(57)【要約】    【課題】  出力電圧が優れている空気電池を提供することを課題とする。    【解決手段】  電子を生成する負極と、該負極と対向し該負極で生成した電子によって酸素ガスを還元するための正極とを備え、前記負極は、金属を含む第１負極材と、該第１負極材に含まれる金属よりもイオン化傾向が小さい金属を含む第２負極材とを有し、前記第２負極材は、前記第１負極材よりも前記正極側に配され、しかも、前記金属を含む粒子によって形成されており、該粒子が、前記金属の多結晶構造を有し、前記第１負極材に含まれる前記金属がリチウムであり、前記第２負極材に含まれる前記金属がアルミニウム及び鉄のうちの少なくとも一方である空気電池を提供する。【選択図】  図１
2015026470.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子を生成する負極と、該負極と対向し該負極で生成した電子によって酸素ガスを還元するための正極とを備え、
前記負極は、金属を含む第１負極材と、該第１負極材に含まれる金属よりもイオン化傾向が小さい金属を含む第２負極材とを有し、
前記第２負極材は、前記第１負極材よりも前記正極側に配され、しかも、前記金属を含む粒子によって形成されており、該粒子が、前記金属の多結晶構造を有し、
前記第１負極材に含まれる前記金属がリチウムであり、前記第２負極材に含まれる前記金属がアルミニウム及び鉄のうちの少なくとも一方である空気電池。
【請求項２】
前記第２負極材に含まれる粒子の平均粒径が、１μｍ以下である請求項１に記載の空気電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、空気電池としては、電子を生成する負極と、負極と対向し負極で生成した電子によって空気中の酸素ガスを還元するための正極とを備えたものが知られている。
【０００３】
この種の空気電池は、負極で電子を生成し、該電子によって酸素ガスを正極で還元することにより、電気を発生し放電するように構成されている。
【０００４】
この種の空気電池としては、例えば、正極及び負極の間に配された電解質をさらに備え、負極がアルミニウム板であり、正極が酸化マンガン及びカーボンブラックの混合物であり、電解質がＡｌ2（ＷＯ4）3薄膜及びＮａＣｌ水溶液を含むものなどが知られている（特許文献１）。
【０００５】
上記の空気電池によれば、放電に伴って負極において生じたアルミニウムイオンが水酸化アルミニウムとなって析出することを電解質の薄膜によって抑制できる。負極における水酸化アルミニウムの析出が抑制されると、比較的長時間にわたって放電させることができる。従って、上記の空気電池によれば、比較的長期間にわたって放電させることができる。
【０００６】
しかしながら、上記の空気電池は、出力電圧が必ずしも優れていないという問題を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−１４７４４２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記の問題点等に鑑み、出力電圧が優れている空気電池を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の空気電池は、電子を生成する負極と、該負極と対向し該負極で生成した電子によって酸素ガスを還元するための正極とを備え、
前記負極は、金属を含む第１負極材と、該第１負極材に含まれる金属よりもイオン化傾向が小さい金属を含む第２負極材とを有し、
前記第２負極材は、前記第１負極材よりも前記正極側に配され、しかも、前記金属を含む粒子によって形成されており、該粒子が、前記金属の多結晶構造を有し、
前記第１負極材に含まれる前記金属がリチウムであり、前記第２負極材に含まれる前記金属がアルミニウム及び鉄のうちの少なくとも一方であることを特徴とする。
【００１０】
本発明の空気電池においては、前記第２負極材に含まれる粒子の平均粒径が、１μｍ以下であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の空気電池は、出力電圧が優れているという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】空気電池を模式的に表した模式図。
【図２】空気電池の出力電圧の測定結果を表したグラフ。
【図３】空気電池の出力電圧の測定結果を表したグラフ。
【図４】空気電池の出力電圧の測定結果を表したグラフ。
【図５】空気電池を放電させた後の負極における生成物を解析したチャート。
【図６】空気電池を放電させた後の負極における生成物を解析したチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係る空気電池の一実施形態について、図面を参照しつつ詳しく説明する。図１は、本実施形態の空気電池の一例を模式的に表した模式図である。
【００１４】
本実施形態の空気電池１は、電子を生成する負極２と、該負極２と対向し該負極２で生成した電子によって酸素ガスを還元するための正極３とを備え、
前記負極２は、金属を含む第１負極材２ａと、該第１負極材２ａに含まれる金属よりもイオン化傾向が小さい金属を含む第２負極材２ｂとを有し、
前記第２負極材２ｂは、前記第１負極材２ａよりも前記正極３側に配され、しかも、前記金属を含む粒子によって形成されており、該粒子が、前記金属の多結晶構造を有し、
前記第１負極材に含まれる前記金属がリチウムであり、前記第２負極材に含まれる前記金属がアルミニウム及び鉄のうちの少なくとも一方であるものである。
【００１５】
本実施形態の空気電池１は、図１に示すように、通常、正極３と負極２との間に配された電解質４をさらに備える。
【００１６】
本実施形態の空気電池１においては、第２負極材が、前記金属を含む粒子によって形成され、該粒子が、前記金属の多結晶構造を有する。第２負極材に、金属の多結晶構造を有する粒子が含まれているため、金属のイオン化においてフォノンによるエネルギー損失が少なくなり電子が持つエネルギーの損失が比較的小さいものとなる。従って、第２負極材に含まれる金属電子のフェルミ準位が変化することになる。第１負極材の金属の方が、第２負極材の金属よりもイオン化傾向が大きいため、これに従って第１負極材と第２負極材におけるフェルミ準位によるポテンシャルの差が大きくなる。その結果、第２負極材と電解質の電位差が大きくなり、電池の出力電圧が優れたものになると考えられる。
また、本実施形態の空気電池１においては、第２負極材２ｂに含まれる金属は、電子を奪われて金属のイオンとなる。そして、放出された電子は、第２負極材２ｂを介して第１負極材２ａに渡される。これにより電池が放電すると考えられる。
即ち、本実施形態の空気電池１においては、見かけ上、第１負極材２ａに含まれる金属が消費されず、その代わりに第２負極材２ｂに含まれる金属が消費されることとなる。
【００１７】
本実施形態の空気電池１においては、第１負極材２ａは、Ｌｉ合金を含んでいてもよく、Ｌｉ以外の金属を含んでいてもよい。また、第２負極材２ｂは、Ｆｅ合金又はＡｌ合金を含んでいてもよく、ＦｅやＡｌ以外の金属を含んでいてもよい。
【００１８】
前記第１負極材２ａに少なくとも含まれる金属元素は、比較的金属結合状態が安定であるという点、また、電池の出力電圧がより優れたものになるという点で、リチウム（Ｌｉ）である。
【００１９】
前記第１負極材２ａは、上記の金属元素を合金の態様で含んでいてもよい。
前記第１負極材２ａが含有し得る合金としては、例えば、Ａｌ−Ｌｉ合金、Ｍｇ−Ｌｉ合金などが挙げられる。
【００２０】
前記第１負極材２ａは、通常、厚みが０．１〜１ｍｍのシート状に形成されている。
具体的には、前記第１負極材２ａは、例えば、金属の単体又は合金がシート状に成形されてなる。より具体的には、前記第１負極材２ａは、例えば、金属箔又は合金箔である。
なお、金属の単体とは、１種の金属元素が金属結合した状態のものである。また、合金は、複数種の金属元素が金属結合した状態のものである。
【００２１】
前記第１負極材２ａは、厚み方向が正極３及び負極２の対向方向と同じ方向となるように、電池内に配されている。
【００２２】
前記第２負極材２ｂは、第１負極材２ａに含まれる金属よりもイオン化傾向が小さい金属を含む。即ち、第２負極材２ｂに含まれる金属元素は、第１負極材２ａに含まれる金属よりもイオン化傾向が小さい金属元素である。
【００２３】
前記第２負極材２ｂに少なくとも含まれる金属元素は、電池の出力電圧が優れたものになるという点、また、地球上に比較的豊富に存在するという点で、アルミニウム（Ａｌ）及び鉄（Ｆｅ）のうちの少なくとも一方である。
【００２４】
本実施形態の空気電池においては、第１負極材２ａに含まれる金属元素がＬｉであり且つ第２負極材２ｂに含まれる金属元素がＡｌ及びＦｅのうちの少なくとも一方であるため、出力電圧が優れたものになる。さらに、希少金属元素であるＬｉの消費を抑えつつ優れた出力電圧を生じさせることができる。
斯かる電池においては、上述したように、放電時に、第２負極材２ｂにおいて電子の受け渡しが行われ、見かけ上、第１負極材２ａに含まれる金属がほとんど消費されず、その代わりに第２負極材２ｂに含まれる金属が消費されることとなる。従って、Ｌｉの消費を抑えつつ、ＡｌやＦｅを消費しながら優れた出力電圧を生じさせることができる
【００２５】
前記第２負極材２ｂは、通常、シート状に形成されている。また、第２負極材２ｂは、厚み方向が正極３及び負極２の対向方向と同じ方向となるように、電池内に配されている。
【００２６】
前記第２負極材２ｂは、金属を含む粒子によって形成されており、該粒子が、前記金属の多結晶構造を有する。
【００２７】
前記第２負極材２ｂは、例えば、互いに固着した粒子によってシート状に形成されている。
【００２８】
前記第２負極材２ｂを形成する粒子の平均粒径は、特に限定されないが、１μｍ以下であることが好ましく、１００ｎｍ以下であることがより好ましく、２０ｎｍ以下であることがさらに好ましい。
該粒子の平均粒径が１μｍ以下であることにより、上述した理由と同様の理由により、金属がイオン化するときにおいて、フォノン散乱によるエネルギー損失がより小さいものとなる。そして、金属中の電子のフェルミ準位がより大きく変化することから、電池の出力電圧がより優れたものになるという利点がある。
なお、前記第２負極材２ｂに含まれる粒子の平均粒径は、１ｎｍ以上であることが好ましい。
【００２９】
前記第２負極材２ｂに含まれる粒子の平均粒径は、Ｘ線回折法によって散乱角を測定した際、Ｘ線スペクトル角度とスペクトル幅を用いてシェラーの公式から得られる粒度分布における体積分布において、一次粒子のモード径によって決定する。
【００３０】
前記負極２は、図１に示すように、第１負極材２ａを介して第２負極材２ｂと対向するように配され第１負極材２ａ及び第２負極材２ｂを支持するシート状の負極用支持材２ｃをさらに有することが好ましい。
前記負極用支持材２ｃは、空気電池１において、いわゆる集電体として機能する。前記負極用支持材２ｃの材質としては、例えば、マグネシウム、アルミ合金、マグネシウム合金など、大気中で安定であり、標準電極電位が比較的高い金属の単体が挙げられる。
なお、前記負極用支持材２ｃは、通常、電気抵抗率が２×１０-7Ωｍ以下のものである。
【００３１】
前記負極用支持材２ｃは、厚み方向が正極３及び負極２の対向方向と同じ方向となるように、電池内に配されている。
【００３２】
前記正極３は、酸素ガスを吸着する材料で構成されている。そして、前記正極３は、空気中の酸素ガスを取り入れて吸着するように構成されている。
前記正極３の材質としては、空気電池において一般的なものが挙げられる。例えば、多孔質炭素が挙げられる。
【００３３】
前記電解質４としては、液体電解質、又は、固体電解質などが挙げられる。
【００３４】
前記液体電解質は、通常、溶媒と電解質塩とを含む。
また、前記液体電解質としては、イオン性液体が採用され得る。
【００３５】
前記液体電解質に含まれる溶媒としては、有機溶媒、水などが挙げられる。
【００３６】
前記液体電解質に含まれる有機溶媒としては、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ビニレンカーボネート、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、メチルプロピルカーボネート、イソプロピオメチルカーボネート、プロピオン酸エチル、プロピオン酸メチル、γ−ブチロラクトン、酢酸エチル、酢酸メチル、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、アセトニトリル（ＡｃＮ）、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、ジエトキシエタン、ジメトキシエタン（ＤＭＥ）、テトラエチレングリコールジメチルエーテル（ＴＥＧＤＭＥ）などが挙げられる。
【００３７】
前記電解質塩としては、液体電解質が水を含む場合には、ＫＣｌ、ＮａＣｌ、ＬｉＣｌ、Ｂａ（Ｃｌ）2、Ｍｇ（Ｃｌ）2、ＡｌＣｌ3、ＭｎＣｌ2、ＫＯＨ、ＮａＯＨ、ＬｉＯＨ、Ｂａ（ＯＨ）2、又は、Ｍｇ（ＯＨ）2などが挙げられる。
【００３８】
前記液体電解質における電解質塩の濃度は、０．５〜３．０ｍｏｌ／Ｌであることが好ましい。
【００３９】
前記イオン性液体としては、例えば、１−メチル−３−エチルイミダゾリウムテトラフルオロボレート（ＥＭＩＢＦ４）、１−メチル−３−エチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）アミド（ＥＭＩＴＦＳＡ）、１−アリル−３−エチルイミダゾリウムブロマイド（ＡＥＩｍＢｒ）等のアルキルイミダゾリウム４級塩等が挙げられる。
【００４０】
前記固体電解質としては、公知の固体電解質用セラミックス、公知のイオン交換性高分子化合物などが挙げられる。
【００４１】
本実施形態の空気電池１は、さらに、負極２と正極３との間に配されたセパレータを備えてもよい。また、通常、負極２と正極３と電解質４とを少なくとも収容するケースを備える。
【００４２】
前記セパレータとしては、特に限定されず、例えば、ポリプロピレン製不織布やポリフェニレンスルフィド製不織布などの高分子化合物製不織布、ポリエチレンやポリプロピレンなどのオレフィン系樹脂製の微多孔フィルムなどが挙げられる。
【００４３】
前記セパレータは、上記の不織布又はフィルムの１種単独物で構成されていてもよく、複数種が複合されたもので構成されていてもよい。
【００４４】
なお、本実施形態の空気電池１は、セパレータを備えなくてもよい。セパレータを備えない空気電池１においては、例えば、電解質が液体電解質であり、負極２と正極３とがプラスチック製等の絶縁体ケース内に収容され、負極２と正極３とが互いに離間するようにそれぞれ絶縁体ケースの内側面に貼り付けられている。
【００４５】
本実施形態の空気電池１は、放電後の負極２が取り外されて放電前の負極２と交換されるように構成されていることが好ましい。
斯かる構成により、電池の使用によって出力電圧が不十分なものとなった後に、予め用意した放電前の負極２を、電池内で放電した後の負極２と交換することによって、電池の出力電圧を再び十分なものとすることができる。
上記のごとく負極２が交換可能に構成された空気電池１は、例えば、電池内でケースの内面に貼り付けられて所定位置に固定された負極２が、ケースから剥がされて電池外へ取り出されるように構成されている。
【００４６】
本実施形態の空気電池１の態様は、特に限定されないが、該態様としては、例えば、ボタン型、シート型、円筒型、角型などが挙げられる。
【００４７】
次に、前記空気電池１の製造方法について説明する。
【００４８】
前記空気電池１の製造方法は、例えば、負極２を作製する負極作製工程と、正極３を作製する正極作製工程と、電解質４を調製する電解質調製工程と、作製した負極２、正極３、及び電解質４を用いて電池を放電できるように組み立てる組立工程とを有する。
【００４９】
前記負極作製工程では、例えば、第１負極材２ａの表面で第２負極材２ｂを作ることによって、第１負極材２ａ及び第２負極材２ｂを有する負極２を作る。
また、前記負極作製工程では、例えば、負極用支持材２ｃの表面で第１負極材２ａを作り、さらに、第１負極材２ａの表面で第２負極材２ｂを作ることによって、第１負極材２ａ、第２負極材２ｂ、及び負極用支持材２ｃを有する負極２を作る。
【００５０】
前記負極用支持材２ｃとしては、例えば、金属の単体がシート状に成形された金属シートが採用される。
【００５１】
前記第１負極材２ａは、例えば、下記のようにして作られる。
即ち、第１負極材２ａが含むこととなる結晶状態の金属（Ｌｉ）を予め用意しておき、該金属と負極用支持材２ｃとを接触させた状態で、且つ、酸素ガスなどの反応性ガスを除去した状態で、該金属の融点を超える温度で加熱することによって、負極用支持材２ｃの表面に結晶金属を付着させる。このようにして、結晶金属からなり負極用支持材２ｃの表面に配された第１負極材２ａを作ることができる。
例えば、前記第１負極材２ａは、市販されている金属箔であってもよい。金属箔としては、金属単体からなるもの、合金からなるもの、金属単体の箔の表面が合金化されたもの等が挙げられる。
第１負極材２ａとして、金属単体の箔の表面が合金化されたものを採用することにより、第１負極材２ａの表面における酸化や窒化等を表面の合金によって防ぐことができ、また、金属の単体部分を合金化された部分によって外気と遮断することができる。従って、斯かる第１負極材２ａを備えた電池が、長時間安定な放電をすることができると期待される。
【００５２】
前記第２負極材２ｂは、例えば、下記のようにして作られる。
即ち、例えば、第２負極材２ｂが含むこととなる金属単体の粒子又は合金の粒子を用意する。そして、真空状態にて、不活性ガス雰囲気中にて、又は、空気中にて、例えば１５０〜３５０℃で加熱することによって、粒子を焼成する。
又は、例えば、上記の粒子と液体とを混合してペースト状物を調製し、調整したペースト状物を所定の厚みになるように被塗布物に塗布する。さらに、ペースト状物から液体を揮発させ、続いて、粒子を例えば１５０〜３５０℃で焼成する。
なお、焼成において粒子を加熱する時間は、通常、３〜５分である。
【００５３】
前記第２負極材２ｂを作るためのペースト状物は、例えば、ドクターブレード法、ローラー塗り法、吹付法、ロールコーター法等の方法によって塗布される。
【００５４】
前記正極作製工程では、例えば、酸素を吸着する材料を適当な大きさに切断することにより、所定の大きさの正極３を作製する。酸素を吸着する材料としては、例えば、市販の多孔質カーボン材料が採用される。
【００５５】
前記電解質調製工程では、電解質４として液体電解質を採用する場合、溶媒と電解質塩とを混合することによって、液体電解質を調製する。
一方、電解質４として固体電解質を採用する場合、市販の固体電解質材料を適当な大きさに切断することにより、所定の大きさの固体電解質を作製する。
【００５６】
前記組立工程では、上記のようにして作った負極２、正極３、及び電解質４を所定の位置に配置することにより空気電池１を作製する。
【００５７】
具体的には、前記組立工程では、負極２及び正極３のそれぞれを互いに対向するように配し、負極２及び正極３の間に電解質４を配する。
前記組立工程では、必要に応じて、正極３と負極２との間にセパレータを配してもよい。
【００５８】
前記組立工程では、空気中の酸素ガスを正極３に取り入れるべく、正極３の少なくとも一部が酸素ガス透過膜などを介して空気中の酸素ガスと接触するように電池を組み立てる。
【００５９】
上記のごとく製造した空気電池１は、例えば、携帯電話などの小型機器用の電源、自動車やバイクといった移動体動力用の電源、照明などの家庭機器用の電源、産業機械用の電源として利用され得る。
【００６０】
続いて、前記空気電池１の再生方法について説明する。
【００６１】
前記再生方法は、上述したように、負極２が交換できるように空気電池１が構成されている場合に行う。即ち、前記再生方法は、放電後の負極２を電池から取り出し、取り出した負極２の代わりに、放電可能な別の負極２を電池内に配置できるように、空気電池１が構成されている場合に行う。
【００６２】
前記再生方法は、放電後の負極２を電池から取り出す取出工程と、取り出した負極２よりも高い出力電圧能を有する負極２を電池内に配置することにより電池を放電できる状態にする配置工程とを有する。
前記再生方法において、取出工程と配置工程とを行うことにより、放電に伴っていったん出力電圧が低下した電池を、再び優れた出力電圧を有するものにすることができる。
【００６３】
前記再生方法においては、取出工程にて電池から取り出した負極と、配置工程にて電池内に配置する負極とは、通常、別のものである。
前記再生方法において、電池から取り出す負極と、該負極に代えて電池内に配置する負極とが別のものであることにより、迅速に電池を再生することができる。
【００６４】
前記取出工程では、放電に伴って出力電圧が低下した後の電池から、負極２を取り出す。放電後の負極２は、所定の操作によって電池から取り出される。
前記取出工程は、電池の放電の後に行う。取出工程を行う電池は、例えば、放電に伴って、出力電圧が電池の用途に応じた所定値にまで低下したものである。
【００６５】
前記配置工程では、取り出した負極が配置されていた位置に、取り出した負極よりも高い出力電圧能を有する別の負極を配置する。
前記配置工程において電池内に配置する負極は、取り出した負極と同様な形状及び同様な大きさを有する。即ち、配置工程において電池内に配置する負極は、取出工程において取り出した負極と同様に構成されている。
【００６６】
前記再生方法は、さらに、負極２の第２負極材２ｂにおける金属が放電に伴って酸化された金属水酸化物又は金属酸化物を還元する還元工程を有することが好ましい。
前記還元工程によって、取出工程によって取り出された負極２をより高い出力電圧能を有する負極２に変えることができる。そして、いったん取り出された負極２を電池において再利用することができる。
【００６７】
上記の空気電池１においては、電解質４が水を含む水系電解質である場合には、放電に伴って、負極２において第２負極材２ｂに含まれる金属が消費され、該金属が酸化（イオン化）されて金属水酸化物となり、斯かる金属水酸化物が負極２に貯まる。いったん酸化された金属水酸化物は、還元されて金属結合の状態とならない限り、放電のために消費されない。従って、酸化された金属水酸化物を含みいったん電池から取り出された第２負極材２ｂを放電のために再利用するためには、放電させて使用した後の第２負極材２ｂから、生成した金属水酸化物を取り出し、金属水酸化物を還元することによって金属結合の状態に変化させる必要がある。
一方、電解質４が水を含まない非水電解質である場合には、放電に伴って、負極２において第２負極材２ｂに含まれる金属が消費され、該金属が酸化されて金属酸化物となり、斯かる金属酸化物が負極２に貯まる。従って、上記と同様に、金属酸化物を含みいったん電池から取り出された第２負極材２ｂを放電のために再利用するためには、放電させて使用した後の第２負極材２ｂから金属酸化物を取り出し、金属酸化物を還元することにより、金属結合の状態に変化させる必要がある。
【００６８】
前記還元工程は、取出工程によって電池から取り出された負極２に対して行う。即ち、還元工程は、一の負極２に対して、取出工程を行った後であって配置工程を行う前に実施する。
【００６９】
前記還元工程は、例えば、電池から取り出された負極２における金属水酸化物又は金属酸化物に対して、レーザー光を照射することによって行うことができる。
【００７０】
前記再生方法においては、通常、取出工程において一の負極が電池から取り出されたときには、既に還元工程が行われた他の負極が用意されている。そして、他の負極が配置工程によって電池内に配置される。
即ち、前記再生方法においては、通常、還元工程によって再利用できるように加工された他の負極が、配置工程の開始時に、既に用意されている。
【００７１】
前記還元工程においては、上述したように、取り出した負極２の第２負極材２ｂにおいて生じた金属水酸化物又は金属酸化物を還元によって金属結合状態の金属に変化させる。
例えば、前記還元工程においては、第１負極材２ａの片面側に付着した金属水酸化物又は金属酸化物を掻き取り、掻き取った金属水酸化物又は金属酸化物に対してレーザー光を照射し、該レーザー光の照射によって、金属水酸化物又は金属酸化物を還元することができる。
さらに、還元工程においては、例えば、金属水酸化物又は金属酸化物が還元されたものを用いて、上述した方法と同様の方法によって、負極を作成することができる。
なお、前記還元工程は、合金が酸化されたものに対して行うことができ、還元工程によって、合金が酸化されたものを、金属結合状態の合金へ変化させることができる。
【００７２】
本実施形態の空気電池は、上記例示の通りであるが、本発明は、上記例示の空気電池に限定されるものではない。また、本発明では、一般の空気電池において採用される種々の形態を、本発明の効果を損ねない範囲で採用することができる。
【実施例】
【００７３】
以下に、実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００７４】
（実施例１）
下記のようにして空気電池を製造した。
「負極作製工程」
・第１負極材の材質
リチウム金属単体（リチウム金属板  厚み１ｍｍ）
・第２負極材
アルミニウム金属粒子（モード平均粒径：１９ｎｍ）
鉄金属粒子（モード平均粒径：１２ｎｍ）
粒度分布は、Ｘ線回折測定器（製品名「MAXima#X  XRD-7000」島津製作所社製）を用いて、Ｘ線スペクトル角度とスペクトル幅を用いてシェラーの公式から得た。また、平均粒径は、粒度分布における体積分布において、一次粒子のモード径によって決定した。なお、Ｘ線回折測定の測定条件は、下記の通りである。
使用Ｘ線：Cu
励起条件：40 kV、30 mA
使用コリメータ：φ0.5mm
測定法：θ-2θ法、
上記粒子と液体（ｎ−ヘプタン）とを用いてペースト状物を調製し、ｎ−ヘプタンを揮発させた後、２５０℃で５分間焼成し、１ｃｍ×１ｃｍ×厚み１ｍｍの第２負極材を作った。
「正極作製工程」
・多孔質カーボン板（１．４ｃｍ×１．６ｃｍ×０．５ｍｍ（厚み）を正極として用いた。
「電解質調製工程」
・ＮａＣｌ水溶液５ｍＬ  （ＮａＣｌ濃度：０．６ｍｏｌ／Ｌ）を調製した。
「組立工程」
セパレータとして薄紙を４枚重ね合わせたものを使用した。第２負極材と正極とを互いに対向するように配置し第２負極材と正極との間にセパレータを配したものを絶縁体ケースに収容した。さらに、絶縁体ケースに電解質を注入した。
【００７５】
（実施例２〜４）
下記の負極用支持材を用いた点、該負極用支持材の片面側に第１負極材を作った点以外は、実施例１と同様にして空気電池を製造した。
・負極用支持材
Ｍｇ単体の板（２ｃｍ×２ｃｍ×０．５ｍｍ（厚み））
Ａｌ単体の板（２ｃｍ×２ｃｍ×０．５ｍｍ（厚み））
なお、負極用支持材の片面側に第１負極材を作る方法の詳細は、下記の通りである。
即ち、Ｍｇ又はＡｌ単体の板に金属Ｌｉを２００℃で溶着させることによって、負極用支持材の片面側にＬｉ単体の第１負極材を作製した。
【００７６】
（比較例１〜９）
第２負極材の大きさを１．４ｃｍ×１．６ｃｍ×１ｍｍ（厚み）とした点、表１に示す構成にした点以外は、実施例１と同様にして空気電池を製造した。
なお、比較例８では、アルミニウム金属粒子（モード平均粒径：３μｍ）を用いてペースト状物を調製し、該ペースト状物から作った第２負極材を用いた。
また、比較例９では、第２負極材としてアルミニウム板を用いた。
【００７７】
【表１】
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【００７８】
実施例１〜４、及び、比較例４〜７においては、下記の条件でレーザー光の照射を行った。
・レーザー光照射条件
レーザー光照射機器：マイクロチップ高繰返しYAGパルスレーザー
パルス条件：パルス幅8ns、繰返し周波数20kHz、平均パワー250mW
レーザー光照射時間：２０分
レーザー光照射環境：水中
【００７９】
＜空気電池の出力電圧の測定＞
製造した各空気電池を、１ｋΩの負荷物に接続し、２５℃において、経時的に出力電圧を測定した。
なお、負極に負極用支持材を有する電池においては、負極支持材と正極とを負荷物を介してつなぐようにリード線を配した。一方、負極に負極用支持材を有さない電池においては、第１負極材と正極とを負荷物を介してつなぐようにリード線を配した。
実施例１〜３の空気電池における出力電池の測定結果を図２に示す。また、比較例１〜７の空気電池における出力電池の測定結果を図３に示す。
また、金属の平均粒径の違い（比較例５及び比較例８、９）による電池の出力電圧の比較結果を図４に示す。
【００８０】
図２及び図３から把握されるように、実施例の空気電池は、優れた出力電圧を有する。
図４から把握されるように、第２負極材における金属粒子の平均粒径が小さい方が、出力電圧に優れることが把握される。
なお、第２負極材として、単なるアルミニウム板を用いると（比較例９）、空気電池の出力電圧は、０．７−０．９Ｖまで低下した。
【００８１】
図５、図６は、空気電池を使用した後に、第２負極材に生成した生成物を上記Ｘ線回折測定器によって解析した結果である。図５は、第１負極材としてＬｉ金属単体を用いた場合（実施例１）、図６は、第１負極材としてＭｇ金属単体を用いた場合（比較例８）の結果である。
両方において、Ａｌの水酸化物や酸化物は観測されたが、第１負極材を構成する金属由来の物質は確認されなかった。この解析から、電池の放電においては、第１負極材の金属が消費されず、一方で、第２負極材のＡｌ（Ａｌ粒子を焼成した焼成物に含まれるＡｌ）が消費されることが分かった。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明の空気電池は、優れた出力電圧を有することから、例えば、民生用機器の電源、産業用機器の電源として、好適に用いられる。
【符号の説明】
【００８３】
１：空気電池、
２：負極、
２ａ：第１負極材、  ２ｂ：第２負極材、  ２ｃ：負極用支持材、
３：正極、
４：電解質。
【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】
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