(57)【要約】      （修正有）【課題】金属空気電池として機能する最も基本となる最小単位の電池を、電池同士の積層部分に電解液が侵入可能な状態で、電気的に直列に複数積層して目的の電圧を得るための空気電池に関するものであり、積層部分でのガルバニック腐食や隙間腐食の発生を防止して出力を安定化し、品質の高い小型かつ軽量で高容量の空気電池を提供する。【解決手段】正極の反応層である空気極層３００と負極金属１００との間にセパレータ２００を挟み密着してなる一つの単電池を、電気的に複数直列に積層して目的の電圧を得る部分を構成してなる空気電池で、負極側に積層面を有する全ての単電池の負極金属１００に対して、該積層面側を電導性材料１１０で被覆することにより、該負極金属１００の該積層面側の表面への水や電解液の接触を防止することで、隣接する単電池との接触面での逆起電圧の発生を阻止する、品質の高い小型かつ軽量で高容量の空気電池。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極活性物質である空気中の酸素の反応場である空気極層と、負極活性物質である金属とをセパレータを挟んで積層した単位電池ユニット（単電池）があり、その単位電池ユニットを複数積層した構成であり、積層する一方の単位電池ユニットの空気極層と、積層する他方の単位電池ユニットの金属とが互いに隣接する空気電池において、その隣接する前記負極活物質である金属の表面に、次の各条件を充足する被膜を形成した空気電池
（１）前記空気極層と前記金属との間に電子が移動しうる特性を持つこと。
（２）前記金属を空気電池のための電解液から保護、遮断すること。
【請求項２】
前記負極活物質である金属は、マグネシウム、アルミニウム、リチウム、あるいはそれらの各合金の一つである請求項１に記載の空気電池。
【請求項３】
前記負極活物質である金属の表面を被覆する被膜は、その被膜自体が導電性を持つ材料から構成されている、請求項１あるいは２に記載の空気電池。
【請求項４】
前記負極活物質である金属の表面を被覆する被膜は、高分子樹脂材料からなり、その厚さが、前記（１）の条件を充足するだけの薄さである、請求項１あるいは２に記載の空気電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は金属空気電池単体を複数積層して所望の電圧にする空気電池において、出力の安定性を増す為の積層構造をとることを特徴とした空気電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
マグネシウムは海水中に大量に含まれ、地球上で八番目に多い金属で比重も１．７４と金属の中で一番軽い。このマグネシウムを使用したマグネシウム空気電池はエネルギー密度が高く、電解液を注入しないで未使用のままでの保存期間は数十年の可能性がある。マグネシウム空気電池は正極活物質として空気中の酸素、負極活物質としてマグネシウムあるいはマグネシウム合金（以下マグネシウムあるいはマグネシウム合金の両者を総称してマグネシウムと称することがある）を利用した電池で、正極活物質の酸素を含む空気は必要に応じ大気中から取り込めるため正極活物質を電池容器内に有する他の電池に比べ大幅に小型軽量化できる。
【０００３】
マグネシウムは比重が小さいことと地球上に豊富に存在することから電池としての利用価値が高く、マグネシウムと空気中の酸素を使用する省資源型のマグネシウム空気電池を実用化するための多くの試みがなされているが、現状はいまだ十分な成果を上げているとはいえない。
【０００４】
常に携帯あるいは保存し災害時や応急対策時などの緊急に必要な時に、あるいは災害の想定される場所へ身に着けていくというような時に軽い、小さい、長期保存が可能、安全性が高い、水分があればどこでも活用できるという観点からマグネシウム空気電池は総合的に非常に優れた能力を発揮しうる。
【０００５】
このような背景のもと近年マグネシウム空気電池の研究も盛んになってきており、多くの特許が出されている。特許の内容は正極での反応速度を上げるための導電材料、導電助剤、触媒や構造、酸素の供給方法、反応部分の面積の拡大方法、温度管理、酸素の供給方法などとなっており、負極側としては負極での反応の持続性や安定性の向上を図るための電解質成分や合金成分に関するものが主たる内容となっている。
【０００６】
負極活物質であるマグネシウム表面の反応に関しては持続的電解を可能にするための水系電解液に多価カルボン酸水溶液を用いることが特開２０１０−１８２４３５に、負極材の自己放電を防止するとともに、長時間にわたって電気を流すことのできるマグネシウム合金の合金成分に関して特許ＷＯ２０１２１４４３０１Ａ１に開示されている。
【０００７】
正極反応の改善に関しては、電解液にフッ素含有化合物を用い電解液の酸素溶解性を高めることで空気極表面での酸素の授受速度を上げて出力特性を上げることが特開２００９−２５２６３７に、空気極触媒に適する改質カーボンナノチューブを提供する内容が特開２０１２−１６４４９２に、鉛筆で固体表面を塗りつぶし、得られる金属フリーのグラフェンが空気極触媒として有効であることが特開２０１２−１８２０５２に空気極の触媒に磁石を含有させて触媒の機能を上げることが特開２０１２−１７４６５５に開示されている。
【０００８】
長寿命化と高出力化を目的にマグネシウムを中心にその両面に正極を配し、空気の導入のために正極集電体に凹凸をつける等を行った構造が特開２０１２−２５６５４７に、負極の正極との対抗面以外を絶縁物で覆い負極活物質表面の均一な電解反応を実現させる構造が特開２０１１−１８１３８２に開示されている。  
【０００９】
正極と負極がセパレータを介して配置されている電極体を複数積層して単位体積当たりの容量を増やし、積層した際に空気の導入不足より生じる電池性能への悪影響を防止するための構造が特開２０１３−４５６８４に開示されている。
【００１０】
負極活物質であるマグネシウム、セパレータ、空気極層、空気極集電体の４体を積層してなる基本電池セルを複数積層してなる電池において、隣り合う基本電池セル間に絶縁部材を挿入しガルバニックコロージョンや隙間腐食の発生を防止する構造が公開特許ＷＯ２０１３０１８７６９Ａ１に開示されている。
【００１１】
以上のように金属空気電池に関しては高密度化や高容量化および高出力化のために多くの研究がなされているが、その研究の中心は正極および負極の反応の改善が中心となっており、反応面積を大きくする方法に関してもいくつかの文献が公開されているが、電池の構成の改善による高出力、高品質化に関する新規な方法は見当たらない。
【００１２】
複数の電池を積層し、空間を効率的に使用して高容量化する方法に関しても先に述べたように特開２０１３−４５６８４や公開特許ＷＯ２０１３０１８７６９Ａ１に記述されているが、特開２０１３−４５６８４には電極体の積層部分、つまり電極体の正極と負極の接触部分についての詳細記述はなく、少なくとも接触部分には電解液は存在しえない。
【００１３】
また公開特許ＷＯ２０１３０１８７６９Ａ１では請求項１３に記載されている負極、セパレータ、正極触媒層、正極集電体の４つの部材で構成する基本電池セル（以下該４つの部材で構成する１単位の電池を「基本電池セル」と呼ぶことがある）電池を複数個直線状重ねた電池においては、基本電池セルの間に絶縁物を挟んで直線状に重ねている。公開特許ＷＯ２０１３０１８７６９Ａ１の明細書の記載内容から明らかなように、既存技術では積層する電池の間に絶縁物を入れて電池と電池が直接接触すること避けることでガルバニック腐食や隙間腐食の発生を防止する唯一の方法であった。
【００１４】
公開特許ＷＯ２０１３０１８７６９Ａ１は、互いに隣接する基本電池セルの間に水あるいは電解液が入ることを想定しており、水や電解液が入った場合のガルバニック腐食や隙間腐食の発生を防止する目的で絶縁物を挿入しているのである。
【００１５】
公開特許ＷＯ２０１３０１８７６９Ａ１の場合は、例えば正極とリード、負極とリードを溶接などの方法で接合した上で取出し、全ての隣り合う基本電池セル同士に対し、隣り合う一方の基本電池セルの正極から取り出したリードと、もう一方の基本電池セルの負極から取り出したリードとを電気的に接続するという複雑な工程をとって電気的接続部への電解液の侵入を防ぎ、ガルバニック腐食や隙間腐食へ対処しなければならない。
【００１６】
上記のようにマグネシウム空気電池を含む金属空気電池においては負極部での反応や正極での反応あるいは高密度化に関し引用した技術文献以外にも様々な技術が検討されている。しかしながら複数の基本電池セルを直接電気的に直列に接続する構造では、隣接する電池の正極と負極の間への水や電解液の浸入を前提とした有効な技術が存在しない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開２０１０−１８２４３５
【特許文献２】公開特許ＷＯ２０１２１４４３０１Ａ１
【特許文献３】特開２００９−２５２６３７
【特許文献４】特開２０１２−１６４４９２
【特許文献５】特開２０１２−１８２０５２
【特許文献６】特開２０１２−１７４６５５
【特許文献７】特開２０１２−２５６５４７
【特許文献８】特開２０１１−１８１３８２
【特許文献９】特開２０１３−４５６８４
【特許文献１０】公開特許ＷＯ２０１３０１８７６９Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明は上記のようなマグネシウム空気電池を含む金属空気電池全般の現状の技術に鑑みなされたもので、最も基本となる最小単位の空気電池を電解液が積層部へ侵入することを前提とした上で複数積層して目的の電圧を得るための積層式金属空気電池（以下「積層電池」ともいう）に関するものであり、ガルバニック腐食や隙間腐食と積層部での逆起電力の発生を防止して品質の安定化を図るとともに、余分な部品や加工を排除して小型軽量という金属空気電池の本来の特徴をより高めて高出力、高容量の金属空気電池を実現し、製造方法も簡易化しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
平板状の部材からなる最も基本となる最小単位の金属空気電池（以後「単電池」という）を複数電気的に直列に積層して目的の電圧の電池とする積層電池において、特許請求の範囲の請求項１に示したように、単電池の負極側が積層面となる全ての単電池の負極側の面を導電性材料により被覆することにより、該単電池の負極金属の積層面側の表面への水や電解液の直接接触を防止して積層することで、積層部分での逆起電力の発生を防ぎ、ガルバニック腐食や隙間腐食の発生を抑制して高出力で高容量の積層電池を実現する。単電池とは空気と金属により起電力を発生しうる機能を有する最低限の集合体ともいえる。
【００２０】
以下本発明の詳細を説明していくが、特に近年は金属空気電池について多くの研究がなされ、多くの特許が出願されている。電池の基本構成は正極となる空気極、電解液、負極となる金属極に加え、正極と負極の間に配するセパレータを有した構造となっているが、その部品名の詳細については微妙に表現が異なっているので本発明で使用する用語は意味を明確にしながら説明を行っていく。
【００２１】
本発明における最も基本となる最小単位の電池（先に「単電池」としたもの）は、特許請求の範囲の請求項１にも示したように、正極活物質である空気中の酸素の反応場である空気極層と負極活物質である金属とをセパレータを挟んで積層することで構成する。該単電池は使用時にセパレータに電解液を保持させてなる電池であり、酸素の反応場である空気極層、電解液を保持させるためのセパレータ、負極活物質（以後「負極金属」ということがある）の電池に必要な最低限の３部材で構成する最も基本となる電池で、未使用状態を前提としており、以下の説明でも構成要素に水や電解液は含まないものとする。
【００２２】
先行技術文献に示された空気電池は、以降に述べるように空気極層に正極集電体を含む場合と含まない場合があるが、本発明の空気極層に相当する反応層が正極集電体と一体であるとみなされる場合は、本発明ではいずれの場合も空気極層に含めるものとする。
【００２３】
セパレータは先に述べた多くの先行技術文献に示されたものと同等の目的のもので、空気極層と負極金属の短絡を防止するとともに水や電解質の保持の役割を担う。材料としては先行技術文献に示されたような多くの材料があげられるがコーヒー用フィルターや濾紙、天然素材やポリエチレンを始めとする各種樹脂製の不織布、各種樹脂製の繊維、ガラス繊維等を用いることができる。
【００２４】
開示されている金属空気電池には一次電池、二次電池があり、電解液に関しては水系電解液と非水系電解液が使用されている。しかしながら基本構成は類似しており、特に正極の反応層と負極に関してはほとんど類似するものと考えてよい。また本発明の対象とする電池の構成部材は、基本的には各部材とも平板状で、この平板の平面部分を重ね合わせ電池としており、平板同士の密着を妨げない範囲で所定の曲率を有していてもよい。
【００２５】
本発明は携帯に便利で、必要な時に水分を加えることで簡単に作動する電池に対するものであり、緊急時や電気のないところで照明や充電に利用することを目的としたマグネシウム空気一次電池で、未使用の間は電池内部には電解液を保持していない電池である。しかしながら本発明はマグネシウム以外の金属を用いた一般的な金属空気一次電池や二次電池にも活用できる。
【００２６】
一般に金属空気電池の正極は、正極集電体、正極活物質である空気中の酸素と水との反応を促進するための触媒、反応に必要な電子を供給するための導電体、導電助剤とバインダーとで正極反応層を形成し、多くの反応場を得るために正極反応層（以下に「空気極層」ともいう）に使用する触媒と導電体および導電助剤の３つの素材には粉末を使用することが多く、該粉末の間に空気と水が入りやすい網目状の空間を保ちながらバインダーで結着することで比表面積を可能な限り大きくしている。
【００２７】
粉末を板状にするために多くの場合多孔質シートが使用されており、多孔質シートの両面もしくは表面に触媒、導電体、導電助剤の主に３種類の粉末を混練、バインダーの中に３種類の粉末を均等分散させて結着して板状にしている。該多孔質シートは導電体でも非導電体でもよいが導電体の場合には該多孔質シートを正極集電体とする場合もある。
【００２８】
空気極層の導電体は導電性物質であれば金属でも良いが、導電助剤と共に各種炭素材料粉末を使用される事が多く、触媒としては二酸化マンガンや白金などの貴金属と共に最近効果が明らかにされてきたグラフェンやフェラーレン等の炭素材料があげられる。炭素材料の粉末にはグラフェン等の触媒効果をもつものが製造工程中に自然に混入されてしまっているものもあるため３種類の粉末といっても一つの炭素材料で代用することもできる。
【００２９】
多孔質シートを利用して粉末を板状に結着した結合層を本発明では空気極層と呼ぶこととし該３種類の粉末を混練して正極集電体の両面もしくは片面に結着し空気極層と一体としたものを含める。
【００３０】
多孔質シートを使用する理由としては空気極層の内部全体に空気と水が容易に侵入できるようにして多くの反応場を提供しようとするものであるが、孔のない板状の正極集電体の表面へ空気極層をそのまま結着している場合もある。
【００３１】
正極集電体の機能は、空気極層の面全体にわたり、できうる限り全面くまなく電子を供給するためのものであるので積層面と平行方向の電気抵抗の少ない材料が好ましい。したかって多くの場合正極集電体としては金属材料が使用される。炭素材料等を使用する場合は積層面と平行方向の抵抗を減らすために高密度で板厚の厚い材料が好ましい。
【００３２】
負極集電体を使用する目的もその求める機能は正極集電体と同様で、負極活物質の全面から効率よく電子を集電するためのものであり、積層面と平行方向の導電率の高い材料が好ましい。したがって負極集電体を使用する場合も金属材料が好ましい。
【００３３】
以上述べてきたように正極に関しては大きく分類して３種類あり、第一番目は空気極層の内部に正極集電体が存在するもの、第二番目は正極集電体の片面に空気極層を接合したもの、第三番目は空気極層に正極集電体を押圧し密着させたもので、いずれに対しても本発明は有効に機能する。  
【００３４】
本発明をより詳しく説明すると、第一番目に求める機能は、特許請求の範囲の請求項１に示したように、隣接する二つの単電池のうちの一方の単電池の負極金属が隣の単電池の正極との当接面側に位置する場合に、該負極金属の隣接する単電池との接触面側に導電性材料を被覆して、該負極金属の該接触面側の表面に水や電解液が直接触れないようにすることで単電池間の接触面での逆起電圧の発生を抑制することである。
【００３５】
二番目に求める機能は、隣接する単電池のうちの一方の単電池の負極活物質ともう一方の単電池の正極の直接接触を防止し、水や電解液が注入された際にガルバニック腐食や隙間腐食を発生させないことである。
【００３６】
負極金属に導電性材料の被覆を行った単電池は、負極金属の二つの面のうちの導電性材料による被覆のない面をセパレータとの接触面側に配し、セパレータを挟んで空気極層と対向させて密着することにより構成した電池となる。本発明は、導電性材料で被覆した面を接触面として隣接する単電池と密着させて、目的の電圧を確保するに必要な数量の単電池を積層してなる積層電池といえる。
【００３７】
正極集電体を有しない単電池を積層するという本発明の効果を説明する。正極集電体のない単電池は、単電池自体では空気極層の全面にくまなく電子を供給しえるとは言えないために電池としての機能は著しく低くなる。正極集電体を有しない電池は実用化されていなが、単電池を積層してなる積層電池においては正極集電体を有しない単電池が有効となる。
【００３８】
正極集電体を有しない単電池を本発明の積層電池として機能させるためには、積層電池の最も高電位側の単電池には空気極層に接触させて正極集電体を設けなければ電池としての機能が著しく低くなる。
【００３９】
単電池内部の空気極層も負極金属も酸化還元反応が全面にわたって均一に進行することはないため、可能な限り反応を均一に行わせるために積層電池を構成する全ての単電池に正極集電体は必要であり、腐食防止方法に対する新規の発想と共に、本発明は一つの単電池の正極集電体の機能を隣接する単電池の負極金属に担わせるという新規の発想に基づきなされたものである。
【００４０】
負極金属は導電率の高い金属が多く、反応が進んで消耗部分が増加し、金属部分が薄くなっても集電体として十分機能するため、負極活物質として機能するとともに隣接する単電池の正極としても機能する。
【００４１】
このような積層電池に対して、従来は空気極層に正極集電体を密着して一つの基本電池セルとしたものを積層しようとしたため、正極集電体である金属と負極活物質である金属の接触部分に電解液が入った際にカルバニック腐食や隙間腐食を起こした。
【００４２】
積層電池の品質を安定させるためには基本電池セルを直接積層することができず、公開特許ＷＯ２０１３０１８７６９Ａ１にあるように隣り合う基本電池セルの間に絶縁物を入れて直線状に積層する等の工夫がなされてきた。
【００４３】
基本電池セルを直接積層した電池も実在するが、積層面に発生する腐食層の影響で出力が不安定になり、寿命もバラツキが大きく、腐食層の影響を少なくするための製造方法も煩雑になる。
【００４４】
積層電池の最も低電位側の単電池の負極金属には他の単電池の接触がないため、この非接触面側には必ずしも水や電解質の接触を防止するための導電性材料の被覆の必要はない。ただし、最も低電位側の単電池の負極金属に負極集電体を密着させる場合や電子を取り出すためのリード端子を該負極金属に密着させる場合は、該負極金属の負極集電体やリード端子との接触面に被覆を行うことが望ましい。
【００４５】
負極金属の表面を被覆する導電性材料としては液の透過を防ぐという点で各種導電性樹脂の使用が有効であるが、炭素材料を導電体として使用したコーティング剤であれば当接する空気極層に炭素材料が使われることが多いことや正極集電体が空気極層と一体となった構造で金属面が露出している場合などでも金属同士の接触が起きないという点から好ましい材料といえる。
【００４６】
その他の被覆方法としては金属メッキ、特に銅メッキや銅クラッド材の活用なども挙げられる。また普通の樹脂のように導電率の低い樹脂でも、膜厚をナノメートルオーダやミクロンメートルオーダの薄い被膜で被覆できるものであれば導電性材料として使用できる。
【００４７】
空気極層に大気中の空気を取り入れ易くするためには負極金属の被覆面が撥水性を有することも有効で、被覆材の隣接する単電池との接触面を撥水処理するか、導電性と液体を通さない性質とを有する撥水性樹脂を負極金属の被覆材として利用することも有効な方法である。
【発明の効果】
【００４８】
本発明は隣接する二つの単電池のうちの一方の単電池の負極金属が、隣の単電池の正極との接触面側に位置する場合に、該負極金属の隣接する単電池との接触面側に導電性材料を被覆して、該負極金属の該接触面側の表面に水や電解液が触れない構造としたものである。水や電解液が該接触部へ浸入しても該負極金属の表面に触れないため、隣接する電池の空気極層との間で生じる逆起電圧の発生が阻止されるとともに、空気極層との接触部でのガルバニック腐食や隙間腐食を防止できる。更に一方の単電池の負極金属が、隣接する単電池の正極集電体の役割を兼ねることにより、組み立てる部材数の少ない、単純な構造の出力電圧の安定した高容量で、所望の電圧を容易に確保できる空気電池を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】図1は本発明の１実施例で、４つの単電池を電気的に直列に接続した積層電池の積層状態を示した説明図である。板状の矩形の部材の平面同士を密着させてなる電池の板厚と長さが見える図となっている。なお寸法については実物とは比例関係にない。（実施例１）
【発明を実施するための形態】
【００５０】
本発明は板状の空気極層、セパレータ、負極金属の３部材を重ね合わせ一つの単電池とし、単電池を電気的に直列に接続して高い電圧を得ようとするもので、図１は４つの単電池を接続した積層電池の積層状態を示している。図１に基づいて本発明の積層電池の説明を行う。
【実施例１】
【００５１】
積層電池を構成する負極金属１００、セパレータ２００、空気極層３００、正極集電体４００の４つの部材は全て長さと幅が等しい寸法の平板状の部材で、いずれも平板状の負極金属１００とセパレータ２００と空気極層３００の平面部を密着して単電池とし、単電池を重ねて積層電池を構成している。従って図１は積層電池の全ての部材の積層状態を側面からみたもので積層されている部材の厚さが見える図となっている。ただし上述した様に寸法については比例関係にない。
【００５２】
４つの単電池の構成を分かりやすくするために、図１の上部にそれぞれの単電池の構成部材をまとめて波括弧でくくり単電池１、単電池２、単電池３、単電池４と表示した。
【００５３】
単電池の基本構成は負極金属１００、セパレータ２００、空気極層３００の３つの平板で、単電池２，単電池３，単電池４については負極金属１００の表面１００ａを導電性材料１１０で被覆し、単電池２，単電池３，単電池４の負極金属１００の表面１００ａへの水や電解液の浸透を防止している。
【００５４】
実施例１では負極材料１００として厚さ０．６ｍｍ、幅２５ｍｍ、長さ５０ｍｍのマグネシウム合金ＡＺ３１Ｂ、導電性材料１１０は銅メッキ、セパレータ２００として植物繊維系不織布、空気極層３００としては樹脂製の多孔質不織布の両面に触媒を含む炭素材料粉末を結着剤で塗布したものを使用して良好な結果を得た。
【００５５】
導電性材料１１０は水や電解液を通さない材料であることと負極金属１００への良好な密着性が求められるが、正極集電体としての機能は必要ない。従って導電性材料１１０は密着面と平行方向の導電性は必要なく、厚さは出来るだけ薄い方が良い。
【００５６】
導電性材料１１０は厚さが薄ければ薄いほど密着面に垂直な方向の電気抵抗が少なくなるのでの導電性材料１１０の被覆層を貫通しての電子の移動が容易になる。
【００５７】
図１の単電池１と単電池２により正極集電体の機能について説明する。空気電池では空気極層内部も負極金属表面も表面から見て必ずしも全面一様には反応しない。特に空気極層に関しては全面に渡って必要な部分に必要な量の電子を容易に分配する必要がある。
【００５８】
電子を容易に収集、分配することが集電体の役割であり、集電体には積層面と平行方向への抵抗の少ない材料が求められ、特に金属材料が適しているのである。
【００５９】
図１の単電池１と単電池２により正極集電体の機能について説明する。単電池２の負極金属１００のセパレータ２００に面する表面での反応で発生した電子は導電性材料１１０の中を積層面と垂直な方向へ移動して単電池１の空気極層３００へ移動する。
【００６０】
単電池１の空気極層３００の内部での反応に応じて、空気極層３００の平面内の必要な部分に必要な量の電子を供給するには、単電池２で発生した電子を積層面と平行方向へ容易に移動し得る正極集電体に相当する物質が必要で、本構成の電池では単電池２の負極金属１００が正極集電体の役割を果たすことになる。
【００６１】
更に単電池２の負極金属１００の単電池２のセパレータ２００に接する表面での反応は全面一様とは言えず、反応により発生した電子は容易に積層面と平行方向へ移動できなければならない。
【００６２】
単電池２の負極金属１００は自己の表面で発生した電子を内部へ取込み、積層面と平行方向へ容易に移動させる負極集電体の役割も果たしている。ただし負極金属１００が粉末で構成されている場合は別途負極集電体が必要となるが、考え方は同じで負極集電体が正極集電体の役割を果たすことになる。
【００６３】
単電池２の負極金属１００の反応が進んで厚さが薄くなると積層面と平行方向の抵抗が増えるものの、板が消耗し尽くさない限り集電体としての機能は有効に維持する。
【００６４】
単電池２の負極金属１００が集電体としての機能を失った時点が本構成の電池の寿命となるが、正極集電体を備えた金属空気電池の寿命も本発明の電池と大差ない。
【００６５】
正極集電体を備えた電池においても負極金属の反応は全面に渡り一様でなく、最終段階では部分的に負極金属が消耗し尽くすために、この時点で電池としての機能は本来の機能より著しく劣化し電池自体の寿命となると考えて良いからである。
【００６６】
単電池１と単電池２の接触部分を例に正極集電体に関して説明を行ったが、単電池２と単電池３の接触部分、単電池３と単電池４の接触部分での負極金属１００が正極集電体として果たす機能は単電池１と単電池２との接触部分と同様である。
【００６７】
導電性材料１１０としては、空気極層３００を構成する炭素材料と自然電極電位が近い材料が望ましく、銅などのように導電性の良い材料であれば薄くても厚くても機能する。銅の場合などはメッキや負極材料１００と銅とのクラッド材料が使用できる。ただし厚さは省資源の観点からも薄い方が望ましく、薄くできる点が本発明の特長でもある。
【００６８】
導電性材料１１０が導電性素材を含む樹脂の場合には、含有導電性素材としては炭素材料が好ましい。炭素材料であれば隣接する単電池の空気極層３００を構成する炭素材料と自然電極電位が近いため、局部電池の形成も少なく良好な電池となりえる。
【００６９】
図１の単電池１の負極金属１００の上部にマイナス記号で示したように、今回の実施例１では積層電池全体としては単電池１の負極金属１００をそのまま負極集電体として活用している。別途負極集電体やリード線の端子を密着する場合などは単電池１も単電池２、単電池３，単電池４と同様に負極金属１００に導電性材料１１０を被覆したものを使用した方が良い。
【００７０】
電池全体としては電圧を発生する部分を４つの単電池で構成し、単電池４の空気極層３００に正極集電体４００を密着し、この正極集電体４００が積層電池全体の正極端子取付部材又は正極集電体４００自体を正極部端子として、積層方式の空気電池を構成することになる。実施例１では正極集電体４００としてステンレス鋼を用いたが、その他の炭素材料と自然電極電位の近い金属で良い。
【００７１】
図１の電池を実際に使用する際には、図１に示した電池の長さＬ方向の極めてわずかな長さの部分を水に浸漬することによりセパレータ２００が水を吸い上げて保持し、長寿命の電池として機能する。
【００７２】
実施例１では図１のように４つの単電池を積層した積層電池としているが、単電池の積層数は２つから可能で、より高い電圧を得るには積層数を４つ以上にすればよい。また積層した平板に関しても矩形以外の形状にしても良い。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
負極金属の隣接する電池と密着する側の面を導電性材料で被覆することにより、単電池を直列に接続し接触部に水や電解液の浸入があっても、単電池同士の接触部における逆起電力の発生とガルバニック腐食や隙間腐食の発生とを防止できる。腐食の発生の防止により、不均一な酸化被膜が基で生じる、電位や内部抵抗や寿命のバラツキが減少して出力が安定化するとともに、積層部での逆起電力の発生も防げるため、小型、軽量、高出力、高容量、高品質の積層電池が実現されて、緊急時等への対応用として安心できる空気電池を供給し得るようになる。特に本発明の空気電池は未使用状態での長期保存用電池として有効である。
【符号の説明】
【００７４】
１００    負極金属
１１０    導電性材料
２００    セパレータ
３００    空気極層
１００ａ  負極金属面
【図１】
2015153490.tif 000003