(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも金属を含む負極と、
空気極と、
上記負極と上記空気極との間に設けられた電解質層とを有し、
上記空気極のうちの上記負極側の部分の放電過電圧が他の部分の放電過電圧よりも低い空気電池であって、
上記空気極において、第１の放電過電圧を有する第１の触媒が、上記負極から上記空気極に向かう方向に濃度が減少する濃度分布で存在するとともに、上記第１の放電過電圧よりも高い第２の放電過電圧を有する第２の触媒が、上記負極から上記空気極に向かう方向に濃度が増加する濃度分布で存在する、
空気電池。
【請求項２】
少なくとも金属を含む負極と、
空気極と、
上記負極と上記空気極との間に設けられた電解質層とを有し、
上記空気極のうちの上記負極側の部分の放電過電圧が他の部分の放電過電圧よりも低い空気電池であって、
上記空気極は上記負極側の第１の部分および上記負極と反対側の第２の部分からなり、上記第１の部分には触媒が存在し、上記第２の部分には触媒が存在せず、上記第２の部分の放電過電圧は上記触媒の放電過電圧よりも高い、
空気電池。
【請求項３】
上記空気極が、上記負極から上記空気極に向かう方向において、放電過電圧が互いに異なる複数の部分を有する、
請求項１または請求項２に記載の空気電池。
【請求項４】
少なくとも金属を含む負極と、
空気極と、
上記負極と上記空気極との間に設けられた電解質層とを有し、
上記空気極のうちの上記負極側の部分の放電過電圧が他の部分の放電過電圧よりも低い空気電池を有する電子機器であって、
上記空気極において、第１の放電過電圧を有する第１の触媒が、上記負極から上記空気極に向かう方向に濃度が減少する濃度分布で存在するとともに、上記第１の放電過電圧よりも高い第２の放電過電圧を有する第２の触媒が、上記負極から上記空気極に向かう方向に濃度が増加する濃度分布で存在する、
電子機器。
【請求項５】
少なくとも金属を含む負極と、
空気極と、
上記負極と上記空気極との間に設けられた電解質層とを有し、
上記空気極のうちの上記負極側の部分の放電過電圧が他の部分の放電過電圧よりも低い空気電池を有する電子機器であって、
上記空気極は上記負極側の第１の部分および上記負極と反対側の第２の部分からなり、上記第１の部分には触媒が存在し、上記第２の部分には触媒が存在せず、上記第２の部分の放電過電圧は上記触媒の放電過電圧よりも高い、
電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は空気電池および電子機器に関し、例えば、リチウム（Ｌｉ）などの金属を負極に用いた空気電池およびこの空気電池を用いる各種の電子機器に適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
空気電池（金属空気電池ともいう）は、負極活物質としてエネルギー密度が高い金属を用い、正極活物質として空気中の酸素を用いることから、半電池で動作することができ、電極活物質量が半分で済む（例えば、特許文献１参照。）。このため、空気電池は、理論的に大きなエネルギー密度を得ることができる。空気電池は、負極に用いる金属の種類に依存して、起電力および容量が大きく異なる。その中でも、最も原子番号が小さい金属であるリチウムを負極に用いた空気電池は、非常に大きな容量が得られるとともに、理論起電力も３Ｖ程度と大きいことから、実用化に向けて盛んに研究が行われている（例えば、特許文献２、非特許文献１〜３参照。）。
【０００３】
空気電池は、一般的に、空気極（正極）、負極、電解質層、外部から酸素を取り込めるような開口部を設けた筐体などからなる。空気極は、一般的に、酸素の反応場としての、炭素材料やそれに金属などからなる触媒を加えたものなどからなる。負極は、上述のように例えばリチウムなどの金属元素からなる。電解質層に用いられる電解液は、有機電解液と水溶性電解液とに大別され、どちらにもメリットとデメリットがあるが、有機電解液の方が水溶性電解液に比べて、理論容量が大きいというメリットがある。また、電解質層は、一般的に、空気極と負極とのショートを防止するためのセパレータに電解液を含浸した形態で用いられている。
【０００４】
従来の一般的な空気電池においては、空気極中には単一の触媒を含み、空気極の酸素取り込み面に集電用の金属メッシュが設けられた構造が用いられている。また、空気電池の容量を増加させる手法としては、特定の比表面積や細孔容積を有する炭素材料を空気極の導電性材料に用いる手法などが用いられてきた（例えば、特許文献３、４参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−２５８７８２号公報
【特許文献２】特開２００９−２５２６３７号公報
【特許文献３】特開２００２−１５７８２号公報
【特許文献４】特開２００２−１５７３７号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Electrochemical and Solid-State Letters, 13(11)A165-A167(2010)
【非特許文献２】Electrochemical and Solid-State Letters, 13(6)A69-A72(2010)
【非特許文献３】Journal of Power Sources 174(2007)1177-1182
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、放電時には、空気極のうちの酸素導入部に近い側から絶縁性の放電生成物（反応生成物）（例えば、リチウム空気電池ではＬｉ2 Ｏ2 やＬｉ2 Ｏなど）が生成する。この放電生成物により空気極表面が覆い尽くされたり、空気極中の酸素の通り道である空孔が放電生成物によって閉塞したりすることによって、空気極の内部への酸素拡散が放電初期から抑制されてしまい、放電が終了してしまう。このため、空気電池の放電容量が少なくなってしまう。この問題は空気極の厚さが大きくなるほど顕著になる。
【０００８】
そこで、本開示が解決しようとする課題は、放電時に、空気極の内部への酸素の拡散を長時間維持することができることにより高い放電容量を得ることができる空気電池を提供することである。
【０００９】
本開示が解決しようとする他の課題は、上記のような優れた空気電池を用いた高性能の電子機器を提供することである。
【００１０】
上記課題および他の課題は、添付図面を参照した以下の明細書の記述より明らかとなるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本開示は、
少なくとも金属を含む負極と、
空気極と、
上記負極と上記空気極との間に設けられた電解質層とを有し、
上記空気極のうちの上記負極側の部分の放電過電圧が他の部分の放電過電圧よりも低い空気電池である。
【００１２】
また、本開示は、
少なくとも金属を含む負極と、
空気極と、
上記負極と上記空気極との間に設けられた電解質層とを有し、
上記空気極のうちの上記負極側の部分の放電過電圧が他の部分の放電過電圧よりも低い空気電池を有する電子機器である。
【００１３】
本開示において、放電過電圧とは、電池の放電時における放電電圧の平衡電位からの乖離の大きさを表しており、同一条件でこの値が小さいものほど、放電電位が高くなる。典型的には、空気極は、負極から空気極に向かう方向において、放電過電圧が互いに異なる複数の部分を有し、好適には、負極から空気極に向かう方向に放電過電圧が段階的あるいは連続的に増加する。例えば、これらの複数の部分には、それぞれ放電過電圧が互いに異なる触媒が存在し、これらの触媒の放電過電圧は負極から空気極に向かう方向に段階的あるいは連続的に増加する。これらの触媒は、従来公知の触媒の中から適宜選択することができる。典型的な一つの例では、空気極は、負極側の第１の部分および負極と反対側の第２の部分からなり、第１の部分には第１の放電過電圧を有する第１の触媒が存在し、第２の部分には第１の放電過電圧よりも高い第２の放電過電圧を有する第２の触媒が存在する。典型的な他の例では、空気極において、第１の放電過電圧を有する第１の触媒が、負極から空気極に向かう方向に濃度が減少する濃度分布で存在するとともに、第１の放電過電圧よりも高い第２の放電過電圧を有する第２の触媒が、負極から空気極に向かう方向に濃度が増加する濃度分布で存在する。これらの例において、第２の放電過電圧は、好適には、第１の放電過電圧よりも０．０１Ｖ以上高く、より好適には、第１の放電過電圧よりも０．１Ｖ以上高い。他の例では、空気極は、負極側の第１の部分および負極と反対側の第２の部分からなり、第１の部分には触媒が存在し、第２の部分には触媒が存在せず、第２の部分の放電過電圧は上記の触媒の放電過電圧よりも高い。さらに他の例では、空気極において、触媒が、負極から空気極に向かう方向に濃度が減少する濃度分布で存在する。一方、この空気電池においては、充電時に空気極の内部における酸素の滞留を防止することができるようにする観点から、好適には、空気極のうちの負極側の部分の充電過電圧が他の部分の充電過電圧と同程度もしくはそれよりも高くなるようにする。具体的には、例えば、上記の第１の触媒および第２の触媒として、第２の触媒の充電過電圧が第１の触媒の充電過電圧よりも低いものを用いる。
【００１４】
また、本開示は、
空気電池と、
上記空気電池に関する制御を行う制御手段と、
上記空気電池を内包する外装とを有し、
上記空気電池が、
少なくとも金属を含む負極と、
空気極と、
上記負極と上記空気極との間に設けられた電解質層とを有し、
上記空気極のうちの上記負極側の部分の放電過電圧が他の部分の放電過電圧よりも低い電池パックである。
【００１５】
この電池パックにおいて、制御手段は、例えば、空気電池に関する充放電、過放電または過充電の制御を行う。
【００１６】
また、本開示は、
空気電池と、
上記空気電池に関する制御を行う制御手段と、
上記空気電池を内包する外装とを有し、
上記空気電池が、
少なくとも金属を含む負極と、
空気極と、
上記負極と上記空気極との間に設けられた電解質層とを有し、
上記空気極のうちの上記負極側の部分の放電過電圧が他の部分の放電過電圧よりも低く、上記空気電池から電力の供給を受ける電子機器である。
【００１７】
電子機器は、基本的にはどのようなものであってもよく、携帯型のものと据え置き型のものとの双方を含むが、具体例を挙げると、携帯電話、モバイル機器、ロボット、パーソナルコンピュータ、車載機器、各種家庭電気製品などである。
【００１８】
また、本開示は、
空気電池から電力の供給を受けて車両の駆動力に変換する変換装置と、
上記空気電池に関する情報に基づいて車両制御に関する情報処理を行う制御装置とを有し、
上記空気電池が、
少なくとも金属を含む負極と、
空気極と、
上記負極と上記空気極との間に設けられた電解質層とを有し、
上記空気極のうちの上記負極側の部分の放電過電圧が他の部分の放電過電圧よりも低い電動車両である。
【００１９】
この電動車両において、変換装置は、典型的には、空気電池から電力の供給を受けてモータを回転させ、駆動力を発生させる。このモータは、回生エネルギーを利用することもできる。また、制御装置は、例えば、空気電池の電池残量に基づいて車両制御に関する情報処理を行う。この電動車両は、例えば、電気自動車、電動バイク、電動自転車、鉄道車両などのほか、いわゆるハイブリッド車も含む。
【００２０】
また、本開示は、
空気電池から電力の供給を受け、および／または、電力源から空気電池に電力を供給するように構成され、
上記空気電池が、
少なくとも金属を含む負極と、
空気極と、
上記負極と上記空気極との間に設けられた電解質層とを有し、
上記空気極のうちの上記負極側の部分の放電過電圧が他の部分の放電過電圧よりも低い電力システムである。
【００２１】
この電力システムは、およそ電力を使用するものである限り、どのようなものであってもよく、単なる電力装置も含む。この電力システムは、例えば、スマートグリッド、家庭用エネルギー管理システム（ＨＥＭＳ）、車両など含み、蓄電も可能である。
【００２２】
また、本開示は、
電力が供給される電子機器が接続されるように構成され、
空気電池を有し、
上記空気電池が、
少なくとも金属を含む負極と、
空気極と、
上記負極と上記空気極との間に設けられた電解質層とを有し、
上記空気極のうちの上記負極側の部分の放電過電圧が他の部分の放電過電圧よりも低い電力貯蔵用電源である。
【００２３】
この電力貯蔵用電源の用途は問わず、基本的にはどのような電力システムまたは電力装置にも用いることができるが、例えば、スマートグリッドに用いることもできる。
【００２４】
上記の空気電池において、放電時に放電生成物を空気極のうちの負極側の部分から優先的に生成させる効果をより確実に得る観点からは、必要に応じて、空気極に接続する集電体を次のように構成する。すなわち、空気極の負極側の面に空気極と電気的に接続された第１の集電体を設け、空気極の負極と反対側の面および空気極中の少なくとも一方に空気極と電気的に接続された第２の集電体を設ける。そして、空気電池の放電時には、これらの第１の集電体および第２の集電体のうちの少なくとも第１の集電体に負極に対して正の電圧を印加する。また、空気電池の充電時には、これらの第１の集電体および第２の集電体のうちの少なくとも第２の集電体に負極に対して正の電圧を印加する。一般的には、第２の集電体は酸素が透過可能に構成され、具体的には、例えば酸素が通ることができる開口部を有する。これらの第１の集電体および第２の集電体は、典型的には、金属メッシュ（網目構造の金属）からなる。
【００２５】
本開示によれば、放電時には、空気極のうちの放電過電圧が最も低い負極側の部分から優先的に放電生成物を生成させることができる。このため、放電生成物により空気極の表面が覆い尽くされたり、空気極中の酸素の通り道である空孔が放電生成物によって閉塞したりするのを有効に防止することができ、空気極の内部への酸素の拡散を長時間維持することができる。また、空気極のうちの負極側の部分の充電過電圧が他の部分の充電過電圧と同程度もしくはそれよりも高い場合には、充電時に、空気極のうちの負極と反対側の部分から優先的に放電生成物を分解することができる。このため、放電生成物の分解により発生する酸素を空気極の内部を通って空気極の酸素取り込み面から外部にスムーズに放出させることができ、空気極の内部に酸素が滞留するのを効果的に防止することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本開示によれば、放電時に、空気極の内部への酸素の拡散を長時間維持することができることにより高い放電容量を得ることができる空気電池を得ることができる。また、空気極のうちの負極側の部分の充電過電圧が他の部分の充電過電圧と同程度もしくはそれよりも高い場合には、充電時に、空気極の内部における酸素の滞留も防止することができる。そして、この優れた空気電池を用いることにより、高性能の電池パック、電子機器、電動車両、電力システム、電力貯蔵用電源などを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】第１の実施の形態による空気電池を示す断面図である。
【図２】第１の実施の形態による空気電池の空気極を示す断面図である。
【図３】第１の実施の形態による空気電池の具体的な構造例を示す断面図である。
【図４】図３に示す空気電池の平面図である。
【図５】第１の実施の形態による空気電池の他の具体的な構造例を示す断面図である。
【図６】第１の実施の形態による空気電池をボタン型の空気電池に適用した構造例を示す断面図である。
【図７】第１の実施の形態による空気電池の動作を説明するための断面図である。
【図８】第２の実施の形態による空気電池の空気極を示す断面図およびこの空気極中の触媒濃度分布を示す略線図である。
【図９】第３の実施の形態による空気電池の空気極を示す断面図である。
【図１０】第４の実施の形態による空気電池の空気極を示す断面図およびこの空気極中の触媒濃度分布を示す略線図である。
【図１１】第５の実施の形態による空気電池を示す断面図である。
【図１２】第５の実施の形態による空気電池の具体的な構造例を示す断面図である。
【図１３】図１２に示す空気電池の平面図である。
【図１４】第５の実施の形態による空気電池の他の具体的な構造例を示す断面図である。
【図１５】第５の実施の形態による空気電池において用いられる空気極を示す断面図である。
【図１６】第５の実施の形態による空気電池の動作を説明するための断面図である。
【図１７】実施例２の空気電池を示す断面図である。
【図１８】実施例２の空気電池を示す平面図である。
【図１９】第６の実施の形態による空気電池を示す断面図である。
【図２０】第７の実施の形態による空気電池を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、発明を実施するための形態（以下「実施の形態」とする）について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
【００２９】
１．第１の実施の形態（空気電池、その製造方法およびその使用方法）
２．第２の実施の形態（空気電池、その製造方法およびその使用方法）
３．第３の実施の形態（空気電池、その製造方法およびその使用方法）
４．第４の実施の形態（空気電池、その製造方法およびその使用方法）
５．第５の実施の形態（空気電池、その製造方法およびその使用方法）
６．第６の実施の形態（空気電池、その製造方法およびその使用方法）
７．第７の実施の形態（空気電池、その製造方法およびその使用方法）
【００３０】
〈１．第１の実施の形態〉
［空気電池］
図１は第１の実施の形態による空気電池を示す。図１に示すように、この空気電池は、負極１１と、空気極１２と、負極１１と空気極１２との間に設けられた電解質層１３とを有する。この空気電池はさらに、空気極１２の負極１１と反対側の面に空気極１２と電気的に接続されて設けられた集電体１４を有する。
【００３１】
負極１１は、少なくとも一種類の金属を含む材料、好適には少なくとも一種類の金属を主成分とする材料を用いて構成される。この材料としては、例えば、Ｌｉ（リチウム）、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、亜鉛（Ｚｎ）、Ａｌ（アルミニウム）などのうちの一種からなる単体金属、これらの金属のうちの二種類以上の金属からなる合金、これらの金属と他の金属との合金（例えば、ＬｉとＳｉ（シリコン）との合金、ＬｉとＳｎ（スズ）との合金など）などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。負極１１は、必要に応じて、これらの材料に加えて、他の導電性材料や結着材などを含んでもよい。この導電性材料は、有機材料でも無機材料であってもよい。有機材料としては、導電性ポリマーなどを挙げることができる。無機材料としては、炭素系材料（例えば、各種の炭素粒子）などを挙げることができる。結着材としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）など、一般的な電池に用いられている結着材を用いることができる。負極１１に含まれるこれらの導電性材料や結着材の含有量は特に限定されるものでなく、必要に応じて選ばれるが、負極１１の導電性が十分に得られ、かつ形状が安定に保持される限り、できる限り少ないことが望ましい。
【００３２】
空気極１２は、導電性材料、触媒材料、結着材などからなる。導電性材料は、導電性を有し、空気電池の使用環境に耐えうるものであれば、特に限定されるものではないが、一般的には、カーボンブラック、活性炭、カーボンファイバーなどの炭素材料などが用いられる。空気電池の放電時にはこの導電性材料の表面に放電生成物が生成されるため、導電性材料としては、比表面積が大きいものが望ましく、また、空気極１２中の含有量をできるだけ多くすることが電池容量の観点から望ましい。結着材としては、ＰＶＤＦ、ＳＢＲ、ＰＴＦＥなど、一般的な電池に用いられている結着材を用いることができる。結着材の含有量は特に限定されるものではないが、電極の形状が安定に保持される限り、できる限り少なくすることが望ましい。
【００３３】
図２に示すように、この場合、空気極１２のうちの負極１１側の下部１２ａには第１の放電過電圧を有する第１の触媒が存在し、空気極１２のうちの負極１１と反対側の上部１２ｂには第１の放電過電圧よりも高い第２の放電過電圧を有する第２の触媒が存在する。好適には、第１の触媒および第２の触媒として、第１の触媒の充電過電圧が第２の触媒の充電過電圧と同程度もしくはそれよりも高いものを用いる。
【００３４】
第１の触媒および第２の触媒の材料としては、例えば、二酸化マンガン（ＭｎＯ2 ）（電解二酸化マンガン（ＥＭＤ）など）、四酸化三コバルト（Ｃｏ3 Ｏ4 ）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化鉄（III)（Ｆｅ2 Ｏ3 ）、酸化ルテニウム（IV）（ＲｕＯ2 ）、酸化銅（II）（ＣｕＯ）、五酸化バナジウム（Ｖ2 Ｏ5 ）、酸化モリブデン（VI）（ＭｏＯ3 ）、酸化イットリウム（III ）（Ｙ2 Ｏ3 ）、酸化イリジウム（IV）（ＩｒＯ2 ）などの各種の無機セラミックス、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ルテニウム（Ｒｕ）などの各種の金属、コバルトフタロシアニンなどの各種の有機金属錯体などを用いることができる。例えば、第１の触媒および第２の触媒の材料として、これらの中から互いに放電過電圧が異なる二種類の材料が選ばれる。第２の放電過電圧は、第１の放電過電圧に対して、好適には０．０１Ｖ以上、より好適には０．１Ｖ以上高く選ばれる。具体例を挙げると、同一放電条件での放電過電圧が０．１Ｖ程度異なるＲｕとＡｕとをそれぞれ第１の触媒、第２の触媒として用いることで、目的の特性を実現することができる。触媒量は特に限定されるものではなく、必要な触媒機能を発現する程度の含有量である限り、できる限り少なくすることが望ましい。
【００３５】
電解質層１３は、例えば、負極１１と空気極１２との間の金属イオンの伝導を担う電解液と、それによって満たされたセパレータとにより構成される。電解液は、金属イオン伝導性を有するものであれば、特に限定されず、従来公知のものの中から必要に応じて選ばれるが、一般的には、有機溶媒に金属塩が溶解したものが用いられる。例えば、負極１１にＬｉを用いる空気電池においては、リチウム塩としてＬｉＰＦ6 、ＬｉＣｌＯ4 、ＬｉＢＦ4 、ＬｉＣＦ3 ＳＯ3 、ＬｉＮ（ＣＦ3 ＳＯ2 ）2 、ＬｉＮ（Ｃ2 Ｆ5 ＳＯ2 ）2 、ＬｉＣ（ＣＦ3 ＳＯ2 ）3 などを用いることができる。有機溶媒としては従来公知のものを用いることができ、必要に応じて選ばれるが、具体的には、例えば、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、γ−ブチロラクトン、１，２−ジメトキシエタン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、テトラヒドロフラン、アセトニトリル、ジメチルスルホキシド、シロキサンなどや、イオン液体、それらの混合物などを用いることができる。電解液中の塩濃度は、特に限定されるものではないが、一般的には０．１ｍｏｌ／Ｌ以上２ｍｏｌ／Ｌ以下程度が望ましい。電解質層１３に用いられるセパレータとしては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどの多孔質膜やガラス繊維などの不織布などを用いることができる。
【００３６】
電解質層１３は、ポリエチレンオキシドなどに電解質を加えたポリマー電解質や、ＰＶＤＦなどによって電解液を保持したゲル電解質でも構わない。また、電解質層１３は、負極活物質がリチウムの場合、例えばリチウムイオン導電性ガラスセラミックなどの固体電解質でも構わない。また、電解質層１３は、液体、ポリマー、固体電解質をそれぞれ含有していたり、それらが層状に形成されていたりしても構わない。例えば、電解質層１３が負極１１側からポリマー電解質／固体電解質／液系電解質のような三層構造を有するものであっても構わない。
【００３７】
集電体１４は、空気電池の充放電時に電子を空気極１２に対して出し入れするためのものである。集電体１４は、この集電体１４を通って空気極１２に酸素が供給されるようにするために、酸素に対して透過性を有するように構成される。この集電体１４は、典型的には、金属メッシュにより構成される。金属メッシュは、空気電池の使用環境に耐えうるものであれば、材質は特に限定されないが、一般的には、Ｎｉ（ニッケル）やステンレス鋼（ＳＵＳ）などにより形成されたものが用いられる。この金属メッシュの孔径なども特に限定されるものではなく、必要に応じて選ばれる。
【００３８】
［空気電池の具体的な構造例］
図３はこの空気電池の具体的な構造例を示す。図３に示すように、この空気電池においては、空気極１２上の集電体１４上に酸素透過膜１５が設けられている。そして、負極１１、電解質層１３、空気極１２、集電体１４および酸素透過膜１５の全体が筐体１６の内部に収容されている。この筐体１６のうちの、酸素透過膜１５に面している上部には開口１６ａが設けられており、これらの開口１６ａを通して外部から空気（より一般的には、酸素を含有するガス）が酸素透過膜１５に到達することができるようになっている。そして、こうして酸素透過膜１５に到達した空気は、この酸素透過膜１５を透過して空気極１２に供給されるようになっている。
【００３９】
図４は図３に示す空気電池の平面図の一例である。図４に示すように、この例では、空気電池は長方形または正方形の平面形状を有し、全体として四角柱状の形状を有する。筐体１６のうちの酸素透過膜１５に面している上部に開口１６ａが二次元マトリクス状に設けられている。集電体１４からは、電池外部にリード部１４ａが取り出されている。さらに、図３においては図示されていないが、負極１１の下面にこの負極１１と電気的に接続されて設けられた集電体からも電池外部にリード部１７ａが取り出されている。この例では、これらのリード部１４ａ、１７ａは、空気電池の一つの側面に取り出されているが、これに限定されるものではない。
【００４０】
図５はこの空気電池の他の構造例を示す。図５に示すように、この空気電池においては、図３に示す空気電池と異なり、酸素透過膜１５が設けられていない。そして、負極１１、電解質層１３、空気極１２および集電体１４の全体が、筐体１６の内部に収容されている。この筐体１６は、より大きな筐体１８の内部に収容されている。この筐体１８は、一端部１８ａを除いて気密性を有しており、その一端部１８ａが酸素ボンベ１９のガス取り出し口と接続されている。そして、酸素ボンベ１９の開閉により、筐体１８の内部に酸素を供給することができるようになっている。筐体１６のうちの、空気極１２に面している上部には開口１６ａが設けられており、これらの開口１６ａを通して、筐体１８の内部に供給された酸素が空気極１２に供給されるようになっている。
【００４１】
図６はこの空気電池のさらに他の構造例を示し、ボタン型の空気電池を示す。図６に示すように、このボタン型空気電池においては、それぞれ円形の集電体１４、空気極１２、電解質層１３、負極１１および集電体１７が順次積層され、これらが全体として円柱状の形状を有する。この円柱状の集電体１４、空気極１２、電解質層１３、負極１１および集電体１７は外装缶２０と外装カップ２１との間に挟まれており、外装缶２０の周縁部にガスケット２２を介して外装カップ２１の周縁部がかしめられて密封されている。外装缶２０のうちの集電体１４に面する部分には開口２０ａが設けられている。
【００４２】
［空気電池の製造方法］
次に、この空気電池の製造方法について説明する。
まず、負極１１を、使用する材料に応じて、従来公知の方法によって形成する。
【００４３】
次に、空気極１２の上面に集電体１４を形成する。この空気極１２は、例えば、次のようにして形成することができる。すなわち、まず、第１の触媒および第２の触媒をそれぞれ含む第１の電極材料および第２の電極材料を所定の比率で所定の有機溶媒に混合した後、これらの第１の電極材料および第２の電極材料から有機溶媒を十分に揮発させる。次に、第２の電極材料を例えば金属メッシュからなる集電体１４上にプレス成型した後、第２の電極材料上に第１の電極材料を載せて再度プレス成型する。こうして、下部１２ａに第１の放電過電圧を有する第１の触媒が存在し、上部１２ｂに第１の放電過電圧より高い第２の放電過電圧を有する第２の触媒が存在する空気極１２が形成される。
【００４４】
空気極１２は次のような方法で形成することもできる。すなわち、例えば金属メッシュからなる集電体１４上に有機溶媒を含んだ状態でまず第２の電極材料を塗布した後、乾燥させることにより有機溶媒を蒸発させる。次に、第２の電極材料の上に、有機溶媒を含んだ状態で第１の電極材料を塗布した後、乾燥させることにより有機溶媒を蒸発させる。こうして、下部１２ａに第１の放電過電圧を有する第１の触媒が存在し、上部１２ｂに第１の放電過電圧より高い第２の放電過電圧を有する第２の触媒が存在する空気極１２が形成される。
【００４５】
この後、電解質層１３を介して負極１１と空気極１２とを対向させる。こうして、図１に示すように、目的とする空気電池が製造される。
【００４６】
図３に示す空気電池のように酸素透過膜１５を用いる場合には、空気極１２上に集電体１４を介して酸素透過膜１５を設ける。そして、図３に示すように、負極１１、電解質層１３、空気極１２、集電体１４および酸素透過膜１５の全体を筐体１６の内部に収容する。
【００４７】
また、図５に示す空気電池では、筐体１６を筐体１８の内部に収容し、筐体１８の一端部１８ａを酸素ボンベ１９のガス取り出し口と接続する。
【００４８】
また、図６に示す空気電池では、円柱状の集電体１４、空気極１２、電解質層１３、負極１１および集電体１７を外装缶２０に収納し、この円柱状の集電体１４、空気極１２、電解質層１３、負極１１および集電体１７の周囲にガスケット２２を設け、円柱状の集電体１４、空気極１２、電解質層１３、負極１１および集電体１７に外装カップ２１をかぶせた後、この外装カップ２１の周縁部をかしめて密封を行う。
【００４９】
［空気電池の使用方法］
この空気電池においては、  放電時には、集電体１４に、負極１１に対して正の電圧を印加する。このとき、負極１１から電解質層１３を通って空気極１２に金属イオン（例えば、リチウムイオン（Ｌｉ+ ））が移動することにより電気エネルギーが発生する。一方、充電時には、集電体１４に、負極１１に対して正の電圧を印加する。このとき、金属イオンが空気極１２から電解質層１３を通って負極１１に移動することにより電気エネルギーが化学エネルギーに変換されて蓄電される。
【００５０】
この空気電池の放電時には、図７に示すように、空気極１２のうちの負極１１側の下部１２ａに存在する第１の触媒の第１の放電過電圧が、空気極１２のうちの負極１１と反対側の上部１２ｂに存在する第２の触媒の第２の放電過電圧よりも低いので、負極１１からの金属イオンは、正極１２の下部１２ａから優先的に、集電体１４を透過して空気極１２に供給される酸素と反応して放電生成物が生成され、その後、集電体１４に向かって放電生成物が生成される。例えば、負極１１がリチウムにより構成されている場合には、放電生成物としてＬｉ2 Ｏ2 やＬｉ2 Ｏなどが生成される。
【００５１】
また、この空気電池の充電時には、第１の触媒の充電過電圧が第２の触媒の充電過電圧と同程度もしくはそれよりも高い場合、図７に示すように、空気極１２の内部に生成された放電生成物は、空気極１２のうちの集電体１４側の上部１２ｂから優先的に分解される。このため、分解によって発生する酸素を空気極１２の内部を通って上面から外部にスムーズに放出させることができるので、充電時に空気極１２の内部に空気が滞留するのを効果的に抑制することができる。
【００５２】
〈実施例１〉
次のようにしてボタン型の空気電池を作製した。
空気極を次のようにして作製した。まず、カーボンブラック、Ｒｕ（第１の触媒）、ＰＶＤＦを重量比で７３：１４：１３となるように秤量し、これをＮ−メチルピロリドン溶媒中に加えて混合撹拌した後、溶媒を揮発させ、粉末状の組成物を作製した。同様の手法で、カーボンブラック、Ａｕ（第２の触媒）、ＰＶＤＦを重量比で７３：１４：１３となるように秤量し、これをＮ−メチルピロリドン溶媒中に加えて混合撹拌した後、溶媒を揮発させ、粉末状の組成物を作製した。こうして作製したＡｕを含む粉末状の組成物を、空気極から互いに異なる方向にリード部を取り出せるように加工したＮｉメッシュ（Ｎｉ金属金網、株式会社ニラコ製）に圧着した後、その上にＲｕを含む粉末状の組成物を圧着することにより空気極を作製した。こうして作製した空気極の厚さはおよそ２００μｍで、１４ｍｍφのディスク形状に加工した。
【００５３】
負極を次のようにして作製した。すなわち、Ｌｉ金属（１５ｍｍφ）をディスク形状に加工したＮｉメッシュに圧着することで負極を成型した。
【００５４】
電解液として、１，２−ジメトキシエタン中にＬｉＮ（ＣＦ3 ＳＯ2 ）2 を濃度１ｍｏｌ／Ｌで溶解させた電解液を用いた。また、セパレータとして、ガラスファイバーセパレータを用いた。
【００５５】
上記のようにした形成した、Ｎｉメッシュに圧着されたＬｉ金属負極、電解液を含浸させたガラスファイバーセパレータおよびＮｉメッシュに圧着された空気極を積層し、酸素導入用の開口を設けた外装缶中に収納した。この後、この外装缶の周縁部にガスケットを介して外装カップをかしめて密封を行い、ボタン型の空気電池を作製した。
【００５６】
こうして作製した空気電池の充放電を純酸素（圧力１ａｔｍ）雰囲気中で行ったところ、放電時には、放電生成物を空気極のうちのＬｉ金属負極に対向する側から優先的に生成させることができた。これにより、放電初期での、空気極のうちの酸素が導入される集電体側の部分の閉塞を抑制することができるため、空気極の全体を反応場に用いることができ、高い放電容量を実現することができた。また、充電時には、空気極のうちの酸素が導入される集電体側の部分から優先的に放電生成物を分解し、酸素を発生させることで、酸素を安定して電池外部に放出することができた。
【００５７】
以上のように、この第１の実施の形態によれば、次のような利点を得ることができる。すなわち、この第１の実施の形態においては、空気極１２のうちの負極１１側の下部１２ａに第１の放電過電圧を有する第１の触媒が存在し、空気極１２のうちの上部１２ｂには第１の放電過電圧より高い第２の放電過電圧を有する第２の触媒が存在する。このため、放電時には、放電生成物を空気極１２の下部１２ａから優先的に生成させることができる。これによって、放電生成物により空気極１２の表面が覆い尽くされたり、空気極１２中の酸素の通り道である空孔が放電生成物によって閉塞したりするのを有効に防止することができ、空気極１２の内部への酸素の拡散を長時間維持することができ、放電末期まで放電を持続させることができる。また、充電時には、第１の触媒の充電過電圧が第２の触媒の充電過電圧と同程度もしくはそれよりも高い場合、空気極１２のうちの負極１１と反対側の上部１２ｂから優先的に放電生成物を分解することができる。このため、放電生成物の分解により発生する酸素を空気極１２の内部を通って空気極１２の集電体１４側の面から外部にスムーズに放出させることができ、空気極１２の内部に酸素が滞留するのを効果的に防止することができる。以上により、放電時には、空気極１２の内部への酸素の拡散を長時間維持することができることにより高い放電容量を得ることができ、それによって大電流を取り出すことができる高性能の空気電池を得ることができる。また、第１の触媒の充電過電圧が第２の触媒の充電過電圧と同程度もしくはそれよりも高い場合には、充電時に、空気極１２の内部における酸素の滞留も防止することができる。加えて、空気極１２中に放電過電圧が互いに異なる第１の触媒および第２の触媒が存在することによりこの空気電池の放電曲線には二つのプラトーが形成されるため、放電電圧によって残量などの検出が容易になる。
【００５８】
〈２．第２の実施の形態〉
［空気電池］
図８Ａは第２の実施の形態による空気電池の空気極１２を示す断面図、図８Ｂはこの空気極１２における触媒濃度分布を示す略線図である。図８Ａおよび図８Ｂに示すように、この空気電池においては、空気極１２が、負極１１から空気極１２に向かう方向に、第１の放電過電圧を有する第１の触媒と第１の放電過電圧よりも高い第２の放電過電圧を有する第２の触媒とを互いに異なる濃度分布で含む。具体的には、この場合、第１の触媒の濃度は負極１１から空気極１２に向かって連続的に減少し、第２の触媒の濃度は負極１１から空気極１２に向かって連続的に増加している。その結果、空気極１２のうちの負極１１側の下部においては第２の触媒よりも第１の触媒の方が高濃度に存在し、空気極１２のうちの負極１１と反対側の上部においては第１の触媒よりも第２の触媒の方が高濃度に存在する。
【００５９】
この空気電池の上記以外の構成は、第１の実施の形態による空気電池と同様である。
【００６０】
［空気電池の製造方法］
この空気電池の製造方法は、空気極１２の形成方法以外は、第１の実施の形態による空気電池と同様である。空気極１２は以下のようにして形成する。すなわち、まず、例えば金属メッシュからなる集電体１４上に有機溶媒を含んだ状態でまず第２の電極材料を塗布した後、乾燥させることにより有機溶媒を蒸発させる。第２の電極材料が乾燥しきる前に、第２の電極材料の上に、有機溶媒を含んだ状態で第１の電極材料を塗布した後、乾燥させることにより有機溶媒を蒸発させる。その後、こうして形成した第１の電極材料および第２の電極材料をプレス成型する。こうして、空気極１２のうちの負極１１側の下部においては第２の触媒よりも第１の触媒が高濃度に存在し、空気極１２のうちの負極１１と反対側の上部においては第１の触媒よりも第２の触媒が高濃度に存在する空気極１２が形成される。
【００６１】
［空気電池の使用方法］
この空気電池の使用方法は、第１の実施の形態による空気電池と同様である。
【００６２】
この第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様な利点を得ることができる。
【００６３】
〈３．第３の実施の形態〉
［空気電池］
図９は第３の実施の形態による空気電池を示す。図９に示すように、この空気電池においては、空気極１２のうちの負極１１側の下部１２ｃには触媒が存在し、空気極１２のうちの負極１１と反対側の上部１２ｄには触媒が存在しない。この場合、空気極１２の下部１２ｃに存在する触媒の放電過電圧は、空気極１２の上部１２ｄを構成する電極材料、例えば炭素などの導電性材料の放電過電圧よりも低い。
【００６４】
この空気電池の上記以外の構成は、第１の実施の形態による空気電池と同様である。
【００６５】
［空気電池の製造方法］
この空気電池の製造方法は、空気極１２の形成方法以外は、第１の実施の形態による空気電池と同様である。空気極１２は以下のようにして形成する。すなわち、まず、それぞれ触媒を含む第１の電極材料および触媒を含まない第２の電極材料を所定の比率で所定の有機溶媒に混合した後、これらの第１の電極材料および第２の電極材料から有機溶媒を十分に揮発させる。次に、第２の電極材料を例えば金属メッシュからなる集電体１４上にプレス成型した後、第２の電極材料上に第１の電極材料を載せて再度プレス成型する。こうして、下部１２ｃに触媒が存在し、上部１２ｄに触媒が存在しない空気極１２が形成される。
【００６６】
［空気電池の使用方法］
この空気電池の使用方法は、第１の実施の形態による空気電池と同様である。
【００６７】
この第３の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様な利点を得ることができる。
【００６８】
〈４．第４の実施の形態〉
［空気電池］
図１０Ａは第４の実施の形態による空気電池の空気極１２を示す断面図、図１０Ｂはこの空気極１２における触媒濃度分布を示す略線図である。図１０Ａおよび図１０Ｂに示すように、この空気電池においては、空気極１２が一種類の触媒を含み、この触媒の濃度が、負極１１から空気極１２に向かって連続的に減少している。この場合、空気極１２に存在する触媒の放電過電圧は、空気極１２を構成する電極材料、例えば炭素などの導電性材料の放電過電圧よりも低い。
【００６９】
この空気電池の上記以外の構成は、第１の実施の形態による空気電池と同様である。
【００７０】
［空気電池の製造方法］
この空気電池の製造方法は、空気極１２の形成方法以外は、第１の実施の形態による空気電池と同様である。空気極１２は以下のようにして形成する。すなわち、まず、例えば金属メッシュからなる集電体１４上に有機溶媒を含んだ状態で触媒を含んだ電極材料を塗布し、乾燥させることにより有機溶媒を徐々に蒸発させる。その後、こうして形成した電極材料をプレス成型する。こうして、触媒の濃度が、負極１１から空気極１２に向かって連続的に減少している空気極１２が形成される。
【００７１】
［空気電池の使用方法］
この空気電池の使用方法は、第１の実施の形態による空気電池と同様である。
【００７２】
この第４の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様な利点を得ることができる。
【００７３】
〈５．第５の実施の形態〉
［空気電池］
図１１は第５の実施の形態による空気電池を示す。図１１に示すように、この空気電池は、空気極１２の負極１１側の面に空気極１２と電気的に接続されて設けられた集電体２３を有する。この集電体２３は、集電体１４と同様に、空気電池の充放電時に電子を空気極１２に対して出し入れするためのものである。この集電体２３は、この集電体２３を通って金属イオンが出入りできるように構成される。この集電体２３は、集電体１４と同様に、典型的には、金属メッシュにより構成される。金属メッシュは、材質は特に限定されないが、一般的には、Ｎｉ（ニッケル）やステンレス鋼（ＳＵＳ）などにより形成されたものが用いられる。この金属メッシュの孔径なども特に限定されるものではなく、必要に応じて選ばれる。集電体１４、２３は、典型的には、互いに電気的に独立に構成される。
【００７４】
この空気電池の上記以外の構成は、第１の実施の形態による空気電池と同様である。
【００７５】
［空気電池の具体的な構造例］
図１２はこの空気電池の具体的な構造例を示す。図１２に示すように、この空気電池においては、空気極１２上の集電体１４上に酸素透過膜１５が設けられている。そして、負極１１、電解質層１３、集電体２３、空気極１２、集電体１４および酸素透過膜１５の全体が筐体１６の内部に収容されている。この筐体１６のうちの、酸素透過膜１５に面している上部には開口１６ａが設けられており、これらの開口１６ａを通して外部から空気が酸素透過膜１５に到達することができるようになっている。そして、こうして酸素透過膜１５に到達した空気は、この酸素透過膜１５を透過して空気極１２に供給されるようになっている。
【００７６】
図１３は図１２に示す空気電池の平面図の一例である。図１３に示すように、この例では、空気電池は長方形または正方形の平面形状を有し、全体として四角柱状の形状を有する。筐体１６のうちの酸素透過膜１５に面している上部に開口１６ａが二次元マトリクス状に設けられている。集電体１４からは、電池外部にリード部１４ａが取り出されている。同様に、集電体２３からも、電池外部にリード部２３ａが取り出されている。さらに、図１２においては図示されていないが、負極１１の下面にこの負極１１と電気的に接続された集電体からも、電池外部にリード部１７ａが取り出されている。この例では、これらのリード部１４ａ、１７ａ、２３ａは、空気電池の一つの側面に取り出されているが、これに限定されるものではない。
【００７７】
図１４はこの空気電池の他の構造例を示す。図１４に示すように、この空気電池においては、図１２に示す空気電池と異なり、酸素透過膜１５が設けられていない。そして、負極１１、電解質層１３、集電体２３、空気極１２および集電体１４の全体が、筐体１６の内部に収容されている。この筐体１６は、より大きな筐体１８の内部に収容されている。この筐体１８は、一端部１８ａを除いて気密性を有しており、その一端部１８ａが酸素ボンベ１９のガス取り出し口と接続されている。そして、酸素ボンベ１９の開閉により、筐体１８の内部に酸素を供給することができるようになっている。筐体１６のうちの、空気極１２に面している上部には開口１６ａが設けられており、これらの開口１６ａを通して、筐体１８の内部に供給された酸素が空気極１２に供給されるようになっている。
【００７８】
［空気電池の製造方法］
次に、この空気電池の製造方法について説明する。
まず、負極１１を、使用する材料に応じて、従来公知の方法によって形成する。
【００７９】
次に、図１５に示すように、空気極１２の両面（上面および下面）に、集電体２３および集電体１４を形成する。集電体２３および集電体１４を有する空気極１２は、例えば、次のようにして製造することができる。すなわち、例えば、まず、第１の触媒および第２の触媒をそれぞれ含む第１の電極材料および第２の電極材料を所定の比率で所定の有機溶媒に混合した後、これらの第１の電極材料および第２の電極材料から有機溶媒を十分に揮発させる。次に、第２の電極材料を例えば金属メッシュからなる集電体１４上にプレス成型した後、第２の電極材料上に第１の電極材料を載せて再度プレス成型する。次に、第１の電極材料側を金属メッシュからなる集電体２３と圧着する。こうして、下部１２ａに第１の放電過電圧を有する第１の触媒が存在し、上部１２ｂに第１の放電過電圧より高い第２の放電過電圧を有する第２の触媒が存在し、下部１２ａに集電体２３が接続され、上部１２ｂに集電体１４が接続された空気極１２が形成される。
【００８０】
この後、第１の実施の形態と同様に工程を進めることにより、図１１に示すように、目的とする空気電池が製造される。
【００８１】
［空気電池の使用方法］
この空気電池においては、  放電時には、空気極１２の負極１１側の面に接続された集電体２３あるいは集電体２３と集電体１４との双方に、負極１１に対して正の電圧を印加する。このとき、負極１１から電解質層１３を通って空気極１２に金属イオンが移動することにより電気エネルギーが発生する。一方、充電時には、空気極１２の負極１１と反対側の面に接続された集電体１４あるいは集電体１４と集電体２３との双方に、負極１１に対して正の電圧を印加する。このとき、金属イオンが空気極１２から電解質層１３を通って負極１１に移動することにより電気エネルギーが化学エネルギーに変換されて蓄電される。
【００８２】
この空気電池の放電時には、図１６に示すように、集電体２３に、負極１１に対して正の電圧を印加することにより、負極１１からの金属イオンは、正極１２のうちの負極１１側の部分から優先的に、集電体１４を透過して空気極１２に供給される酸素と反応して放電生成物が生成され、その後、集電体１４に向かって放電生成物が生成される。例えば、負極１１がリチウムにより構成されている場合には、放電生成物としてＬｉ2 Ｏ2 やＬｉ2 Ｏなどが生成される。
【００８３】
また、この空気電池の充電時には、第１の触媒の充電過電圧が第２の触媒の充電過電圧と同程度もしくはそれよりも高い場合、図１６に示すように、集電体１４に、負極１１に対して正の電圧を印加することにより、空気極１２の内部に生成された放電生成物は、空気極１２のうちの集電体１４側の部分から優先的に分解される。このため、分解によって発生する酸素を空気極１２の内部を通って上面から外部にスムーズに放出させることができるので、充電時に空気極１２の内部に空気が滞留するのを効果的に抑制することができる。
【００８４】
〈実施例２〉
次のようにして空気電池を作製した。
空気極を次のようにして作製した。まず、カーボンブラック、Ｒｕ（第１の触媒）、ＰＶＤＦを重量比で７３：１４：１３となるように秤量し、これをＮ−メチルピロリドン溶媒中に加えて混合撹拌した後、溶媒を揮発させ、粉末状の組成物を作製した。同様の手法で、カーボンブラック、Ａｕ（第２の触媒）、ＰＶＤＦを重量比で７３：１４：１３となるように秤量し、これをＮ−メチルピロリドン溶媒中に加えて混合撹拌した後、溶媒を揮発させ、粉末状の組成物を作製した。こうして作製したＡｕを含む粉末状の組成物を、空気極からリード部を取り出せるように加工したＮｉメッシュ（Ｎｉ金属金網、ニラコ製）に圧着した後、その上にＲｕを含む粉末状の組成物を圧着し、さらにその上からＮｉメッシュ（Ｎｉ金属金網、株式会社ニラコ製）を圧着することにより空気極を作製した。作製した空気極の厚さはおよそ２００μｍで、空気極（リード部は除く）は約３ｃｍ×３ｃｍの形状になるように加工した。
【００８５】
負極を次のようにして作製した。すなわち、Ｌｉ金属（３ｃｍ×３ｃｍ）を、負極部分からリード部を取り出せるような形状に加工したＮｉメッシュに圧着することで負極を成型した。
【００８６】
電解液として、１，２−ジメトキシエタン中にＬｉＮ（ＣＦ3 ＳＯ2 ）2 を濃度１ｍｏｌ／Ｌで溶解させた電解液を用いた。また、セパレータとして、ガラスファイバーセパレータを用いた。筐体として、アルミラミネートフィルムを用いた。
【００８７】
図１７に示すように、アルミラミネートフィルム３１上にＮｉメッシュ３２が下面に接続されたＬｉ金属負極３３を配置する。次に、このＬｉ金属負極３３上に電解液を滴下した後に、Ｌｉ金属負極３３上にこのＬｉ金属負極３３の全体を覆うことができるように加工したガラスファイバーセパレータ３４を配置する。このガラスファイバーセパレータ３４の上からさらに電解液を滴下した後、下面および上面にそれぞれＮｉメッシュ３５、３６が接続された空気極３７を配置する。さらに、この空気極３７上にアルミラミネートフィルム３８をかぶせて、Ｎｉメッシュ３２、３５、３６のリード部をアルミラミネートフィルム３１、３８の外部に取り出す。この状態の平面図を図１８に示す。図１８に示すように、この状態で、アルミラミネートフィルム３１、３８の、Ｎｉメッシュ３２、３５、３６のリード部が取り出された辺を除く３辺に沿ってヒートプレスを行うことで溶着した後に、残りの１辺に対して、真空中でヒートプレスすることで空気電池を作製した。図１８はこの空気電池の平面図を示す。図１８において、ヒートプレスを行った箇所を符号３８ａ〜３８ｄで示す。この後、こうして作製した空気電池の空気極３７側のアルミラミネートフィルム３８をカッターナイフなどで加工することで酸素導入用の開口を形成した。
【００８８】
こうして作製した空気電池の充放電を純酸素（圧力１ａｔｍ）雰囲気中で行ったところ、放電時にはＬｉ金属負極３３に対向するＮｉメッシュ３５（集電体２３に対応する）を用いて放電することで、放電生成物を空気極３７のうちのＬｉ金属負極３３に対向する側から優先的に生成させることができた。これにより、放電初期での、空気極３７のうちの酸素が導入されるアルミラミネートフィルム３８側の部分の閉塞を抑制することができるため、空気極３７の全体を反応場に用いることができ、高い放電容量を実現することができた。また、充電時には、逆に、アルミラミネートフィルム３８側のＮｉメッシュ３６（集電体１４に対応する）を用いて充電することで、空気極３７のうちの酸素が導入される側から優先的に放電生成物を分解し、酸素を発生させることで、酸素を安定して電池外部に放出することができた。
【００８９】
この第５の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様な利点に加え、次のような利点を得ることができる。すなわち、この第５の実施の形態による空気電池は、第１の実施の形態と同様な構成に加えて、空気極１２の負極１１側の面に空気極１２と電気的に接続されて設けられた集電体２３を有する。このため、放電時には、空気極１２において第１の触媒および第２の触媒を上記のように分布させたことにより空気極１２のうちの負極１１側の下部１２ａから優先的に放電生成物を生成させることができる効果に加えて、集電体２３に負極１１に対して正の電圧を印加することにより、放電生成物を空気極１２のうちの負極１１側の部分から優先的に生成させることができる効果も得られることにより、空気極１２のうちの負極１１側の下部１２ａからより確実に、優先的に放電生成物を生成させることができ、ひいては空気電池の放電容量をより増加させることができる。
【００９０】
〈６．第６の実施の形態〉
［空気電池］
図１９は第６の実施の形態による空気電池を示す。図１９に示すように、この空気電池は、空気極１２が下部空気極１２ｅと上部空気極１２ｆとの２層構造からなる。この場合、下部空気極１２ｅと上部空気極１２ｆとの間にこれらの下部空気極１２ｅおよび上部空気極１２ｆと電気的に接続されて集電体１４が設けられている。言い換えれば、この場合、集電体１４は、下部空気極１２ｅと上部空気極１２ｆとからなる空気極１２中に設けられている。この空気電池の上記以外の構成は、第５の実施の形態による空気電池と同様である。
【００９１】
［空気電池の製造方法］
この空気電池の製造方法は、空気極１２を下部空気極１２ｅと上部空気極１２ｆとの２層構造とし、下部空気極１２ｅと上部空気極１２ｆとの間に集電体１４を設けること以外は、第５の実施の形態による空気電池と同様である。
【００９２】
［空気電池の使用方法］
この空気電池の使用方法は、第５の実施の形態による空気電池と同様である。
【００９３】
この第６の実施の形態によれば、第５の実施の形態と同様な利点を得ることができる。
【００９４】
〈７．第７の実施の形態〉
［空気電池］
図２０は第７の実施の形態による空気電池を示す。図２０に示すように、この空気電池は、空気極１２が下部空気極１２ｅと上部空気極１２ｆとの２層構造からなる。この場合、下部空気極１２ｅと上部空気極１２ｆとの間にこれらの下部空気極１２ｅおよび上部空気極１２ｆと電気的に接続されて集電体１４ａが設けられていることに加えて、上部空気極１２ｆ上にこの上部空気極１２ｆと電気的に接続されて集電体１４ｂが設けられている。この空気電池の上記以外の構成は、第５の実施の形態による空気電池と同様である。
【００９５】
［空気電池の製造方法］
この空気電池の製造方法は、空気極１２を下部空気極１２ｅと上部空気極１２ｆとの２層構造とし、下部空気極１２ｅと上部空気極１２ｆとの間に集電体１４ａを設け、上部空気極１２ｆ上に集電体１４ｂを設けること以外は、第５の実施の形態による空気電池と同様である。
【００９６】
［空気電池の使用方法］
この空気電池の使用方法は、第５の実施の形態による空気電池と同様である。
【００９７】
この第７の実施の形態によれば、第５の実施の形態と同様な利点を得ることができる。
【００９８】
以上、実施の形態および実施例について具体的に説明したが、本技術は、上述の実施の形態および実施例に限定されるものではなく、各種の変形が可能である。
【００９９】
例えば、上述の実施の形態および実施例において挙げた数値、構造、構成、形状、材料などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれらと異なる数値、構造、構成、形状、材料などを用いてもよい。具体的には、空気極１２における触媒の分布は、放電時に、空気極１２の負極１１側の部分から放電生成物が生成される限り、第１〜第４の実施の形態における触媒の分布と異なる分布としてもよい。また、例えば、第６および第７の実施の形態においては、空気極１２を下部空気極１２ｅと上部空気極１２ｆとの二つに分割したが、三つ以上に分割してもよい。さらに、上述の第１〜第７の実施の形態のいずれか二つ以上を組み合わせてもよい。
【０１００】
なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
（１）少なくとも金属を含む負極と、空気極と、上記負極と上記空気極との間に設けられた電解質層とを有し、上記空気極のうちの上記負極側の部分の放電過電圧が他の部分の放電過電圧よりも低い空気電池。
（２）上記空気極が、上記負極から上記空気極に向かう方向において、放電過電圧が互いに異なる複数の部分を有する前記（１）に記載の空気電池。
（３）上記空気極の上記複数の部分にはそれぞれ放電過電圧が互いに異なる触媒が存在する前記（２）に記載の空気電池。
（４）上記空気極は上記負極側の第１の部分および上記負極と反対側の第２の部分からなり、上記第１の部分には第１の放電過電圧を有する第１の触媒が存在し、上記第２の部分には上記第１の放電過電圧よりも高い第２の放電過電圧を有する第２の触媒が存在する前記（１）から（３）のいずれか一項に記載の空気電池。
（５）上記第２の放電過電圧は上記第１の放電過電圧より０．０１Ｖ以上高い前記（４）に記載の空気電池。
（６）上記空気極において、第１の放電過電圧を有する第１の触媒が、上記負極から上記空気極に向かう方向に濃度が減少する濃度分布で存在するとともに、上記第１の放電過電圧よりも高い第２の放電過電圧を有する第２の触媒が、上記負極から上記空気極に向かう方向に濃度が増加する濃度分布で存在する前記（１）または（２）に記載の空気電池。
（７）上記空気極は上記負極側の第１の部分および上記負極と反対側の第２の部分からなり、上記第１の部分には触媒が存在し、上記第２の部分には触媒が存在せず、上記第２の部分の放電過電圧は上記触媒の放電過電圧よりも高い前記（１）または（２）に記載の空気電池。
（８）上記空気極において、触媒が、上記負極から上記空気極に向かう方向に濃度が減少する濃度分布で存在する前記（１）または（２）に記載の空気電池。
（９）上記空気極のうちの上記負極側の部分の充電過電圧が他の部分の充電過電圧と同程度もしくはそれよりも高い前記（１）から（８）のいずれかに記載の空気電池。
【符号の説明】
【０１０１】
１１…負極、１２…空気極、１３…電解質層、１４、１７…集電体、１４ａ…リード部、１５…酸素透過膜、１６、１８…筐体、１７ａ…リード部、１９…酸素ボンベ、２０…外装缶、２１…外装カップ、２２…ガスケット、３１、３８…アルミラミネートフィルム、３２、３５、３６…Ｎｉメッシュ、３３…Ｌｉ金属負極、３４…ガラスファイバーセパレータ、３７…空気極
【図１】
0005880224.tif 000002
【図２】
0005880224.tif 000003
【図３】
0005880224.tif 000004
【図４】
0005880224.tif 000005
【図５】
0005880224.tif 000006
【図６】
0005880224.tif 000007
【図７】
0005880224.tif 000008
【図８】
0005880224.tif 000009
【図９】
0005880224.tif 000010
【図１０】
0005880224.tif 000011
【図１１】
0005880224.tif 000012
【図１２】
0005880224.tif 000013
【図１３】
0005880224.tif 000014
【図１４】
0005880224.tif 000015
【図１５】
0005880224.tif 000016
【図１６】
0005880224.tif 000017
【図１７】
0005880224.tif 000018
【図１８】
0005880224.tif 000019
【図１９】
0005880224.tif 000020
【図２０】
0005880224.tif 000021