(57)【要約】【課題】マグネシウム合金を負極活物質として使用する電池の内部抵抗を低減させて安価で大電流化する注水型電池を提供する。【解決手段】電池１００は、負極１０１と、セパレータ１０２と、正極層１０３と、正極集電体１０４とを備えている。正極層１０３は、セルローズ系の繊維等からなるスポンジ状の基材を備えており、正極活物質及び電解質は、この基材に染み込んだ状態で含有されている。【特許請求の範囲】
【請求項１】
負極活物質と、セパレータと、正極層と、正極集電体とからなる注水型電池であって、鉄イオンと塩化物イオンを含む物質が存在し、注水することにより、前記塩化物イオン及び鉄イオンが生成されることを特徴とする注水型電池。
【請求項２】
前記正極層が、セルローズ繊維、ポリウレタン繊維のいずれかを素材とするスポンジ状又はシート状の基材を備えており、正極活物質及び電解質が、該基材に染み込んだ状態又は塗布された状態で保持されていることを特徴とする請求項１に記載の注水型電池。
【請求項３】
前記鉄イオンを含む物質が、硫酸鉄又は硫酸アンモニウム鉄であることを特徴とする請求項１に記載の注水型電池。
【請求項４】
前記塩化物イオンを含む物質が、塩化アンモニウム、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化マグネシウム又は塩化カルシウムであることを特徴とする請求項１に記載の注水型電池。
【請求項５】
正極終電体が銅、炭素、ステンレス又はアルミニウムであることを特徴とする請求項１に記載の注水型電池。
【請求項６】
正極活物質が酸化マンガン、酸化チタン、炭素又は酸素であることを特徴とする請求項１記載の注水方型池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、注水型電池に関する。
【背景技術】
【０００２】  近年、我が国の防災対策の向上に貢献し得る技術の１つとして、備蓄用電池の開発があげられる。【０００３】  この電池に資源的に埋蔵量が多く、イオン化傾向が高いマグネシウムを用いたものがあげられる。【０００４】  マグネシウム合金を負極活物質として用いた電池に関連する技術については既に提案されている。（非特許文献１）【０００５】  しかしながら、特許文献１に開示されるような電池は、高価でまた、大電流化が難しいといった問題が生じていた。【０００６】  また、一般的にマグネシウム合金を負極活物質として使用した場合、酸化マグネシウムや水酸化マグネシウムといった物質が不動態として生成される特性があらわれる。これら酸化マグネシウムや水酸化マグネシウムがマグネシウム表面上で生成され、内部抵抗が大きくなり、結果として大電流化が難しいという問題が生じていた。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｄ．Ｌｉｎｄｅｎ，Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｂａｔｔｒｉｅｓ，ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ（２０１０）その他
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】  本発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものである。即ち、本発明は、マグネシウム合金を負極活物質として使用する電池の内部抵抗を低減させて大電流化し安価で製作できる長期保存向きの注水型電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】    以上の課題を解決するために、本発明に係る注水型電池は、負極活物質と、セパレータと、正極層と、正極集電体とからなる注水型電池である。【００１０】  正極活物質は、酸化マンガン、酸化チタン、酸素又は炭素であっても良い。【００１１】  鉄イオンを含む物質は、硫酸鉄又は硫酸アンモニウム鉄であっても良い。【００１２】  塩化物イオンを含む物質は、塩化アンモニウム、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化マグネシウム又は塩化カルシウムであっても良い。【００１３】  正極層は、セルローズ繊維又はポリウレタン繊維いずれかを素材とするスポンジ状又はシート状の基材を備えており、正極活物質及び電解質が、該基材に染み込んだ状態又は塗布された状態で保持されていても良い。【００１４】
【発明の効果】
【００１５】  本発明によれば、マグネシウム合金を負極活物質として使用する電池の内部抵抗を低減させて大電流化する注水型電池を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る電池の構成を模式的に示した分解斜視図である。
【図２】性能実験の結果を示した図である。
【図３】性能実験の結果を示した図である。
【図４】性能実験の結果を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】  以下、本発明に係る電解液の一実施形態を詳細に説明する。
【００１８】  本発明に係る注水方電池は、塩化物イオン及び鉄イオンを含む物質を電解質として含有する。
【００１９】  鉄イオンを含む物質としては、硫酸鉄（ＩＩ）、硫酸鉄（ＩＩＩ）又は硫酸アンモニウム鉄を用いることができる。
【００２０】  塩化物イオンを含む物質としては、塩化アンモニウム、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化マグネシウム又は塩化カルシウムを用いることができる。
【００２１】  次に、図面を適宜参照しながら、本発明に係る電解液を用いた電池の一実施形態を詳細に説明する。
【００２２】  図１は、本発明に係る電池１００の構成を模式的に示した分解斜視図である。図示されるように、電池１００は、負極１０１と、セパレータ１０２と、正極層１００３と、正極集電体１０４とから構成されており、以下、この組み合わせを一つのセルとして数え、また、表記する。なお、負極１０１、セパレータ１０２、正極層１０３及び正極集電体１０４の形状については特に限定されず、図１に模式的に示されているような矩形の平板状の他、円筒状やフィルム状等、適宜決定することができる。
【００２３】  負極１０１は、マグネシウム合金から構成されている。マグネシウム合金としては、一般構造用合金Ｍｇ−Ａｌ系、Ａ−Ｚ系、例えばＡＭ６０、ＡＭ９０、ＡＺ３１、ＡＺ６１、ＡＺ９１などのマグネシウム合金が用いられる。
【００２４】  負極１０１を構成する負極活物質としてのマグネシウムは、Ｍｇ→Ｍｇ２＋＋２ｅ−というようにイオン化してマグネシウムイオンを生成する際の標準電極電位が−２．３７Ｖと高電圧であって、イオン化傾向が高く、理論容量も大きいことから、電池の電極材料として非常に適している。
【００２５】  セパレータ１０２は、負極１０１と正極層１０３との間に配置され、イオンの通過を許容しつつ、負極１０１と正極層１０３とを分離する部材である。セパレータ１０２は、負極１０１と正極層１０３とが短絡することを防止するとともに、木目細かく吸水性を有し、イオンの通過を許容する。
【００２６】  セパレータ１０２としては、上記の要件を満たすものであれば広く種々の材料を用いることができ、例えば、ポリエステル繊維、レーヨン繊維、綿繊維等を素材とする不織布やセルロース繊維を素材とする紙などを挙げることができる。
【００２７】  正極層１０３は、正極活物質及び電解質を含有して構成されている。具体的には、正極層１０３は、セルローズ系の繊維等からなるスポンジ状の基材を備えており、正極活物質及び電解質は、この基材に染み込んだ状態又は塗布された状態で含有されている。
正極層１０３の作製方法については、後述する。
【００２８】  正極活物質としては、酸化マンガン、酸化チタン、炭素又は空気中の酸素を用いることができる。
【００２９】  電解質は、上述のとおり塩化物イオン及び鉄イオンを含む物質とで構成されている。
【００３０】  また、正極層１０３は、導電助剤としてアセチレンブラックを含有することが好ましい。なお、導電助剤としては、アセチレンブラック、黒鉛等を用いることができる。
【００３１】  正極集電体１０４は、銅板で構成されている。なお、正極集電体１０４の材料は、導電体であれば特にその材料は限定されず、例えば、ステンレス、カーボンシート等を用いることができる。
【００３２】  以上説明した電池１００において、本発明に係る電解液は、負極活物質としてのマグネシウム合金の表面上に金属ハロゲン化合物を生成する。具体的には、負極活物質としてのマグネシウム又はその合金の表面上において、副反応として、以下のいずれかの反応が生じていると推察される。
Ｆｅ２＋＋２Ｃｌ−→ＦｅＣｌ２  （塩化鉄ＩＩの場合）
Ｆｅ３＋＋３Ｃｌ−→ＦｅＣｌ３  （塩化鉄ＩＩＩの場合）
【００３３】  以上のとおり、本発明に注水型電池は、マグネシウムの酸化反応を促進する作用（触媒作用）を発揮する。従って、本発明に係る注水型電池は、電池１００の内部抵抗を低減させて大電流化する効果を発揮し、従来技術では成しえなかった、マグネシウム合金を負極活物質として使用する電池の大電流化及び小型化を可能とする。
【００３４】  本発明に係る電池１００は、正極活物質が正極層に乾燥した状態で存在し、正極層に水分が添加されることによって塩化物イオン及び鉄イオンとが生成されて反応を開始する、注水型電池である。以下、注水型電池として構成した電池１００について１の実施例を挙げた上、それぞれ詳細に説明する。
【実施例１】
【００３５】  以下、本発明に係る電解液を適用し、注水することによって反応を開始する注水型電池１００の実施例を詳細に説明する。【００３６】  負極の作製：マグネシウム合金（ＡＺ３１）を、１００ｍｍ×５０ｍｍ×０．５ｍｍの平板状に加工し、負極を作製した。【００３７】  セパレータの作製：質量比が７：３のレーヨン繊維とポリエステル繊維とから構成される不織布を、１００ｍｍ×５０ｍｍ×０．２ｍｍのシート状に加工し、セパレータを作製した。【００３８】  正極層の作製：以下の手順により作製した（以下の手順により作製した正極層を、正極層αとする）。
（手順１）質量比が８．５：１．５の電解マンガンとアセチレンブラックとから構成される混合物を５ｇ用意する。
（手順２）塩化カリウムが１．３ｍｏｌ／Ｌと硫酸鉄（ＩＩ）七水和物が０．２５ｍｏｌ／Ｌを含む水溶液を１５ｍＬを用意する。
（手順３）手順２で用意した水溶液に、手順１で用意した混合物を加えて攪拌する。
（手順４）セルローズ繊維から構成されるスポンジを、１００ｍｍ×５０ｍｍ×８ｍｍのブロック状に加工し、直径１ｃｍの円形上の穴を３２か所開ける。
（手順５）手順４で用意したスポンジに、手順３で用意した混合物を染み込ませる。
（手順６）質量比が８．５：１．５の電解マンガンとアセチレンブラックとから構成される混合物５ｇを用意する。
（手順７）塩化カリウムが１．３ｍｏｌ／Ｌと硫酸鉄（ＩＩ）七水和物が０．２５ｍｏｌ／Ｌを含む水溶液を５ｍＬを用意する。
（手順８）手順７で用意した水溶液に、手順６で用意した混合物を加えて攪拌する。
（手順９）手順８で用意した混合物を、手順５を終えたスポンジに塗布する。
（手順１０）手順９を終えたスポンジを２日間自然乾燥させる。【００３９】  正極集電体の作製：タフピッチ銅を、１００ｍｍ×５０ｍｍ×０．０３５ｍｍの平板状に加工し、正極集電体を作製した。【００４０】  実験方法：以上の各作製手順によって作製した負極、セパレータ、正極層及び正極集電体を積層して構成されるセルを３つ用意し、これらを直列接続となるよう積層する。
そして、これに水５０ｍＬを添加し、５００ｍＡの定電流測定を行った。【００４１】  実験結果：図２乃至図４に結果を示す。【００４２】  以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の改変が可能であることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００４３】１００    電池
１０１    負極
１０２    セパレータ
１０３    正極層
１０４    正極集電体
【図１】
2015185539.tif 000002
【図２】
2015185539.tif 000003
【図３】
2015185539.tif 000004
【図４】
2015185539.tif 000005