(57)【要約】  本発明は、多孔質正極層４１を有する正極アセンブリ４０と負極アセンブリ３０とを電解液層βを挟む両側に対設した空気電池Ｂ１であり、多孔質正極層４１を支持するとともに、通気領域を形成した導電性の正極支持板４２を有し、上記多孔質正極層４１を、通気領域を被覆し、かつ、その通気領域よりも外方の非通気領域に延在させ、かつ、その非通気領域に対向する外縁部分に緻密部４１ａを形成している。
2014024713.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔質正極層を有する正極アセンブリと負極アセンブリとを電解液層を挟む両側に対設した空気電池において、
多孔質正極層を支持するとともに、通気領域を形成した導電性の正極支持板を有し、
上記多孔質正極層を、通気領域を被覆し、かつ、その通気領域よりも外方の非通気領域に延在させ、かつ、その非通気領域に対向する外縁部分に緻密部を形成したことを特徴とする空気電池。
【請求項２】
多孔質正極層を有する正極アセンブリと負極アセンブリとを電解液層を挟む両側に対設した空気電池において、
多孔質正極層を支持するとともに、通気領域を形成した導電性の正極支持板を有し、
上記多孔質正極層を、通気領域を被覆し、かつ、その通気領域よりも外方の非通気領域に延在させて形成し、かつ、その非通気領域に対向する外縁部分に非透水性の接着層を形成したことを特徴とする空気電池。
【請求項３】
正極アセンブリを、非透水性の接着剤によって導電性の正極支持板に固着している請求項２に記載の空気電池。
【請求項４】
多孔質正極層を有する正極アセンブリと負極アセンブリとを電解液層を挟む両側に対設した空気電池において、
上記多孔質正極層を通気領域を被覆しかつその通気領域よりも外縁領域に延在させて形成し、かつ、その正極アセンブリを被覆して保護するための電気絶縁性の正極保護部材を配設していることを特徴とする空気電池。
【請求項５】
非透水性の接着剤により正極保護部材を正極支持板に接着している請求項４に記載の金属空気電池。
【請求項６】
多孔質正極層が撥水性多孔質層である請求項１〜５のいずれか１項に記載の空気電池。
【請求項７】
多孔質正極層の少なくとも一部を通気領域に埋没させている請求項１〜６のいずれか１項に記載の空気電池。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の空気電池を互いに積層させていることを特徴とする空気電池スタック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多孔質正極層を有する正極アセンブリと負極アセンブリとを電解液層を挟む両側に対設した空気電池とこれを用いた空気電池スタックに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の空気電池として、例えば特許文献１に「水系金属空気電池」とした名称において開示されたものがある。
特許文献１に開示された水系金属空気電池は、正極、セパレータ及びゲル状金属からなる負極材料を、熱融着性樹脂層を含むラミネートシートによって成形された外装容器によって包被したものであり、その負極材料の電池内体積占有率を４０％以上９０％以下であることを特徴としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】日本国特開２００４−２８８５７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記した特許文献１に開示された水系金属空気電池を含む一般的な空気電池は、正極が導電性炭素材料に酸素還元活性をもつ触媒を混練，担持した多孔質膜とともに電解液を使用する形態のものでは、その電解液が正極及びその周辺から漏出することを防ぐことが必須である。    
また、正極は数十〜数百ミクロンの膜厚であり、かつ、多孔質であることから機械的に脆弱であり、集電体の押し付けにより、特に脆弱な正極層の端部が破損する恐れがある。【０００５】
そこで本発明は、電解液の漏出を防止するとともに、多孔質正極層を保護することができる空気電池とこれを用いた空気電池スタックの提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するための本発明は、多孔質正極層を有する正極アセンブリと負極アセンブリとを電解液層を挟む両側に対設した空気電池において、多孔質正極層を支持するとともに、通気領域を形成した導電性の正極支持板を有し、上記多孔質正極層を、通気領域を被覆し、かつ、その通気領域よりも外方の非通気領域に延在させて形成し、かつ、その非通気領域に対向する外縁部分に緻密部を形成している。【０００７】
上記の構成では、多孔質正極層を導電性の正極支持板により支持するとともに、その多孔質正極層の外縁部分に緻密部を形成しているので、電解液の漏出を防止するとともに、多孔質正極層を保護できるようにしている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、電解液の漏出を防止するとともに、多孔質正極層を保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態に係る空気電池セルユニットの斜視図である。
【図２】図１に示すＩ‐Ｉ線に沿う断面図である。
【図３】同上の一実施形態に係る空気電池セルユニットの分解斜視図である。
【図４】同上の一実施形態に係る空気電池を上下三段に積み重ねた空気電池の斜視図である。
【図５】図４に示すＩＩ‐ＩＩ線に沿う断面図である。
【図６】第一の他例に係る正極アセンブリの断面図である。
【図７】第二の他例に係る正極アセンブリの断面図である。
【図８】（Ａ）は、第三の他例に係る正極アセンブリの断面図、（Ｂ）は、（Ａ）に包囲線ＩＩＩで示す部分の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る空気電池セルユニットの斜視図、図２は、図１に示すＩ‐Ｉ線に沿う断面図、図３は、その一実施形態に係る空気電池セルユニットの分解斜視図である。また、図４は、負極アセンブリの断面図、図５は、正極アッセンブリの構造を示す部分拡大図である。
【００１１】
一実施形態に係る空気電池Ｂ１は、負極側分割体１０と正極側分割体２０とを互いに連結してなるものである。
負極側分割体１０は、フレーム１１と、このフレーム１１内に配設された負極アセンブリ３０とを有している。
【００１２】
フレーム１１は、絶縁性を有するポリプロピレン等の合成樹脂製のものであり、所要の高さにし、かつ、平面視において正方枠形に形成した側板１２〜１５と、負極アセンブリ３０を固定するための取付け片１６とを一体にして形成したものである。
【００１３】
取付け片１６は、側板１２〜１５の一端面（図示上端面）１２ａ〜１５ａ側に偏倚し、かつ、フレーム１１内に平面視方形の開口１６ａを区画するように形成されており、その開口１６ａに負極アセンブリ３０が臨むようにして取り付けられるようになっている。
【００１４】
側板１３，１５には、空気を流通させるための空気流通口１３ｂ，１５ｂが互いに対向する位置に横長にして形成されている。
本実施形態において示す空気流通口１３ｂ，１５ｂは、下記の集電体３３…の最も外側の集電体３３，３３にほぼ対向する幅にして形成されている。
【００１５】
負極アセンブリ３０は、図２，３に示すように、負極３１、負極支持板３２及び集電体３３を互いに積層させて一体にしたものである。
負極３１は、アルミ、マグネシウム又はそれらの合金よりなる金属材で形成されており、電解液と電気化学的反応により腐食され（負極反応）、電子を集電体３３を通じて外部に取り出すことができるものである。
【００１６】
負極支持板３２は、銅、ニッケル又はそれらの合金若しくはステンレスより一定の厚みにした平面視方形のものであり、これの一面（図示上面）に上記した負極３１を載置固定している。すなわち、負極３１は負極支持板３２を介してフレーム片１６に固定されている。
上記した負極３１，負極支持板３２は、クラッド方法，電気溶接，レーザ溶接等の手法により、電気的，機械的に接合させている。
【００１７】
集電体３３は、負極アセンブリ３０と電気的に導通させ、かつ、空気流路を形成するものであり、負極支持板３２の他面（図示下面）に、上記空気流通口１３ｂ，１５ｂと平行にし、かつ、互いに一定の間隔にして配列固定されている。
この集電体３３は、上記した負極支持板３２と電気溶接，レーザ溶接等の手法により、電気的，機械的に接合させている。
【００１８】
本実施形態においては、複数の集電体３３を、負極支持板３２の他面（図示下面）に互いに平行にし、かつ、一定の間隔にして配列することにより、これらの間に空気流路αが区画形成されるようにしている。
なお、集電体３３としては、通気抵抗が小さい構造であればよいので、他の公知の形状に形成することができることは勿論である。
【００１９】
正極側分割体２０は、フレーム２１と、このフレーム２１内に配設された正極アセンブリ４０とを有している。
フレーム２１は、絶縁性を有するポリプロピレン等の合成樹脂製のものであり、所要の高さにし、かつ、平面視において正方枠形に形成した側板２２〜２５と、正極アセンブリ４０を固定するための取付け片２６とを一体にして形成したものである。
【００２０】
側板２２には、外部から電解液を注入するための二つの電解液注入口２２ａ，２２ａが互いに間隔をおき、かつ、側板２２内外に貫通させて形成されている。
取付け片２６は、側板２２〜２５の一端面（図示上端面）に、平面視方形の開口２６ａを区画して形成されており、その開口２６ａに正極アセンブリ４０を臨ませて取り付けられるようになっている。
【００２１】
正極アセンブリ４０は、図２，５に示すように、多孔質正極層４１と、正極支持板４２とからなる。
多孔質正極層４１は、活性炭、ＰＴＦＥ及び触媒としての銀微粒子を、８０：１５：５の重量比で混練したペーストを乾燥させて形成したフィルム状のものであり、本実施形態においては撥水性のものを用いている。これにより、撥水膜等を省略することができる。
本実施形態においては、下記の通気領域を被覆し、かつ、その通気領域よりも外方の非通気領域に延在させて形成し、かつ、その非通気領域に対向する外縁部分に緻密部４１ａを形成している。
【００２２】
緻密部４１ａは、非通気領域に対向する多孔質正極層４１の外周縁部に、これを縁取るようにして連成されている。
なお、緻密部４１ａは、多孔質正極層４１の外周縁部に連成することに限るものではなく、所定の間隔で断続的に形成してもよい。
【００２３】
正極支持板４２は、平面視長方形にしたステンレス（ＳＵＳ３０４）製のものであり、中央部に化学エッチングによりΦ０．２からなる複数の貫通孔を３０個／ｃｍ２の密度で穿設開口したものである。
【００２４】
本実施形態においては、「複数の貫通孔」を形成した領域を「通気領域４２ａ」、それ以外の領域を「非通気領域４２ｂ」という。
正極支持板４２に多孔質正極層４１を押圧しつつ、約１５０℃で加熱接着後、さらに緻密部４１ａを形成する部分だけを２５０℃で加圧・加熱接着することにより、上記緻密部４１ａを形成している。
【００２５】
上記した負極側分割体１０と正極側分割体２０とを互いに連結することにより、正極アセンブリ１０と負極アセンブリ２０の間に電解液層βが区画形成される。換言すると、それら正極アセンブリ１０と負極アセンブリ２０とが電解液層βを挟む両側に対設した状態になる。
【００２６】
図４は、一実施形態に係る空気電池を上下三段に積み重ねた空気電池の斜視図、図５は、図４に示すＩＩ‐ＩＩ線に沿う断面図である。
本発明の一実施形態に係る空気電池スタックＡは、上記した空気電池Ｂ１…を上下三段に積み重ねたものである。
【００２７】
隣接する空気電池Ｂ１，Ｂ１どうしを重ね合わせると、相対的に上側の空気電池Ｂ１の側板２２〜２５の下端部が、下側の空気電池Ｂ１の側板１２〜１５の上端部に嵌合して、しっかりと積層した状態になる。
また、上側の空気電池Ｂ１における負極アセンブリ３０の集電体３３の図示下端面が、下側の空気電池Ｂ１における正極アセンブリ４０の正極支持板４２に当接する。これにより、
集電体３３との電気的接触，接合を担保することができるとともに、積層した空気電池Ｂ１どうしを直列接続した空気電池スタックＡを容易に組み立てることができる。
【００２８】
上記のように製作した正極アセンブリ４０を使用し、空気電池セルユニットＢ１を製作し、電解液層βに１０Ｎ-ＫＯＨ水溶液からなる電解液を注入し、１ヶ月放置後も電解液の漏液は発生しなかった。
【００２９】
以上の構成からなる空気電池Ｂ１と空気電池スタックＡによれば、次の効果を得ることができる。
・電解液の漏出を防止するとともに、多孔質正極層の機械的強度を向上させることができる。
・空気電池Ｂ１を、負極アセンブリ３０を配した負極側分割体１０と、正極アセンブリ４０を配した正極側分割体２０とを互いに連結した構造にしているので、その組み立てを容易に行なうことができる。
【００３０】
図６〜図８（Ａ）は、第一〜第三の他例に係る正極アセンブリの断面図、図８（Ｂ）は、同図（Ａ）に包囲線ＩＩＩで示す部分の拡大図である。なお、上述した実施形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。
【００３１】
図６に示す第一の他例に係る正極アセンブリ４０Ａは、多孔質正極層４１の外縁領域に対向する外周縁部に非透水性の接着層４３を連成したものである。
本実施形態においては、上記の接着層４３によって正極アセンブリ４０Ａを導電性の正極支持板４２に固着している。これにより、正極アセンブリ４０Ａを正極支持板４２に固着するための他の部材を必要としない。
【００３２】
接着層４３は、多孔質正極層４１の外周縁部にディスペンサー（図示しない）により塗布することにより形成している。
このとき、接着剤の塗布幅を広狭調整することにより、正極支持板４２，多孔質正極層４１の外周縁部及び多孔質正極層４１の上部まで塗布することができる。
このように接着剤を塗布することにより、多孔質正極層４１の端部は正極支持板４２と接着されるとともに、多孔質正極層４１の外周縁部を保護することができる。
【００３３】
接着剤としては、大気中の水分と反応して硬化する変性アクリルシリコーン接着剤を使用することができる。
なお、接着剤としては、上記変性アクリルシリコーン接着剤に限定されることなく、エポキシ系、シリコーン系接着剤を使用できる。
【００３４】
上記のように製作された正極アセンブリ４０Ａを使用して空気電池Ｂ１を製作し、電解液層βに１０Ｎ-ＫＯＨ水溶液からなる電解液を注液し、１ヶ月放置後も電解液の漏出は発生しなかった。
【００３５】
図７に示す第二の他例に係る正極アセンブリ４０Ｂは、多孔質正極層４１を被覆して保護するための正極保護部材５０を配設している。
正極保護部材５０は、多孔質正極層４１全体を被覆するとともに、非通気領域４２ｂに当接する大きさに形成した電気絶縁性のものである。
この正極保護部材５０は、多孔質正極層４１の端部を接着剤５２により正極支持板４２に接着固定することにより、また、多孔質正極層４１の表面を正極支持板４２に押し付けている。
押付け部分は貫通孔５１が穿設されており、多孔質正極層４１が電解液層β内の電解液と接することができるようにしている。
【００３６】
本例において示す正極保護部材５０は、ポリプロピレン樹脂で形成することにより、良好な電気絶縁性を確保しているが、その他、エポキシ樹脂やアクリル樹脂によって形成することもできる。
上記のように製作した正極アセンブリ４０Ｂを使用して空気電池Ｂ１を製作し、電解液層βに１０Ｎ-ＫＯＨ水溶液からなる電解液を注液して、２ヶ月間放置した後も電解液の漏出は発生しなかった。
【００３７】
図８（Ａ），（Ｂ）に示す第３の他例に係る正極アセンブリ４０Ｃは、図５に示す正極アセンブリ４０の構成に加えて、多孔質正極層４１の少なくとも一部を通気領域４２ａに埋没させたものである。
多孔質正極層４１を正極支持板４２に載置するとき、予め正極層ペーストを正極支持板４２の通気領域４２ａにスクリーン印刷の手法で塗布した後、図１において説明した正極層フィルムを正極支持板４１に押圧し、約１５０℃で加熱接着した後、さらに緻密部４１ａだけを２５０℃で加圧・加熱接着して製作している。
【００３８】
このように予め正極支持板４２の通気領域４２ａに多孔質正極層４１を半埋没させることにより、多孔質正極層４１と正極支持板４２との密着性を改善することができる。
上記のように製作された正極アセンブリ４０Ｃを使用して空気電池Ｂ１を製作し、上記した電解液層βに１０Ｎ-ＫＯＨ水溶液からなる電解液を注液し、２ヶ月放置後も電解液の漏出は発生しなかった。
【００３９】
なお、本発明は上述した実施形態に限るものではなく、次のような変形実施が可能である。
上述した実施形態においては、接着層４３によって正極アセンブリ４０Ａを正極支持板４２に固着した例について説明したが、その接着層４３によって固着することに限らず、他の部材によって正極アセンブリ４０Ａを正極支持板４２に固着してもよい。
【符号の説明】
【００４０】
３０                            負極アセンブリ
４０，４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ    正極アセンブリ
４１                            多孔質正極層
４１ａ                          緻密部
４２                            正極支持板
４２ａ                          通気領域
４２ｂ                          非通気領域
４３                            接着層
５０                            正極保護部材
β                              電解液層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2014024713.tif 000008
【図７】
2014024713.tif 000009
【図８】
2014024713.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成28年2月15日(2016.2.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項４】
多孔質正極層を有する正極アセンブリと負極アセンブリとを電解液層を挟む両側に対設した空気電池において、
多孔質正極層を支持するとともに、通気領域を形成した導電性の正極支持板を有し、
上記多孔質正極層を通気領域を被覆しかつその通気領域よりも外縁領域に延在させて形成し、かつ、その正極アセンブリを被覆して保護するための電気絶縁性の正極保護部材を配設していることを特徴とする空気電池。
【国際調査報告】
2014024713.tif 000011
2014024713.tif 000012
2014024713.tif 000013
2014024713.tif 000014