金属空気電池
【課題】単位体積当たりの容量を高めるために複数の電極体を積層して各電極体へ酸素を送ることができ、単位体積当たりの容量を高くし得る金属空気電池を提供する。
【解決手段】正極と負極とがセパレータを介して配置されている電極体が複数積層された金属空気電池であって、積層している各電極体が少なくとも１つの貫通穴を有し、前記貫通穴の一部が重なるように互いに接する上下の電極体の相互の位置をずらして複数の前記電極体が積層されている、前記電池。
【解決手段】正極と負極とがセパレータを介して配置されている電極体が複数積層された金属空気電池であって、積層している各電極体が少なくとも１つの貫通穴を有し、前記貫通穴の一部が重なるように互いに接する上下の電極体の相互の位置をずらして複数の前記電極体が積層されている、前記電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属空気電池に関し、さらに詳しくは特定の構造を有することによって単位体積当たりの容量を高くすることができる金属空気電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、放電できる電気容量が大きく小型化や軽量化が容易であり、外部からの酸素を用いるため資源的な制約が少なく環境負荷も従来のリチウム電池に比べて小さい金属空気電池が注目され、様々な研究が行われている。
この金属空気電池は、外部からの酸素を用いこれを正極活物質とする電池であり、主要な構成材として正極、電解質、負極、酸素拡散層および外装材を含むものである。
【０００３】
そして、このような金属空気電池としては、単位体積当たりの容量が高いこと、空気の導入による電池性能への悪影響を防止乃至は抑制し得るものでなければならず、様々な検討がなされている。
例えば、特許文献１には、容器本体と容器上蓋とに囲まれた空間に、リチウム負極と酸素正極とがセパレータを介して配置され、両極の間に非水系電解液が充填されたリチウム空気電池の多数が直列に繋いで収容され、酸素イオン伝導性の緻密な固体電解質が備えられ、１つの酸素ポンプを備えるリチウム空気電池が図５に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２３０９８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、この種のリチウム空気電池では、空気の導入による電池性能への悪影響を防止乃至は抑制し得るが、単位体積当たりの容量は満足のいくものではない。
従って、本発明の目的は、単位体積当たりの容量を高めるために複数の電極体を積層して各電極体へ酸素を送ることができ、単位体積当たりの容量を高くし得る金属空気電池を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、正極と負極とがセパレータを介して配置されている電極体が複数積層された金属空気電池であって、積層している各電極体が少なくとも１つの貫通穴を有し、前記貫通穴の一部が重なるように互いに接する上下の電極体の相互の位置をずらして複数の前記電極体が積層されている、前記電池に関する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、単位体積当たりの容量を高めるために複数の電極体を積層して各電極体へ酸素を送ることができ、単位体積当たりの容量を高くし得る金属空気電池を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明の実施態様の金属空気電池における複数の電極体が積層された状態を示す部分拡大模式図である。
【図２】図２は、従来技術による金属空気電池における複数の電極体の配置状態を示す部分拡大模式図である。
【図３】図３は、本発明の実施態様の金属空気電池に用いられ得る電極体の一例の平面および断面を示す部分拡大模式図である。
【図４】図４は、本発明の実施態様の金属空気電池に用いられ得る電極体の一例の平面を示す部分拡大模式図である。
【図５】図５は、本発明の実施態様の金属空気電池に用いられ得る電極体の他の一例の平面を示す部分拡大模式図である。
【図６】図６は、本発明の実施態様の金属空気電池に用いられ得る電極体の一例の平面を示す部分拡大斜視模式図である。
【図７】図７は、本発明の実施態様の金属空気電池に用いられ得る電極体の他の一例の平面を示す部分拡大斜視模式図である。
【図８】図８は、本発明の実施態様の金属空気電池における上下の電極体が相互の位置をずらして積層される状態を説明するための部分拡大模式図である。
【図９】図９は、本発明の他の実施態様の金属空気電池における上下の電極体が相互の位置をずらして積層される状態を説明するための部分拡大模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
特に、本発明において、以下の実施態様を挙げることができる。
１）前記各電極体が、複数個の貫通穴を有するものである前記金属空気電池。
２）前記貫通穴が、矩形の穴形状を有するものである前記金属空気電池。
３）前記セパレータは電解質を備え、前記電解質が、ゲルポリマー又は固体であるかイオン液体を含む前記金属空気電池。
４）前記電極体が、正方形又は円形の平面を有する前記金属空気電池。
５）前記負極が、Ｌｉ金属製である前記金属空気電池。
６）前記互いに接する上下の電極体の相互の位置が、前記電極体が正方形の平面を有する場合は上下の電極体の溝が直交し、前記電極体が円形の平面を有する場合はθ＝３６０°／ｎ（θは互いに接する上下の電極体の矩形の貫通穴がなす角度であり、ｎは電極体の枚数である。）である関係を満足する前記金属空気電池。
７）前記負極が、Ｌｉ金属製である前記金属空気電池。
８）最外層の正極の外側に酸素拡散層、その外側に空気孔を有する固定部材が設けられている前記金属空気電池。
【００１０】
本発明においては、正極と負極とがセパレータを介して配置されている電極体が複数積層された金属空気電池であって、積層している各電極体が少なくとも１つの貫通穴を有し、前記貫通穴の一部が重なるように互いに接する上下の電極体の相互の位置をずらして複数の前記電極体が積層されていることが必要であり、これによって複数の電極体を隙間なく積層しても各電極体へ酸素を送ることができ、単位体積当たりの容量を高くし得る金属空気電池を得ることができる。
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳説する。
本発明の実施態様の金属空気電池は、図１に示すように、正極と負極とがセパレータを介して配置されている電極体が複数積層されて、積層している各電極体が少なくとも１つの貫通穴を有し、前記貫通穴の一部が重なるように互いに接する上下の電極体の相互の位置をずらして複数の前記電極体が積層されているものである。
本発明の前記の金属空気電池によれば、複数の電極体が隙間なく積層されていて、互いに接する電極体の相互の位置をずらして貫通穴の一部が重なるように積層されているため、空気の流れに乱れを発生させ、空気の流れを積層方向から平面方向に変えることができる。このため、複数の電極体を隙間なく積層しても各電極体へ空気を送ることができ、単位体積当たりの容量を高くすることができる。
【００１２】
これに対して、公知の金属空気電池は、図２に示すように、均一な電極体が電極体間に隙間を形成して複数配置されているものである。
このため、公知の金属空気電池においては、隙間の作用により酸素の供給は促進されるが、隙間の空間だけ単位体積当たりの容量および出力ロスが大きく、電池性能（容量）が低いものとなる。
【００１３】
本発明の実施態様の金属空気電池に用いられる電極体は、図３〜図８に示すように、正極と負極とがセパレータを介して配置されていて、複数の電極体の積層方向（電極体の平面に垂直な方向）に貫通する少なくとも１つの貫通穴を有するものである。
本発明の実施態様の金属空気電池に用いられる電極体の貫通穴の形状、数および貫通穴幅に関して、図４〜図９には特定の形状（平面が矩形）、穴数および穴幅が示されているが、これに限定されず、金属空気電池に求められる電池特性（出力、容量）に合致させて任意の形状（例えば、平面が楕円形、多数の円形のもの）、穴数および穴幅が選択され得る。
そして、前記電極体は、任意の平面を有し得るが、例えば図３〜図４および図６に示すように、正方形の平面を有し得る。
また、前記電極体は、図５、図７に示すように、円形の平面を有し得る。
また、前記のセパレータは、貫通穴周辺部が融着されて液体不透過性であり得る。
【００１４】
本発明の実施態様の金属空気電池は、図８および図９に示すように、互いに接する上下の電極体の相互の位置が、前記電極体が正方形の平面を有する場合は上下の電極体の貫通穴が直交し、前記電極体が円形の平面を有する場合はθ＝３６０°／ｎ（θは互いに接する上下の電極体の矩形の貫通穴がなす角度であり、ｎは電極体の枚数であり、例えば２〜１００、特に４〜２５の範囲であり得る。）である関係を満足して積層されているものであり得る。後者の場合、上下の電極体の位置は通常均等にずらされているが、不均等にずらされていてもよい。
【００１５】
本発明の実施態様の金属空気電池は、例えば、下記の方法によって製造し得る。
１）電解質がゲルポリマー又は固体であるかあるいはイオン液体である場合：
正極、負極およびセパレータを用意する工程、
正極と負極との間に電解質を充填する工程、
正極、負極およびセパレータを積層して電極体を作製する工程、
複数の電極体に、積層方向に貫通する少なくとも１つの貫通穴を形成する工程、および
前記貫通穴の少なくとも一部が重なるように互いに接する上下の位置をずらして複数の電極体を積層する工程
によって製造し得る。
上記の製造方法によれば、本発明の金属空気電池は、公知の複数の電極体間に隙間を設けた構造の金属空気電池に比べて、前記優れた性能に加えて生産性が大きく向上し得る。
【００１６】
２）電解質が非水電解液である場合
積層方向に貫通する少なくとも１つの貫通穴が形成され穴周辺部が融着されて液体不透過性であるセパレータを用意する工程、
前記セパレータに形成された貫通穴と対応する位置に同一の数および形状を有する貫通穴が形成された正極および負極を用意する工程、
正極と負極との間に電解質を充填する工程、
前記貫通穴を有する正極、前記貫通穴を有する負極および前記セパレータを積層して上下に貫通する少なくとも１つの貫通穴を有する電極体を形成する工程、および
複数の電極体を、前記貫通穴の少なくとも一部が重なるように互いに接する上下の電極体の相互の位置をずらして積層する工程
によって製造し得る。
前記の１）および２）の製造方法において、貫通穴は切断機、例えばカッターを用いて形成し得る。
【００１７】
本発明における正極は、導電性材料を有する正極層を備えたものであり得る。
前記正極は、通常、触媒およびバインダーの少なくとも一方、好適には両成分を含有し得る。
前記の導電材料としては、カーボン材料が挙げられる。カーボン材料は、多孔質材料であってもよくそうでなくともよいが、好適には１ｍＬ／ｇ以上の高い細孔容積を有するものであり得る。前記のカーボン材料として、ケッチェンブラック、例えばＫＢ（KetjenEC-600JD）、アセチレンブラック、活性炭などが挙げられる。
正極層におけるカーボン材料の割合は１０〜９９質量％の範囲であり得る。
【００１８】
また、前記の正極における触媒としては、特に制限はなく、例えばＭｎＯ２、ＣｅＯ２などの無機材料や、Ｃｏフタロシアニン、Ｆｅポルフィリンなどの有機材料、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇなどの貴金属材料などが挙げられる。正極層における触媒の割合は１〜９０質量％の範囲であり得る。
また、前記の正極におけるバインダーとしては、ＰＴＦＥ、ＰＶｄＦ、ＳＢＲなどのそれ自体周知の材料を挙げることができる。正極層におけるバインダーの割合は１〜４０質量％の範囲であり得る。
【００１９】
本発明における前記正極は、例えば集電体、例えば多孔質構造体、例えばカーボンペーパー、カーボンクロス、金属メッシュなどや、非多孔質体、例えば金属箔に、前記の導電性材料、触媒およびバインダーを溶媒に分散させたスラリーを塗工し、乾燥、切断することによって得ることができる。
前記のスラリーを調製する際の溶媒としては、沸点が２００℃以下の有機化合物、例えばアセトン、ＮＭＰなどを用い得る。
また、前記のスラリーを塗工する際には、ドクターブレード法、インクジェット法などを用い得る。
【００２０】
本発明における負極は、負極材料種として金属を含有する負極活物質を有する負極層を備えたものであり得る。
前記負極材料種としては、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、Ｃａ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｆｅなど、エネルギー密度の高い電池が得られることから好適にはＬｉが挙げられる。
そして、Ｌｉの場合、Ｌｉ金属やＬｉ炭素質物、Ｌｉ酸化物、Ｌｉ硫化物、Ｌｉ窒化物などが挙げられる。
本発明における前記負極は、集電体、例えばＳＵＳ、Ｎｉなどの任意の金属箔を用いてそれ自体周知の技術によって調製し得る。
【００２１】
本発明におけるセパレータは電解質を含むものであり得る。なお、セパレータは固体電解質層であってもよい。
前記のセパレータとしては、ポリエチレン(ＰＥ）、ポリプロピレン(ＰＰ）、ＰＰ／ＰＥ／ＰＰ製の１層〜３層構造の多孔膜、樹脂不織布、ガラス繊維不織布等の不織布が挙げられる。
前記の電解質は、負極層および正極層の間で金属イオンの伝導を行うためのものである。この電解質としては、負極金属種に応じたイオン伝導性を示す材料であれば、液体、ゲル、ポリマー、無機固体を問わず任意の材料であり得る。特に、電解質が液体の場合は、有機溶媒とリチウム塩とを加えたものであり得る。
【００２２】
前記のリチウム塩としては、例えばＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣｌＯ４およびＬｉＡｓＦ６等の無機リチウム塩；およびＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２、ＬｉＮ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２、ＬｉＣ（ＣＦ３ＳＯ２）３等が挙げられる。
また、前記有機溶媒としては、例えばエチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、ブチレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、スルホラン、アセトニトリル、１，２−ジメトキシメタン、１，３−ジメトキシプロパン、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフランおよびこれらの混合物等を挙げることができる。前記有機溶媒として、特に酸素ラジカル耐性の高いものが好適である。
【００２３】
前記ゲル状の電解質は、例えば正極および負極を作製し、これらに溶剤と電解質塩とを含む電解液を塗布した後に溶剤を揮発させて形成し得る。
また、前記固体電解質としては、例えばリチウム二次電池の固体電解質材料として用いられ得る材料の粉末であれば限定されず、例えばＬｉ２Ｏ−Ｂ２Ｏ３−Ｐ２Ｏ５、Ｌｉ２Ｏ−ＳｉＯ２、Ｌｉ２Ｏ−Ｂ２Ｏ３、Ｌｉ２Ｏ−Ｂ２Ｏ３−ＺｎＯなどの固体酸化物系非晶質電解質粉末、Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ２、ＬｉＩ−Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ２、ｌｉＩ−ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５、ＬｉＩ−Ｌｉ２Ｓ−Ｂ２Ｓ３、Ｌｉ３ＰＯ４−Ｌｉ２Ｓ−Ｓｉ２Ｓ、Ｌｉ３ＰＯ４−Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ２、ＬｉＰＯ４−Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ、ＬｉＩ−Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｏ５、ＬｉＩ−Ｌｉ３ＰＯ４−Ｐ２Ｓ５、Ｌｉ３ＰＳ４、Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５などの固体硫化物系非晶質電解質粉末、あるいはＬｉＩ、ＬｉＩ−Ａｌ２Ｏ３、Ｌｉ３Ｎ、Ｌｉ３Ｎ−ＬｉＩ−ＬｉＯＨ、Ｌｉ１．３Ａｌ０．３Ｔｉ０．７（ＰＯ４）３、Ｌｉ１＋ｘ＋ｙＡｘＴｉ２−ｘＳｉｙＰ３−ｙＯ１２（Ａ＝Ａｌ又はＧａ、０≦ｘ≦０．４、０＜ｙ≦０．６）、［（Ｂ１／２Ｌｉ１／２）１−ｚＣｚ］ＴｉＯ３（Ｂ＝Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｃ＝Ｓｒ又はＢａ、０≦ｘ≦０．５）、Ｌｉ５Ｌａ３Ｔａ２Ｏ１２、Ｌｉ７Ｌａ３Ｚｒ２Ｏ１２、Ｌｉ６ＢａＬａ２Ｔａ２Ｏ１２、Ｌｉ３ＰＯ（４−３／２ｗ）Ｎｗ（ｗ＜１）、Ｌｉ３．６Ｓｉ０．６Ｐ０．４Ｏ４などの結晶質酸化物粉末や酸窒化物粉末など、好適には固体硫化物電解質粉末が挙げられる。
【００２４】
特に、前記電解質は、イオン液体を含むものであり得て、通常イオン液体とともにリチウム塩を含むものであり得る。
前記のリチウム塩としては、例えばＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣｌＯ４およびＬｉＡｓＦ６等の無機リチウム塩；およびＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２、ＬｉＮ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２、ＬｉＣ（ＣＦ３ＳＯ２）３等が挙げられる。
また、前記イオン液体としては、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が挙げられる。
【００２５】
前記イオン液体のカチオン種としては、２−エチルイミダゾリウム、３−プロピルイミダゾリウム、１−エチル−３−メチルイミダゾリウム、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム、１，３−ジメチルイミダゾリウム等のイミダゾリウム；ジエチルメチルアンモニウム、テトラブチルアンモニウム、シクロヘキシルトリメチルアンモニウム、メチルトリ−ｎ−オクチルアンモニウム、トリエチル(２−メトキシエトキシメチル)アンモニウム、ベンジルジメチルテトラデシルアンモニウム、ベンジルトリメチルアンモニウム等のアンモニウム；その他にもアルキルピリジニウム、ジアルキルピロリジニウム、テトラアルキルフォスフォニウム、トリアルキルスルフォニウム等が挙げられる。
【００２６】
前記イオン液体のアニオン種としては、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；その他、ラクテート、硝酸イオン、トリフルオロアセテート等が挙げられる。
【００２７】
本発明の金属空気電池は、通常最外層の正極の外側に酸素拡散層、その外側に空気孔を有する固定部材が設けられて構成されている。
前記酸素拡散層は、外部から酸素孔を通じて取り込まれた酸素を正極に拡散させる機能を有するもので、例えば酸素透過膜から構成され得る。
前記酸素透過膜として、空孔率が５％以上６０％以下にするのが好ましい。空孔率が５％より小さい場合、酸素分子が拡散することができる細孔空間が不十分となり、酸素の透過速度が著しく低下してしまう。空孔率が６０％より大きい場合、膜の強度が著しく低下してしまう。より最適な空孔率の範囲は、８％以上５０％以下であり得る。
【００２８】
前記酸素拡散層は、高分子材料、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ−４−メチル−１−ペンテン、ポリ−３−メチル−１−ブテン、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリ塩化ビニル、ナイロン６、ナイロン６６、ポリカーボネート、ポリビニルアルコール、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリテトラフルオロエチレン、セルロース、酢酸セルロース、ポリイミドなど、好適にはポリテトラフルオロエチレンから形成され得る。
【００２９】
前記の酸素孔は、通常直径０．１〜３ｍｍの範囲、好適には０．３〜１ｍｍの範囲、例えば直径０．５ｍｍの貫通孔を可能な限り多い複数個、例えば５〜１０個程度の貫通孔を固定基材に設けられ得る。
【００３０】
また、本発明の実施態様の金属空気電池において、通常、最外層の正極に接続された正極端子が、最外層の負極に接続された負極端子が、それぞれ電池の外装構造体の外部に突出されている。
前記本発明の実施態様の金属空気電池によれば、複数の電極体を積層しても各電極体に貫通穴を通じて酸素を送ることができ、単位体積当たりの電池性能（例えば、容量）を高くし得る金属空気電池を得ることができる。
【００３１】
本発明の金属空気電池は、前記の酸素拡散層および空気孔を有する固定部材の各部材を熱融着又は接着剤、例えば熱硬化型接着剤、例えばエポキシ接着剤や熱可塑型接着剤、例えばポリアミド系接着剤などを用いて積層し、組立てて作製し得るものであるが、さらに外部からの水分の導入を阻止するためにイットリア部分安定化ジルコニアなどの固体電解質あるいは撥水膜が積層されていてもよい。
また、本発明の金属空気電池において、導入される酸素は乾燥された空気中の酸素であってもよいが好適には純酸素であり得る。
【実施例】
【００３２】
以下、本発明の実施例を示す。
以下の実施例は単に説明するためのものであり、本発明を限定するものではない。
【００３３】
実施例１
下記の材料を用い、下記の工程で、金属空気電池の作製を行った。
１−１−１ 正極の形成
カーボン材料としてＫＢ（ＫｅｔｊｅｎＥＣ−６００ＪＤ）１０質量％、ＰＴＦＥ９０質量％、エタノール適量を混合し、得られた混合物をツィンローラーでプレスして膜を形成、切断し、１２０℃で乾燥して正極（空気正極）を形成した。
１−１−２ 電極体の用意
正極と下記の負極、電解質含有セパレータを組み合わせて、電極体を形成した。
電解質：ＰＰ１３ＴＦＳＡ−０．３２ｍｏｌ／ｋｇ−ＬｉＴＦＳＡ（関東化学社）
セパレータ：ポリプロピレン不織布
負極：Ｌｉ金属箔（本庄金属製）
【００３４】
１−１−３ 電極体への貫通穴の形成
カッターを用いて、電極体に、図４又は図５に示す平行な７本（平面が正方形の場合）又は９本（平面が円形の場合）の貫通穴を形成した。
貫通穴の形状は下記の通りであった。
平面が正方形の場合
穴の幅：０．３ｍｍ、穴の深さ：０．３ｍｍ
平面が円形の場合
穴の幅：０．３ｍｍ、穴の深さ：０．３ｍｍ
【００３５】
１−１−４ 金属空気電池の作製
図８に示すように電極体を穴方向に対して直交させて積層するか、又は図９に示すように、電極体を穴方向に対して角度を６０°ずらしながら図１に示す積層体に積層した。
この積層体に、最外層の正極の外側に酸素拡散層、その外側に空気孔を有する固定部材が設けることによって、金属空気電池を作製し得る。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明によって、単位体積当たりの容量を高めるために複数の電極体を積層して各電極体へ酸素を送ることができ、単位体積当たりの容量を高くし得る金属空気電池を得ることができる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属空気電池に関し、さらに詳しくは特定の構造を有することによって単位体積当たりの容量を高くすることができる金属空気電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、放電できる電気容量が大きく小型化や軽量化が容易であり、外部からの酸素を用いるため資源的な制約が少なく環境負荷も従来のリチウム電池に比べて小さい金属空気電池が注目され、様々な研究が行われている。
この金属空気電池は、外部からの酸素を用いこれを正極活物質とする電池であり、主要な構成材として正極、電解質、負極、酸素拡散層および外装材を含むものである。
【０００３】
そして、このような金属空気電池としては、単位体積当たりの容量が高いこと、空気の導入による電池性能への悪影響を防止乃至は抑制し得るものでなければならず、様々な検討がなされている。
例えば、特許文献１には、容器本体と容器上蓋とに囲まれた空間に、リチウム負極と酸素正極とがセパレータを介して配置され、両極の間に非水系電解液が充填されたリチウム空気電池の多数が直列に繋いで収容され、酸素イオン伝導性の緻密な固体電解質が備えられ、１つの酸素ポンプを備えるリチウム空気電池が図５に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２３０９８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、この種のリチウム空気電池では、空気の導入による電池性能への悪影響を防止乃至は抑制し得るが、単位体積当たりの容量は満足のいくものではない。
従って、本発明の目的は、単位体積当たりの容量を高めるために複数の電極体を積層して各電極体へ酸素を送ることができ、単位体積当たりの容量を高くし得る金属空気電池を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、正極と負極とがセパレータを介して配置されている電極体が複数積層された金属空気電池であって、積層している各電極体が少なくとも１つの貫通穴を有し、前記貫通穴の一部が重なるように互いに接する上下の電極体の相互の位置をずらして複数の前記電極体が積層されている、前記電池に関する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、単位体積当たりの容量を高めるために複数の電極体を積層して各電極体へ酸素を送ることができ、単位体積当たりの容量を高くし得る金属空気電池を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明の実施態様の金属空気電池における複数の電極体が積層された状態を示す部分拡大模式図である。
【図２】図２は、従来技術による金属空気電池における複数の電極体の配置状態を示す部分拡大模式図である。
【図３】図３は、本発明の実施態様の金属空気電池に用いられ得る電極体の一例の平面および断面を示す部分拡大模式図である。
【図４】図４は、本発明の実施態様の金属空気電池に用いられ得る電極体の一例の平面を示す部分拡大模式図である。
【図５】図５は、本発明の実施態様の金属空気電池に用いられ得る電極体の他の一例の平面を示す部分拡大模式図である。
【図６】図６は、本発明の実施態様の金属空気電池に用いられ得る電極体の一例の平面を示す部分拡大斜視模式図である。
【図７】図７は、本発明の実施態様の金属空気電池に用いられ得る電極体の他の一例の平面を示す部分拡大斜視模式図である。
【図８】図８は、本発明の実施態様の金属空気電池における上下の電極体が相互の位置をずらして積層される状態を説明するための部分拡大模式図である。
【図９】図９は、本発明の他の実施態様の金属空気電池における上下の電極体が相互の位置をずらして積層される状態を説明するための部分拡大模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
特に、本発明において、以下の実施態様を挙げることができる。
１）前記各電極体が、複数個の貫通穴を有するものである前記金属空気電池。
２）前記貫通穴が、矩形の穴形状を有するものである前記金属空気電池。
３）前記セパレータは電解質を備え、前記電解質が、ゲルポリマー又は固体であるかイオン液体を含む前記金属空気電池。
４）前記電極体が、正方形又は円形の平面を有する前記金属空気電池。
５）前記負極が、Ｌｉ金属製である前記金属空気電池。
６）前記互いに接する上下の電極体の相互の位置が、前記電極体が正方形の平面を有する場合は上下の電極体の溝が直交し、前記電極体が円形の平面を有する場合はθ＝３６０°／ｎ（θは互いに接する上下の電極体の矩形の貫通穴がなす角度であり、ｎは電極体の枚数である。）である関係を満足する前記金属空気電池。
７）前記負極が、Ｌｉ金属製である前記金属空気電池。
８）最外層の正極の外側に酸素拡散層、その外側に空気孔を有する固定部材が設けられている前記金属空気電池。
【００１０】
本発明においては、正極と負極とがセパレータを介して配置されている電極体が複数積層された金属空気電池であって、積層している各電極体が少なくとも１つの貫通穴を有し、前記貫通穴の一部が重なるように互いに接する上下の電極体の相互の位置をずらして複数の前記電極体が積層されていることが必要であり、これによって複数の電極体を隙間なく積層しても各電極体へ酸素を送ることができ、単位体積当たりの容量を高くし得る金属空気電池を得ることができる。
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳説する。
本発明の実施態様の金属空気電池は、図１に示すように、正極と負極とがセパレータを介して配置されている電極体が複数積層されて、積層している各電極体が少なくとも１つの貫通穴を有し、前記貫通穴の一部が重なるように互いに接する上下の電極体の相互の位置をずらして複数の前記電極体が積層されているものである。
本発明の前記の金属空気電池によれば、複数の電極体が隙間なく積層されていて、互いに接する電極体の相互の位置をずらして貫通穴の一部が重なるように積層されているため、空気の流れに乱れを発生させ、空気の流れを積層方向から平面方向に変えることができる。このため、複数の電極体を隙間なく積層しても各電極体へ空気を送ることができ、単位体積当たりの容量を高くすることができる。
【００１２】
これに対して、公知の金属空気電池は、図２に示すように、均一な電極体が電極体間に隙間を形成して複数配置されているものである。
このため、公知の金属空気電池においては、隙間の作用により酸素の供給は促進されるが、隙間の空間だけ単位体積当たりの容量および出力ロスが大きく、電池性能（容量）が低いものとなる。
【００１３】
本発明の実施態様の金属空気電池に用いられる電極体は、図３〜図８に示すように、正極と負極とがセパレータを介して配置されていて、複数の電極体の積層方向（電極体の平面に垂直な方向）に貫通する少なくとも１つの貫通穴を有するものである。
本発明の実施態様の金属空気電池に用いられる電極体の貫通穴の形状、数および貫通穴幅に関して、図４〜図９には特定の形状（平面が矩形）、穴数および穴幅が示されているが、これに限定されず、金属空気電池に求められる電池特性（出力、容量）に合致させて任意の形状（例えば、平面が楕円形、多数の円形のもの）、穴数および穴幅が選択され得る。
そして、前記電極体は、任意の平面を有し得るが、例えば図３〜図４および図６に示すように、正方形の平面を有し得る。
また、前記電極体は、図５、図７に示すように、円形の平面を有し得る。
また、前記のセパレータは、貫通穴周辺部が融着されて液体不透過性であり得る。
【００１４】
本発明の実施態様の金属空気電池は、図８および図９に示すように、互いに接する上下の電極体の相互の位置が、前記電極体が正方形の平面を有する場合は上下の電極体の貫通穴が直交し、前記電極体が円形の平面を有する場合はθ＝３６０°／ｎ（θは互いに接する上下の電極体の矩形の貫通穴がなす角度であり、ｎは電極体の枚数であり、例えば２〜１００、特に４〜２５の範囲であり得る。）である関係を満足して積層されているものであり得る。後者の場合、上下の電極体の位置は通常均等にずらされているが、不均等にずらされていてもよい。
【００１５】
本発明の実施態様の金属空気電池は、例えば、下記の方法によって製造し得る。
１）電解質がゲルポリマー又は固体であるかあるいはイオン液体である場合：
正極、負極およびセパレータを用意する工程、
正極と負極との間に電解質を充填する工程、
正極、負極およびセパレータを積層して電極体を作製する工程、
複数の電極体に、積層方向に貫通する少なくとも１つの貫通穴を形成する工程、および
前記貫通穴の少なくとも一部が重なるように互いに接する上下の位置をずらして複数の電極体を積層する工程
によって製造し得る。
上記の製造方法によれば、本発明の金属空気電池は、公知の複数の電極体間に隙間を設けた構造の金属空気電池に比べて、前記優れた性能に加えて生産性が大きく向上し得る。
【００１６】
２）電解質が非水電解液である場合
積層方向に貫通する少なくとも１つの貫通穴が形成され穴周辺部が融着されて液体不透過性であるセパレータを用意する工程、
前記セパレータに形成された貫通穴と対応する位置に同一の数および形状を有する貫通穴が形成された正極および負極を用意する工程、
正極と負極との間に電解質を充填する工程、
前記貫通穴を有する正極、前記貫通穴を有する負極および前記セパレータを積層して上下に貫通する少なくとも１つの貫通穴を有する電極体を形成する工程、および
複数の電極体を、前記貫通穴の少なくとも一部が重なるように互いに接する上下の電極体の相互の位置をずらして積層する工程
によって製造し得る。
前記の１）および２）の製造方法において、貫通穴は切断機、例えばカッターを用いて形成し得る。
【００１７】
本発明における正極は、導電性材料を有する正極層を備えたものであり得る。
前記正極は、通常、触媒およびバインダーの少なくとも一方、好適には両成分を含有し得る。
前記の導電材料としては、カーボン材料が挙げられる。カーボン材料は、多孔質材料であってもよくそうでなくともよいが、好適には１ｍＬ／ｇ以上の高い細孔容積を有するものであり得る。前記のカーボン材料として、ケッチェンブラック、例えばＫＢ（KetjenEC-600JD）、アセチレンブラック、活性炭などが挙げられる。
正極層におけるカーボン材料の割合は１０〜９９質量％の範囲であり得る。
【００１８】
また、前記の正極における触媒としては、特に制限はなく、例えばＭｎＯ２、ＣｅＯ２などの無機材料や、Ｃｏフタロシアニン、Ｆｅポルフィリンなどの有機材料、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇなどの貴金属材料などが挙げられる。正極層における触媒の割合は１〜９０質量％の範囲であり得る。
また、前記の正極におけるバインダーとしては、ＰＴＦＥ、ＰＶｄＦ、ＳＢＲなどのそれ自体周知の材料を挙げることができる。正極層におけるバインダーの割合は１〜４０質量％の範囲であり得る。
【００１９】
本発明における前記正極は、例えば集電体、例えば多孔質構造体、例えばカーボンペーパー、カーボンクロス、金属メッシュなどや、非多孔質体、例えば金属箔に、前記の導電性材料、触媒およびバインダーを溶媒に分散させたスラリーを塗工し、乾燥、切断することによって得ることができる。
前記のスラリーを調製する際の溶媒としては、沸点が２００℃以下の有機化合物、例えばアセトン、ＮＭＰなどを用い得る。
また、前記のスラリーを塗工する際には、ドクターブレード法、インクジェット法などを用い得る。
【００２０】
本発明における負極は、負極材料種として金属を含有する負極活物質を有する負極層を備えたものであり得る。
前記負極材料種としては、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、Ｃａ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｆｅなど、エネルギー密度の高い電池が得られることから好適にはＬｉが挙げられる。
そして、Ｌｉの場合、Ｌｉ金属やＬｉ炭素質物、Ｌｉ酸化物、Ｌｉ硫化物、Ｌｉ窒化物などが挙げられる。
本発明における前記負極は、集電体、例えばＳＵＳ、Ｎｉなどの任意の金属箔を用いてそれ自体周知の技術によって調製し得る。
【００２１】
本発明におけるセパレータは電解質を含むものであり得る。なお、セパレータは固体電解質層であってもよい。
前記のセパレータとしては、ポリエチレン(ＰＥ）、ポリプロピレン(ＰＰ）、ＰＰ／ＰＥ／ＰＰ製の１層〜３層構造の多孔膜、樹脂不織布、ガラス繊維不織布等の不織布が挙げられる。
前記の電解質は、負極層および正極層の間で金属イオンの伝導を行うためのものである。この電解質としては、負極金属種に応じたイオン伝導性を示す材料であれば、液体、ゲル、ポリマー、無機固体を問わず任意の材料であり得る。特に、電解質が液体の場合は、有機溶媒とリチウム塩とを加えたものであり得る。
【００２２】
前記のリチウム塩としては、例えばＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣｌＯ４およびＬｉＡｓＦ６等の無機リチウム塩；およびＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２、ＬｉＮ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２、ＬｉＣ（ＣＦ３ＳＯ２）３等が挙げられる。
また、前記有機溶媒としては、例えばエチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、ブチレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、スルホラン、アセトニトリル、１，２−ジメトキシメタン、１，３−ジメトキシプロパン、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフランおよびこれらの混合物等を挙げることができる。前記有機溶媒として、特に酸素ラジカル耐性の高いものが好適である。
【００２３】
前記ゲル状の電解質は、例えば正極および負極を作製し、これらに溶剤と電解質塩とを含む電解液を塗布した後に溶剤を揮発させて形成し得る。
また、前記固体電解質としては、例えばリチウム二次電池の固体電解質材料として用いられ得る材料の粉末であれば限定されず、例えばＬｉ２Ｏ−Ｂ２Ｏ３−Ｐ２Ｏ５、Ｌｉ２Ｏ−ＳｉＯ２、Ｌｉ２Ｏ−Ｂ２Ｏ３、Ｌｉ２Ｏ−Ｂ２Ｏ３−ＺｎＯなどの固体酸化物系非晶質電解質粉末、Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ２、ＬｉＩ−Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ２、ｌｉＩ−ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５、ＬｉＩ−Ｌｉ２Ｓ−Ｂ２Ｓ３、Ｌｉ３ＰＯ４−Ｌｉ２Ｓ−Ｓｉ２Ｓ、Ｌｉ３ＰＯ４−Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ２、ＬｉＰＯ４−Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ、ＬｉＩ−Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｏ５、ＬｉＩ−Ｌｉ３ＰＯ４−Ｐ２Ｓ５、Ｌｉ３ＰＳ４、Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５などの固体硫化物系非晶質電解質粉末、あるいはＬｉＩ、ＬｉＩ−Ａｌ２Ｏ３、Ｌｉ３Ｎ、Ｌｉ３Ｎ−ＬｉＩ−ＬｉＯＨ、Ｌｉ１．３Ａｌ０．３Ｔｉ０．７（ＰＯ４）３、Ｌｉ１＋ｘ＋ｙＡｘＴｉ２−ｘＳｉｙＰ３−ｙＯ１２（Ａ＝Ａｌ又はＧａ、０≦ｘ≦０．４、０＜ｙ≦０．６）、［（Ｂ１／２Ｌｉ１／２）１−ｚＣｚ］ＴｉＯ３（Ｂ＝Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｃ＝Ｓｒ又はＢａ、０≦ｘ≦０．５）、Ｌｉ５Ｌａ３Ｔａ２Ｏ１２、Ｌｉ７Ｌａ３Ｚｒ２Ｏ１２、Ｌｉ６ＢａＬａ２Ｔａ２Ｏ１２、Ｌｉ３ＰＯ（４−３／２ｗ）Ｎｗ（ｗ＜１）、Ｌｉ３．６Ｓｉ０．６Ｐ０．４Ｏ４などの結晶質酸化物粉末や酸窒化物粉末など、好適には固体硫化物電解質粉末が挙げられる。
【００２４】
特に、前記電解質は、イオン液体を含むものであり得て、通常イオン液体とともにリチウム塩を含むものであり得る。
前記のリチウム塩としては、例えばＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣｌＯ４およびＬｉＡｓＦ６等の無機リチウム塩；およびＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２、ＬｉＮ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２、ＬｉＣ（ＣＦ３ＳＯ２）３等が挙げられる。
また、前記イオン液体としては、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が挙げられる。
【００２５】
前記イオン液体のカチオン種としては、２−エチルイミダゾリウム、３−プロピルイミダゾリウム、１−エチル−３−メチルイミダゾリウム、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム、１，３−ジメチルイミダゾリウム等のイミダゾリウム；ジエチルメチルアンモニウム、テトラブチルアンモニウム、シクロヘキシルトリメチルアンモニウム、メチルトリ−ｎ−オクチルアンモニウム、トリエチル(２−メトキシエトキシメチル)アンモニウム、ベンジルジメチルテトラデシルアンモニウム、ベンジルトリメチルアンモニウム等のアンモニウム；その他にもアルキルピリジニウム、ジアルキルピロリジニウム、テトラアルキルフォスフォニウム、トリアルキルスルフォニウム等が挙げられる。
【００２６】
前記イオン液体のアニオン種としては、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；その他、ラクテート、硝酸イオン、トリフルオロアセテート等が挙げられる。
【００２７】
本発明の金属空気電池は、通常最外層の正極の外側に酸素拡散層、その外側に空気孔を有する固定部材が設けられて構成されている。
前記酸素拡散層は、外部から酸素孔を通じて取り込まれた酸素を正極に拡散させる機能を有するもので、例えば酸素透過膜から構成され得る。
前記酸素透過膜として、空孔率が５％以上６０％以下にするのが好ましい。空孔率が５％より小さい場合、酸素分子が拡散することができる細孔空間が不十分となり、酸素の透過速度が著しく低下してしまう。空孔率が６０％より大きい場合、膜の強度が著しく低下してしまう。より最適な空孔率の範囲は、８％以上５０％以下であり得る。
【００２８】
前記酸素拡散層は、高分子材料、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ−４−メチル−１−ペンテン、ポリ−３−メチル−１−ブテン、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリ塩化ビニル、ナイロン６、ナイロン６６、ポリカーボネート、ポリビニルアルコール、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリテトラフルオロエチレン、セルロース、酢酸セルロース、ポリイミドなど、好適にはポリテトラフルオロエチレンから形成され得る。
【００２９】
前記の酸素孔は、通常直径０．１〜３ｍｍの範囲、好適には０．３〜１ｍｍの範囲、例えば直径０．５ｍｍの貫通孔を可能な限り多い複数個、例えば５〜１０個程度の貫通孔を固定基材に設けられ得る。
【００３０】
また、本発明の実施態様の金属空気電池において、通常、最外層の正極に接続された正極端子が、最外層の負極に接続された負極端子が、それぞれ電池の外装構造体の外部に突出されている。
前記本発明の実施態様の金属空気電池によれば、複数の電極体を積層しても各電極体に貫通穴を通じて酸素を送ることができ、単位体積当たりの電池性能（例えば、容量）を高くし得る金属空気電池を得ることができる。
【００３１】
本発明の金属空気電池は、前記の酸素拡散層および空気孔を有する固定部材の各部材を熱融着又は接着剤、例えば熱硬化型接着剤、例えばエポキシ接着剤や熱可塑型接着剤、例えばポリアミド系接着剤などを用いて積層し、組立てて作製し得るものであるが、さらに外部からの水分の導入を阻止するためにイットリア部分安定化ジルコニアなどの固体電解質あるいは撥水膜が積層されていてもよい。
また、本発明の金属空気電池において、導入される酸素は乾燥された空気中の酸素であってもよいが好適には純酸素であり得る。
【実施例】
【００３２】
以下、本発明の実施例を示す。
以下の実施例は単に説明するためのものであり、本発明を限定するものではない。
【００３３】
実施例１
下記の材料を用い、下記の工程で、金属空気電池の作製を行った。
１−１−１ 正極の形成
カーボン材料としてＫＢ（ＫｅｔｊｅｎＥＣ−６００ＪＤ）１０質量％、ＰＴＦＥ９０質量％、エタノール適量を混合し、得られた混合物をツィンローラーでプレスして膜を形成、切断し、１２０℃で乾燥して正極（空気正極）を形成した。
１−１−２ 電極体の用意
正極と下記の負極、電解質含有セパレータを組み合わせて、電極体を形成した。
電解質：ＰＰ１３ＴＦＳＡ−０．３２ｍｏｌ／ｋｇ−ＬｉＴＦＳＡ（関東化学社）
セパレータ：ポリプロピレン不織布
負極：Ｌｉ金属箔（本庄金属製）
【００３４】
１−１−３ 電極体への貫通穴の形成
カッターを用いて、電極体に、図４又は図５に示す平行な７本（平面が正方形の場合）又は９本（平面が円形の場合）の貫通穴を形成した。
貫通穴の形状は下記の通りであった。
平面が正方形の場合
穴の幅：０．３ｍｍ、穴の深さ：０．３ｍｍ
平面が円形の場合
穴の幅：０．３ｍｍ、穴の深さ：０．３ｍｍ
【００３５】
１−１−４ 金属空気電池の作製
図８に示すように電極体を穴方向に対して直交させて積層するか、又は図９に示すように、電極体を穴方向に対して角度を６０°ずらしながら図１に示す積層体に積層した。
この積層体に、最外層の正極の外側に酸素拡散層、その外側に空気孔を有する固定部材が設けることによって、金属空気電池を作製し得る。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明によって、単位体積当たりの容量を高めるために複数の電極体を積層して各電極体へ酸素を送ることができ、単位体積当たりの容量を高くし得る金属空気電池を得ることができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極と負極とがセパレータを介して配置されている電極体が複数積層された金属空気電池であって、積層している各電極体が少なくとも１つの貫通穴を有し、前記貫通穴の一部が重なるように互いに接する上下の電極体の相互の位置をずらして複数の前記電極体が積層されている、前記電池。
【請求項２】
前記各電極体が、複数個の貫通穴を有するものである請求項１に記載の金属空気電池。
【請求項３】
前記貫通穴が、矩形の穴形状を有するものである請求項１又は２に記載の金属空気電池。
【請求項４】
前記セパレータは電解質を備え、前記電解質が、ゲルポリマー又は固体であるかあるいはイオン液体を含む請求項１〜３のいずれか１項に記載の金属空気電池。
【請求項５】
前記電極体が、正方形又は円形の平面を有する請求項１〜４のいずれか１項に記載の金属空気電池。
【請求項６】
前記互いに接する上下の電極体の相互の位置が、前記電極体が正方形の平面を有する場合は上下の電極体の貫通穴が直交し、前記電極体が円形の平面を有する場合はθ＝３６０°／ｎ（θは互いに接する上下の電極体の矩形の貫通穴がなす角度であり、ｎは電極体の枚数である。）である関係を満足する請求項３〜５のいずれか１項に記載の金属空気電池。
【請求項７】
前記負極が、Ｌｉ金属製である請求項１〜６のいずれか１項に記載の金属空気電池。
【請求項８】
最外層の正極の外側に酸素拡散層、その外側に空気孔を有する固定部材が設けられている請求項１〜７のいずれか１項に記載の金属空気電池。
【請求項１】
正極と負極とがセパレータを介して配置されている電極体が複数積層された金属空気電池であって、積層している各電極体が少なくとも１つの貫通穴を有し、前記貫通穴の一部が重なるように互いに接する上下の電極体の相互の位置をずらして複数の前記電極体が積層されている、前記電池。
【請求項２】
前記各電極体が、複数個の貫通穴を有するものである請求項１に記載の金属空気電池。
【請求項３】
前記貫通穴が、矩形の穴形状を有するものである請求項１又は２に記載の金属空気電池。
【請求項４】
前記セパレータは電解質を備え、前記電解質が、ゲルポリマー又は固体であるかあるいはイオン液体を含む請求項１〜３のいずれか１項に記載の金属空気電池。
【請求項５】
前記電極体が、正方形又は円形の平面を有する請求項１〜４のいずれか１項に記載の金属空気電池。
【請求項６】
前記互いに接する上下の電極体の相互の位置が、前記電極体が正方形の平面を有する場合は上下の電極体の貫通穴が直交し、前記電極体が円形の平面を有する場合はθ＝３６０°／ｎ（θは互いに接する上下の電極体の矩形の貫通穴がなす角度であり、ｎは電極体の枚数である。）である関係を満足する請求項３〜５のいずれか１項に記載の金属空気電池。
【請求項７】
前記負極が、Ｌｉ金属製である請求項１〜６のいずれか１項に記載の金属空気電池。
【請求項８】
最外層の正極の外側に酸素拡散層、その外側に空気孔を有する固定部材が設けられている請求項１〜７のいずれか１項に記載の金属空気電池。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−４５６８４（Ｐ２０１３−４５６８４Ａ）
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８３５２５（Ｐ２０１１−１８３５２５）
【出願日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【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３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【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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