥＣＰ６００ＪＤ、ＫｅｔｊｅｎＢｌａｃｋ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ製）、１０質量％のポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）バインダー（ダイキン製）、及び溶媒として適量のエタノールを混合して、混合物を得た。次いで、得られた混合物をロールプレスにて圧延し、乾燥及び切断した。ＳＵＳ３０４製１００メッシュ（ニラコ社製）を集電体として用いて、切断した混合物と集電体とを圧着し、次いで加熱真空乾燥を行い、メッシュ状の集電体を圧着した直径１８ｍｍ、厚み１５０μｍの正極層を形成した。
【００４４】
Ｎ，Ｎ−ジエチル−Ｎ−メチル−Ｎ−プロピルアンモニウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）アミド（Ｎ１２２３ＴＦＳＡ、関東化学製）を溶媒として、リチウム塩であるリチウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）アミド（ＬｉＴＦＳＡ、キシダ化学製）を０．３５ｍｏｌ／ｋｇの濃度になるように、２５℃にて１２時間、Ａｒ雰囲気下で混合して溶解させて、電解液を調製した。
【００４５】
負極層として、直径１８ｍｍ、厚み２５０μｍの金属リチウム箔（本城金属製）を用意し、直径１８ｍｍ、厚み２ｃｍのＳＵＳ３０４（ニラコ社製）の集電体に貼り付けた。
【００４６】
密閉容器として、図１に示す北斗電工社製のＦ型セル１０を用いた。Ｆ型セル１０に、負極集電体７及び負極層３を組み付け、調製した電解液を負極層３上に注入して直径１８ｍｍ、厚み２ｍｍの電解質層２を形成し、次いで正極（空気極）層１及び正極集電体６を組み付けて、評価用セルを作製した。
【００４７】
次いで、Ｆ型セル１０をガス置換コック付のガラスデシケーター（５００ｍｌ仕様）に入れて、ガラスデシケーター中の雰囲気を、純酸素（大陽日酸、９９．９％）を用いて酸素雰囲気に置換した。
【００４８】
（比較例１）
Ｎ−メチル−Ｎ−プロピルピペリジニウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）アミド（ＰＰ１３ＴＦＳＡ、関東化学製）を溶媒として、これにリチウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）アミド（ＬｉＴＦＳＡ、キシダ化学製）を０．３５ｍｏｌ／ｋｇの濃度になるように、２５℃にて１２時間、Ａｒ雰囲気下で混合して溶解させて、電解液を調製し、これを用いたこと以外は、実施例１と同様の条件で評価用セルを作製した。
【００４９】
（酸素供給能の測定）
実施例１で用いたＮ１２２３ＴＦＳＡ及び比較例１で用いたＰＰ１３ＴＦＳＡのイオン液体について、次の条件による電気化学測定により酸素供給能を測定した。
【００５０】
作用電極としてグラッシーカーボン（径３ｍｍ）、参照電極としてＡｇ／Ａｇ+、及び対極としてＮｉを備えた気密性を有する三電極式の測定セル、及び測定装置としてポテンショスタット／ガルバノスタット（Ｓｏｌａｒｔｒｏｎ）を用意した。イオン液体を入れた測定セルを、２５℃、１気圧の恒温槽にて３時間静置し、測定セル内の雰囲気をアルゴン雰囲気で置換した後、純酸素で３０分間、イオン液体をバブリングしながら酸素雰囲気に置換した。次いで、２５℃、酸素雰囲気、及び１気圧の条件下で、スイープ電圧１０ｍＶ／ｓで−１．７〜１．３Ｖ ｖ．ｓ． Ａｇ／Ａｇ+の範囲で、サイクリックボルタンメトリー（ＣＶ）測定を行った。次いで、サイクリックボルタンメトリー（ＣＶ）から拡散律速状態と推定された電位を使用して、ポテンシャルステップクロノアンペロメトリー測定を行い、コットレル（Ｃｏｔｔｒｅｌｌ）の式：
【数２】
（式中、ｉ[Ａ／ｃｍ-2]は限界電流密度、ｎは反応電子数であり１、Ｆ[Ｃ・ｍｏｌ-1]はファラデー定数であり９６５００Ｃ/ｍｏｌ、Ｃ[ｍｏｌ・ｃｍ-3]は酸素濃度、Ｄ[ｃｍ2・ｓ-1]は拡散係数を示す）を用いて、時間ｔの平方根の逆数に対して測定した限界電流密度ｉから、
【数３】
を求めた。
【００５１】
図２に、Ｎ１２２３ＴＦＳＡ及びＰＰ１３ＴＦＳＡについて測定した酸素供給能を比較したグラフを示す。Ｎ１２２３ＴＦＳＡの酸素供給能は９．９[10-9 mol・cm-2・s-0.5]であり、ＰＰ１３ＴＦＳＡの酸素供給能は８．０[10-9 mol・cm-2・s-0.5]であり、Ｎ１２２３ＴＦＳＡは、優れた酸素供給能を有することが確認された。
【００５２】
（Ｉ−Ｖ特性の測定）
実施例１及び比較例１で作成した空気電池について、電流電圧（Ｉ−Ｖ）特性を、次の条件にて評価した。ガラスデシケーターに入れた空気電池を、試験開始前に２５℃の恒温槽にて３時間静置した。次いで、マルチチャンネルポテンショスタット／ガルバノスタットＶＭＰ３（Ｂｉｏ−Ｌｏｇｉｃ社製）充放電Ｉ−Ｖ測定装置を用いて、２５℃、１気圧、酸素雰囲気下で、電流印加時間／レスト時間を３０分／０．１秒として、Ｉ−Ｖ特性を測定した。
【００５３】
図３に、正極の単位面積当たりの電流密度に対する電圧値を測定したＩ−Ｖ特性を示す。ＰＰ１３ＴＦＳＡを用いて比較例１で作製した空気電池に比べて、Ｎ１２２３ＴＦＳＡを用いて実施例１で作製した空気電池の方が、電圧が高くＩ−Ｖ特性が優れており、高出力を得ることができることが分かった。
【符号の説明】
【００５４】
１ 正極層
２ 電解質層
３ 負極層
６ 正極集電体
７ 負極集電体
８ ガス溜め部
９ 密閉容器
１０ Ｆ型電気化学セル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気電池に用いられる電解液に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の携帯電話等の機器の普及、進歩に伴い、その電源である電池の高容量化が望まれている。このような中で、金属空気電池は、正極（空気極）において、大気中の酸素を正極活物質として利用して、当該酸素の酸化還元反応が行われ、一方、負極において、負極を構成する金属の酸化還元反応が行われることで、充電又は放電が可能であるため、エネルギー密度が高く、現在汎用されているリチウムイオン電池に優る高容量電池として注目されている（非特許文献１）。
【０００３】
従来、空気電池の非水電解質として有機溶媒が用いられていたが、有機溶媒は揮発性があるとともに、水との混和性もあるために、空気電池の長期作動においては安定性に課題があった。長期の電池作動時には、正極側から電解液が揮発することによって電池抵抗が増大し、あるいは、水分が電池内部に浸入することによって負極であるリチウム等の金属が腐食される懸念があった。これらの現象は、空気電池の長時間放電という特徴を損ねる要因となり得る。
【０００４】
電解液の揮発による減少及び水分の電池内部への混入が抑制され、電池の長期の安定作動が可能なリチウム空気電池を提供することを目的として、非水電解質として、有機溶媒に代えて、Ｎ−メチル−Ｎ−プロピルピペリジニウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）アミド（ＰＰ１３ＴＦＳＡ）等のイオン液体を用いた空気電池が提案されている（特許文献１）。イオン液体とは、カチオンとアニオンとを組み合わせたイオン分子のみから成る物質であり、且つ、常温（１５℃〜２５℃）において液体である物質のことを指す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１４４７８号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】独立行政法人 産業技術総合研究所（産総研）、「新しい構造の高性能リチウム空気電池を開発」、［ｏｎｌｉｎｅ］、２００９年２月２４日報道発表、［平成２３年８月１９日検索］、インターネット＜ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ａｉｓｔ．ｇｏ．ｊｐ／ａｉｓｔ＿ｊ／ｐｒｅｓｓ＿ｒｅｌｅａｓｅ／ｐｒ２００９／ｐｒ２００９０２２４／ｐｒ２００９０２２４．ｈｔｍｌ＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
イオン液体であるＮ−メチル−Ｎ−プロピルピペリジニウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）アミド（ＰＰ１３ＴＦＳＡ）等を空気電池の電解液として用いることによって、電解液の揮発による減少や水分の電池内部への混入の抑制に一定の効果が得られるものの、ＰＰ１３ＴＦＳＡ等の従来のイオン液体を電解液として用いた空気電池は、依然として、電池としての出力が十分であるとはいえない。したがって、空気電池の出力をより向上することができる電解液が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
発明者等は、従来の電解液に対して空気電池の出力を向上することができる電解液について鋭意研究を行い、電解液の酸素供給能という指標に着目して、酸素供給能の高い電解液を空気電池の電解液として用いることによって、空気電池の出力を向上することができることを見出した。
【０００９】
本発明は、空気電池用に用いられる電解液であって、Ｎ，Ｎ−ジエチル−Ｎ−メチル−Ｎ−プロピルアンモニウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）アミド（Ｎ１２２３ＴＦＳＡ）を含む電解液である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、優れた酸素供給能を有する電解液を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】Ｆ型電気化学セルの断面模式図である。
【図２】本発明に係る電解液と比較例の電解液の酸素供給能を比較したグラフである。
【図３】本発明に係る電解液を用いた空気電池と比較例の電解液を用いた空気電池のＩ−Ｖ特性を比較したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明は、空気電池に用いられる電解液であって、イオン液体であるＮ，Ｎ−ジエチル−Ｎ−メチル−Ｎ−プロピルアンモニウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）アミド（以下、Ｎ１２２３ＴＦＳＡという）を含む電解液である。
【００１３】
発明者等は、従来の電解液に対して空気電池の出力を向上することができる電解液について鋭意研究を行い、電解液の酸素供給能という指標に着目して、イオン液体であるＮ１２２３ＴＦＳＡを見出した。Ｎ１２２３ＴＦＳＡは、従来のイオン液体よりも優れた酸素供給能を有することを突き止め、Ｎ１２２３ＴＦＳＡを空気電池の電解液として用いることによって、空気電池の放電時における電流密度をより向上することができ、Ｉ−Ｖ特性の向上を図れることが分かった。Ｉ−Ｖ特性の向上は、電池としての出力の向上を意味する。
【００１４】
特に、従来用いられているイオン液体であるＮ−メチル−Ｎ−プロピルピペリジニウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）アミド（以下、ＰＰ１３ＴＦＳＡという）を電解液として用いた場合よりも、Ｎ１２２３ＴＦＳＡを電解液として用いた場合に、優れたＩ−Ｖ特性を有する空気電池を得ることができることが分かった。Ｉ−Ｖ特性が向上すると電池としての出力の向上につながる。
【００１５】
ＰＰ１３ＴＦＳＡを空気電池の電解液として用いた場合よりも、Ｎ１２２３ＴＦＳＡを空気電池の電解液として用いた場合に優れたＩ−Ｖ特性が得られるのは、Ｎ１２２３ＴＦＳＡの酸素供給能がＰＰ１３ＴＦＳＡよりも高いためと考えられる。
【００１６】
酸素供給能とは、電解液による酸素の供給能力を示す指標であり、数値が大きいほど酸素を多く供給でき、空気電池としての出力を大きくすることができると考えられる。酸素供給能は、電解液中の酸素の溶解濃度（Ｃ［ｍｏｌ・ｃｍ-3］と電解液中の酸素の拡散係数（Ｄ［ｃｍ2・ｓ-1］とをかけ合わせた数値であり、下記の式：
【数１】
で表される。
【００１７】
理論に束縛されるものではないが、空気電池は、正極層（空気極層）、電解質層、及び負極層が積層された構造を有し、酸素は、正極層を通り、電解質層と正極層との界面（反応場）で負極金属イオンと反応する。電解液の酸素供給能が高いことで、正極層における酸素の拡散及び溶解、並びに反応場での酸素の拡散及び溶解が進みやすいため、放電時の電流密度が高くなると考えられる。
【００１８】
Ｎ１２２３ＴＦＳＡイオン液体は、カチオン部として式（１）に示すＮ，Ｎ−ジエチル−Ｎ−メチル−Ｎ−プロピルアンモニウム（以下、Ｎ１２２３という）を含み、アニオン部として式（２）に示すビス（トリフルオロメタンスルホニル）アミド（以下、ＴＦＳＡという）を含む。
【００１９】
【化１】
【化２】
【００２０】
ＰＰ１３ＴＦＳＡイオン液体は、カチオン部として式（３）に示すＮ−メチル−Ｎ−プロピルピペリジニウムを含み、アニオン部として式（２）に示すビス（トリフルオロメタンスルホニル）アミドを含む。
【化３】
【００２１】
Ｎ１２２３ＴＦＳＡを含む電解液は、正極層および負極層との間で金属イオンを交換することができる。
【００２２】
電解質として、Ｎ１２２３ＴＦＳＡのイオン液体そのものを用いてもよいし、Ｎ１２２３ＴＦＳＡのイオン液体に、ＰＰ１３ＴＦＳＡ等の他のイオン液体、及び／またはプロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキシエタン、アセトニトリル、プロピオニトリル、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、ジオキサン、１，３−ジオキソラン、ニトロメタン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、スルホラン、γ−ブチロラクトン、グライム類等の有機溶媒を加えて用いてもよい。
【００２３】
また、電解質として、Ｎ１２２３ＴＦＳＡを含むポリマー電解質又はゲル電解質等を用いてもよい。
【００２４】
Ｎ１２２３ＴＦＳＡには支持塩を溶解させてもよい。支持塩としては、リチウムイオンと、次に挙げるアニオン：
Ｃｌ-、Ｂｒ-、Ｉ-などのハロゲン化物アニオン；ＢＦ4-、Ｂ（ＣＮ）4-、Ｂ（Ｃ2Ｏ4）2-等のホウ素化物アニオン；（ＣＮ）2Ｎ-、［Ｎ（ＣＦ3）2］-、［Ｎ（ＳＯ2ＣＦ3）2］-等のアミドアニオン又はイミドアニオン；ＲＳＯ3-（以下、Ｒは脂肪族炭化水素基又は芳香族炭化水素基を指す）、ＲＳＯ4-、ＲfＳＯ3-（以下、Ｒfは含フッ素ハロゲン化炭化水素基を指す）、ＲfＳＯ4-等のスルフェートアニオン又はスルフォネートアニオン；Ｒf2Ｐ（Ｏ）Ｏ-、ＰＦ6-、Ｒf3ＰＦ3-等のリン酸アニオン；ＳｂＦ6等のアンチモンアニオン；またはラクテート、硝酸イオン、トリフルオロアセテート等のアニオン
とからなる塩を用いることができ、
例えばＬｉＰＦ6、ＬｉＢＦ4、リチウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）アミド（ＬｉＮ（ＣＦ3ＳＯ2）2、以下、ＬｉＴＦＳＡという）、ＬｉＣＦ3ＳＯ3、ＬｉＣ4Ｆ9ＳＯ3、ＬｉＣ（ＣＦ3ＳＯ2）3及びＬｉＣｌＯ4等が挙げられ、ＬｉＴＦＳＡが好ましく用いられる。このような支持塩を２種以上組み合わせて用いてもよい。また、イオン液体に対する支持塩の添加量は特に限定されないが、０．１〜１ｍｏｌ／ｋｇ程度とすることが好ましい。
【００２５】
Ｎ１２２３ＴＦＳＡと共に用いることのできるポリマー電解質は、リチウム塩及びポリマーを含有するものであることが好ましい。リチウム塩としては、従来、リチウム空気電池等で一般的に用いられるリチウム塩であれば特に限定されるものではなく、例えば、上述した支持塩として用いられるリチウム塩等を挙げることができる。ポリマーとしては、リチウム塩と錯体を形成するものであれば特に限定されるものではなく、例えば、ポリエチレンオキシド等が挙げられる。
【００２６】
Ｎ１２２３ＴＦＳＡと共に用いることのできるゲル電解質は、リチウム塩とポリマーと非水溶媒とを含有するものであることが好ましい。リチウム塩としては、上述したリチウム塩を用いることができる。非水溶媒としては、上記リチウム塩を溶解できるものであれば特に限定されるものではなく、例えば上述した有機溶媒を用いることができる。これらの非水溶媒は、一種のみ用いてもよく、二種以上を混合して用いても良い。ポリマーとしては、ゲル化が可能なものであれば特に限定されるものではなく、例えば、ポリエチレンオキシド、ポリプロプレンオキシド、ポリアクリルニトリル、ポリビニリデンフロライド（ＰＶＤＦ）、ポリウレタン、ポリアクリレート、セルロース等が挙げられる。
【００２７】
正極層は導電材を含むことができる。導電材としては、例えばカーボンが挙げられ、カーボンとしては、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、メソポーラスカーボン等のカーボンブラック、活性炭、カーボン炭素繊維等が挙げられ、比表面積の大きいカーボン材料が好ましく用いられる。
【００２８】
正極層はバインダーを含むことができる。バインダーとしては、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、フッ素ゴム等のフッ素系樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリアクリロニトリル等の熱可塑性樹脂、またはスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）等を用いることができる。
【００２９】
正極層は酸化還元触媒を含んでもよく、酸化還元触媒としては、二酸化マンガン、酸化コバルト、酸化セリウム等の金属酸化物、Ｐｔ、Ｐｄ等の貴金属、Ｃｏ等の遷移金属、コバルトフタロシアニン等の金属フタロシアニン等が挙げられる。
【００３０】
正極層、負極層、及び正極層と負極層との間に電解質層を有する空気電池において、電解質層は、正極層及び負極層の間で金属イオンの伝導を行うものであり、Ｎ１２２３ＴＦＳＡを含む液体電解質、ゲル状電解質、ポリマー電解質、またはそれらの組み合わせを含むことができる。
【００３１】
空気電池において、正極層と負極層との間にはセパレータを備えていてもよい。セパレータとしては、特に限定されないが、例えば、ポリプロピレン製不織布、ポリフェニレンスルフィド製不織布等の高分子不織布、ポリエチレン、ポリプロピレン等のオレフィン系樹脂等の微多孔フィルム、またはこれらの組み合わせを使用することができる。Ｎ１２２３ＴＦＳＡイオン液体を含む電解液を、セパレータに含浸させて電解質層を形成してもよい。
【００３２】
空気電池に含まれる負極層は、負極活物質を含有する層である。負極活物質としては、例えば、金属、合金材料、または炭素材料等を用いることができ、例えば、リチウム、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属、マグネシウム、カルシウム等のアルカリ土類金属、アルミニウム等の第１３族元素、亜鉛、鉄等の遷移金属、またはこれらの金属を含有する合金材料または炭素材料等が挙げられる。
【００３３】
また、負極活物質として、リチウム元素を含む合金、酸化物、窒化物、または硫化物を用いることができる。リチウム元素を有する合金としては、例えばリチウムアルミニウム合金、リチウムスズ合金、リチウム鉛合金、リチウムケイ素合金等を挙げることができる。リチウム元素を有する金属酸化物としては、例えばリチウムチタン酸化物等を挙げることができる。また、リチウム元素を含有する金属窒化物としては、例えばリチウムコバルト窒化物、リチウム鉄窒化物、リチウムマンガン窒化物等を挙げることができる。
【００３４】
負極層は、導電性材料及び／またはバインダーをさらに含有してもよい。例えば、負極活物質が箔状である場合は、負極活物質のみを含有する負極層とすることができ、負極活物質が粉末状である場合は、負極活物質及びバインダーを有する負極層とすることができる。なお、導電性材料及びバインダーについては、上述の正極層に用いられ得る材料と同様のものを用いることができる。
【００３５】
空気電池に用いられ得る外装材としては、金属缶、樹脂、ラミネートパック等、空気電池の外装材として通常用いられる材料を使用することができる。
【００３６】
外装材には、酸素を供給するための孔が、任意の位置に設けられ得る。例えば、正極層の空気との接触面に向かって設けることができる。
【００３７】
正極層上であって電解質層と反対側の空気との接触部側に、酸素透過膜を配置することができる。酸素透過膜としては、空気中の酸素を透過させ、かつ水分の進入を防止できる撥水性の多孔質膜等を用いることができ、例えば、ポリエステルやポリフェニレンサルファイド等からなる多孔質膜を用いることができる。撥水膜を別途配置してもよい。
【００３８】
正極層に隣接して正極集電体を配置することができる。正極集電体は、通常、正極層上であって、電解質層と反対側の空気との接触部側に配置され得るが、正極層と電解質層との間にも配置してもよい。正極集電体としては、カーボンペーパー、金属メッシュ等の多孔質構造、網目状構造、繊維、不織布等、従来から集電体として用いられる材料であれば特に限定されず用いることができ、例えば、ＳＵＳ、ニッケル、アルミニウム、鉄、チタン等から形成した金属メッシュを用いることができる。正極集電体として、酸素供給孔を有する金属箔を用いることもできる。
【００３９】
負極層に隣接して負極集電体を配置することができる。負極集電体としては、多孔質構造の導電性基板、無孔の金属箔等、従来から負極集電体として用いられる材料であれば特に限定されず用いることができ、例えば、銅、ＳＵＳ、ニッケル等から形成した金属箔を用いることができる。
【００４０】
Ｎ１２２３ＴＦＳＡを含む電解液を用いて得られうる空気電池の形状は、酸素取り込み孔を有する形状であれば特に限定されず、円筒型、角型、ボタン型、コイン型、または扁平型等、所望の形状をとることができる。
【００４１】
また、Ｎ１２２３ＴＦＳＡを含む電解液を用いて得られうる空気電池は、二次電池として使用することができるものであるが、一次電池として使用してもよい。
【００４２】
空気電池に含まれる正極層、電解質層、及び負極層の形成は、従来行われている任意の方法で行うことができる。例えば、カーボン粒子及びバインダーを含む正極層を形成する場合、所定量のカーボン粒子及びバインダーに適量のエタノール等の溶媒を加えて混合し、得られた混合物をロールプレスで所定の厚みに圧延して、乾燥及び切断し、所望によりメッシュ状の集電体で挟んで圧着し、次いで加熱真空乾燥して、集電体に接合された正極層を得ることができる。別法として、所定量のカーボン粒子及びバインダーに適量のエタノール等の溶媒を加えて混合してスラリーを得て、スラリーを基材上に塗工及び乾燥を行って正極層を得ることもできる。所望により得られた正極層をプレス成形してもよい。正極層の基材上への塗工プロセスとしては、ドクターブレード法、グラビヤ転写法等が挙げられる。用いられる基材は、特に制限されるものではなく、集電体として用いる集電板、フィルム状の柔軟性を有する基材、硬質基材等を用いることができ、例えばＳＵＳ箔、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム、テフロン（登録商標）等の基材を用いることができる。
【実施例】
【００４３】
（Ｉ−Ｖ特性評価用セルの作製）
（実施例１）
９０質量％のカーボンブラック（ＥＣＰ６００ＪＤ、ＫｅｔｊｅｎＢｌａｃｋ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ製）、１０質量％のポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）バインダー（ダイキン製）、及び溶媒として適量のエタノールを混合して、混合物を得た。次いで、得られた混合物をロールプレスにて圧延し、乾燥及び切断した。ＳＵＳ３０４製１００メッシュ（ニラコ社製）を集電体として用いて、切断した混合物と集電体とを圧着し、次いで加熱真空乾燥を行い、メッシュ状の集電体を圧着した直径１８ｍｍ、厚み１５０μｍの正極層を形成した。
【００４４】
Ｎ，Ｎ−ジエチル−Ｎ−メチル−Ｎ−プロピルアンモニウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）アミド（Ｎ１２２３ＴＦＳＡ、関東化学製）を溶媒として、リチウム塩であるリチウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）アミド（ＬｉＴＦＳＡ、キシダ化学製）を０．３５ｍｏｌ／ｋｇの濃度になるように、２５℃にて１２時間、Ａｒ雰囲気下で混合して溶解させて、電解液を調製した。
【００４５】
負極層として、直径１８ｍｍ、厚み２５０μｍの金属リチウム箔（本城金属製）を用意し、直径１８ｍｍ、厚み２ｃｍのＳＵＳ３０４（ニラコ社製）の集電体に貼り付けた。
【００４６】
密閉容器として、図１に示す北斗電工社製のＦ型セル１０を用いた。Ｆ型セル１０に、負極集電体７及び負極層３を組み付け、調製した電解液を負極層３上に注入して直径１８ｍｍ、厚み２ｍｍの電解質層２を形成し、次いで正極（空気極）層１及び正極集電体６を組み付けて、評価用セルを作製した。
【００４７】
次いで、Ｆ型セル１０をガス置換コック付のガラスデシケーター（５００ｍｌ仕様）に入れて、ガラスデシケーター中の雰囲気を、純酸素（大陽日酸、９９．９％）を用いて酸素雰囲気に置換した。
【００４８】
（比較例１）
Ｎ−メチル−Ｎ−プロピルピペリジニウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）アミド（ＰＰ１３ＴＦＳＡ、関東化学製）を溶媒として、これにリチウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）アミド（ＬｉＴＦＳＡ、キシダ化学製）を０．３５ｍｏｌ／ｋｇの濃度になるように、２５℃にて１２時間、Ａｒ雰囲気下で混合して溶解させて、電解液を調製し、これを用いたこと以外は、実施例１と同様の条件で評価用セルを作製した。
【００４９】
（酸素供給能の測定）
実施例１で用いたＮ１２２３ＴＦＳＡ及び比較例１で用いたＰＰ１３ＴＦＳＡのイオン液体について、次の条件による電気化学測定により酸素供給能を測定した。
【００５０】
作用電極としてグラッシーカーボン（径３ｍｍ）、参照電極としてＡｇ／Ａｇ+、及び対極としてＮｉを備えた気密性を有する三電極式の測定セル、及び測定装置としてポテンショスタット／ガルバノスタット（Ｓｏｌａｒｔｒｏｎ）を用意した。イオン液体を入れた測定セルを、２５℃、１気圧の恒温槽にて３時間静置し、測定セル内の雰囲気をアルゴン雰囲気で置換した後、純酸素で３０分間、イオン液体をバブリングしながら酸素雰囲気に置換した。次いで、２５℃、酸素雰囲気、及び１気圧の条件下で、スイープ電圧１０ｍＶ／ｓで−１．７〜１．３Ｖ ｖ．ｓ． Ａｇ／Ａｇ+の範囲で、サイクリックボルタンメトリー（ＣＶ）測定を行った。次いで、サイクリックボルタンメトリー（ＣＶ）から拡散律速状態と推定された電位を使用して、ポテンシャルステップクロノアンペロメトリー測定を行い、コットレル（Ｃｏｔｔｒｅｌｌ）の式：
【数２】
（式中、ｉ[Ａ／ｃｍ-2]は限界電流密度、ｎは反応電子数であり１、Ｆ[Ｃ・ｍｏｌ-1]はファラデー定数であり９６５００Ｃ/ｍｏｌ、Ｃ[ｍｏｌ・ｃｍ-3]は酸素濃度、Ｄ[ｃｍ2・ｓ-1]は拡散係数を示す）を用いて、時間ｔの平方根の逆数に対して測定した限界電流密度ｉから、
【数３】
を求めた。
【００５１】
図２に、Ｎ１２２３ＴＦＳＡ及びＰＰ１３ＴＦＳＡについて測定した酸素供給能を比較したグラフを示す。Ｎ１２２３ＴＦＳＡの酸素供給能は９．９[10-9 mol・cm-2・s-0.5]であり、ＰＰ１３ＴＦＳＡの酸素供給能は８．０[10-9 mol・cm-2・s-0.5]であり、Ｎ１２２３ＴＦＳＡは、優れた酸素供給能を有することが確認された。
【００５２】
（Ｉ−Ｖ特性の測定）
実施例１及び比較例１で作成した空気電池について、電流電圧（Ｉ−Ｖ）特性を、次の条件にて評価した。ガラスデシケーターに入れた空気電池を、試験開始前に２５℃の恒温槽にて３時間静置した。次いで、マルチチャンネルポテンショスタット／ガルバノスタットＶＭＰ３（Ｂｉｏ−Ｌｏｇｉｃ社製）充放電Ｉ−Ｖ測定装置を用いて、２５℃、１気圧、酸素雰囲気下で、電流印加時間／レスト時間を３０分／０．１秒として、Ｉ−Ｖ特性を測定した。
【００５３】
図３に、正極の単位面積当たりの電流密度に対する電圧値を測定したＩ−Ｖ特性を示す。ＰＰ１３ＴＦＳＡを用いて比較例１で作製した空気電池に比べて、Ｎ１２２３ＴＦＳＡを用いて実施例１で作製した空気電池の方が、電圧が高くＩ−Ｖ特性が優れており、高出力を得ることができることが分かった。
【符号の説明】
【００５４】
１ 正極層
２ 電解質層
３ 負極層
６ 正極集電体
７ 負極集電体
８ ガス溜め部
９ 密閉容器
１０ Ｆ型電気化学セル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気電池用の電解液であって、
カチオン部として式（１）：
【化１】
で表されるＮ，Ｎ−ジエチル−Ｎ−メチル−Ｎ−プロピルアンモニウム（Ｎ１２２３）を含み、
アニオン部として式（２）：
【化２】
で表されるビス（トリフルオロメタンスルホニル）アミド（ＴＦＳＡ）を含むイオン液体であるＮ，Ｎ−ジエチル−Ｎ−メチル−Ｎ−プロピルアンモニウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）アミド（Ｎ１２２３ＴＦＳＡ）を含む、電解液。
【請求項２】
リチウム含有金属塩をさらに含む、請求項１に記載の電解液。
【請求項３】
前記リチウム含有金属塩がリチウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）アミド（ＬｉＴＦＳＡ）を含む、請求項２に記載の電解液。
【請求項４】
正極層、負極層、及び前記正極層と前記負極層との間に配置される電解質層を有する空気電池であって、
前記電解質層が、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電解液を含む、空気電池。
【請求項１】
空気電池用の電解液であって、
カチオン部として式（１）：
【化１】
で表されるＮ，Ｎ−ジエチル−Ｎ−メチル−Ｎ−プロピルアンモニウム（Ｎ１２２３）を含み、
アニオン部として式（２）：
【化２】
で表されるビス（トリフルオロメタンスルホニル）アミド（ＴＦＳＡ）を含むイオン液体であるＮ，Ｎ−ジエチル−Ｎ−メチル−Ｎ−プロピルアンモニウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）アミド（Ｎ１２２３ＴＦＳＡ）を含む、電解液。
【請求項２】
リチウム含有金属塩をさらに含む、請求項１に記載の電解液。
【請求項３】
前記リチウム含有金属塩がリチウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）アミド（ＬｉＴＦＳＡ）を含む、請求項２に記載の電解液。
【請求項４】
正極層、負極層、及び前記正極層と前記負極層との間に配置される電解質層を有する空気電池であって、
前記電解質層が、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電解液を含む、空気電池。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１３−８４４３２（Ｐ２０１３−８４４３２Ａ）
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２３２７５（Ｐ２０１１−２２３２７５）
【出願日】平成２３年１０月７日（２０１１．１０．７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月７日（２０１１．１０．７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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