(57)【要約】【課題】  金属空気電池のメカニカルチャージを効率的に行うことにより、製造コストの低減を図ることが可能な金属空気電池の製造方法を提供する。【解決手段】  放電された金属空気電池の反応後の負極活物質である酸化金属粒子を、有機溶媒中に分散させる。有機溶媒中の酸化金属粒子にレーザビームを照射してアブレーションを生じさせることにより、還元反応を生じさせて金属粒子を生成する。有機溶媒と金属粒子とを分離して金属粒子を回収し、回収された金属粒子を金属空気電池の負極活物質として用いた金属空気電池を作製する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電された金属空気電池の反応後の負極活物質である酸化金属粒子を、有機溶媒中に分散させる工程と、
前記有機溶媒中の前記酸化金属粒子にレーザビームを照射してアブレーションを生じさせることにより、還元反応を生じさせて金属粒子を生成する工程と、
前記有機溶媒と前記金属粒子とを分離して前記金属粒子を回収し、回収された前記金属粒子を金属空気電池の負極活物質として用いた金属空気電池を作製する工程と
を有する金属空気電池の製造方法。
【請求項２】
前記酸化金属粒子は酸化亜鉛からなり、前記金属粒子は金属亜鉛からなる請求項１に記載の金属空気電池の製造方法。
【請求項３】
前記レーザビームを照射する工程において、前記有機溶媒中に不活性ガスを供給しながら、前記酸化金属粒子にレーザビームを照射する請求項１または２に記載の金属空気電池の製造方法。
【請求項４】
前記レーザビームを照射する工程において、前記有機溶媒及び前記有機溶媒中に分散している前記酸化金属粒子及び前記金属粒子の重量を計測しながら、前記レーザビームを照射し、
前記重量の計測結果が、判定値以下になったことを契機として、前記レーザビームの照射を停止する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の金属空気電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電された使用済みの金属空気電池を再生して、新たな金属空気電池を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
正極活物質として空気中の酸素を使用し、負極活物質として金属を使用する金属空気電池は、電池内に正極活物質を充填しておく必要がないため、大容量化に適している。金属空気電池を電動車両等に搭載するには、二次電池化することが望ましい。ところが、金属空気二次電池は、未だ実用化されていない。実用化されていない理由として、負極活物質である亜鉛が、充電時にデンドライト成長を起こすことが挙げられる。
【０００３】
使用済みの金属空気電池の、酸化された負極活物質を、新しい金属電極と交換する機械式充電（メカニカルチャージ）が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−６３３４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、金属空気電池のメカニカルチャージを効率的に行うことにより、製造コストの低減を図ることが可能な金属空気電池の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一観点によると、
放電された金属空気電池の反応後の負極活物質である酸化金属粒子を、有機溶媒中に分散させる工程と、
前記有機溶媒中の前記酸化金属粒子にレーザビームを照射してアブレーションを生じさせることにより、還元反応を生じさせて金属粒子を生成する工程と、
前記有機溶媒と前記金属粒子とを分離して前記金属粒子を回収し、回収された前記金属粒子を金属空気電池の負極活物質として用いた金属空気電池を作製する工程と
を有する金属空気電池の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
使用済みの金属空気電池の負極活物質を再生し、負極活物質として使用する金属を生成することにより、金属空気電池の製造コストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、実施例による方法で製造される金属空気電池の断面図である。
【図２】図２は、実施例による金属空気電池の製造方法のフローチャートである。
【図３】図３は、酸化金属粒子を還元する装置の概略図である。
【図４】図４は、実施例による方法で製造された金属空気電池が搭載された電動フォークリフトの部分破断側面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１に、実施例による方法で製造される金属空気電池の断面図を示す。袋状のセパレータ１０内に負極集電体１３、負極活物質１１及び電解液が充填されている。負極活物質１
１には、例えば金属亜鉛、金属アルミニウム、金属マグネシウム等の金属粒子が用いられる。負極集電体１３には、例えばニッケル等の金属板が用いられる。セパレータ１０には、例えばポリエチレン、ポリプロピレン等の多孔膜、または樹脂不織布、ガラス繊維不織布等が用いられる。電解液には、例えば水酸化カリウム等のアルカリ金属水酸化物が用いられる。
【００１０】
セパレータ１０の外側の表面に正極集電体１２が貼りつけられている。正極集電体１２は、カーボンクロス、カーボンペーパー等のベースにカーボンブラック等の導電材を塗布した構造を有する。導電材には、触媒及び結着剤が含まれる。触媒には、例えば二酸化マンガンが用いられる。結着剤には、例えばポリフッ化ビニリデン等が用いられる。正極集電体１２は、酸素を透過させる多数の微細な孔を有する。大気中の酸素が、正極活物質として作用する。負極集電体１３と正極集電体１２とが、負荷１４を介して電気的に接続される。
【００１１】
負極活物質１１の亜鉛（Ｚｎ）と電解液中の水酸化物イオン（ＯＨ−）とが反応し、テトラヒドロキソ亜鉛酸塩（Ｚｎ（ＯＨ）４２−）と電子とが生成される。テトラヒドロキソ亜鉛酸塩が分解して、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、水酸化物イオン、及び水が生成される。生成された電子は、負極集電体１３に集められ、負荷１４を通って正極集電体１２に供給される。
【００１２】
正極活物質である酸素と、正極集電体１２に供給された電子と、水とが反応して、水酸化物イオンが生成される。水酸化物イオンは、セパレータ１０内を輸送されて、負極活物質１１に達する。上述のように、金属空気電池が放電すると、負極活物質１１が酸化されて酸化金属粒子、例えば酸化亜鉛粒子が蓄積される。
【００１３】
図２に、実施例による金属空気電池の製造方法のフローチャートを示す。以下、図２及び図３を参照しながら、実施例による金属空気電池の製造方法について説明する。
【００１４】
ステップＳ１において、放電されて使用済みとなった金属空気電池から、負極活物質（例えば、金属亜鉛粒子）が酸化されることによって生成された酸化金属粒子（例えば、酸化亜鉛粒子）を回収する。セパレータ１０（図１）から取り出した酸化金属粒子には電解液が付着しているため、電解液を洗い流す。
【００１５】
ステップＳ２において、回収された酸化金属粒子を有機溶媒中に分散させる。例えば、図３に示すように、容器２２内に収容された有機溶媒２３中に酸化金属粒子２４が分散される。有機溶媒２３として、例えばアセトンを用いることができる。
【００１６】
ステップＳ３において、有機溶媒２３中の酸化金属粒子２４にレーザビームを照射する。図３に示すように、レーザ光源２０から出射したレーザビームを、有機溶媒２３中に分散する酸化金属粒子２４に照射する。集光レンズ２１を通すことによって、レーザビームのパワー密度を高めてもよい。レーザビームが照射されることによってアブレーションが生じ、酸化金属粒子２４が還元されて金属粒子２９が生成される。有機溶媒２３は、生成された金属粒子２９の再酸化を防止する。
【００１７】
レーザ光源２０として、例えば炭酸ガスレーザ等を用いることができる。有機溶媒２３中におけるレーザビームのパワー密度は、酸化金属粒子２４でアブレーションが生じる大きさである。レーザ照射中は、スターラ２７で有機溶媒２３を攪拌することが好ましい。また、容器２２内をほぼ密閉状態とし、ガス導入管２５から容器２２内の有機溶媒２３中に不活性ガス、例えば窒素ガス（Ｎ２）を導入してもよい。容器２２内に不活性ガスを導入すると、酸化金属粒子２４が還元されることによって発生した酸素ガスを、ガス排出管
２６から容器外に効率的に排出することができる。これにより、金属粒子２９の再酸化が生じにくくなる。
【００１８】
容器２２が、重量計３０に載せられている。重量計３０は、有機溶媒２３、有機溶媒２３中に分散されている酸化金属粒子２４、及び生成された金属粒子２９等の重量を計測する。
【００１９】
ステップＳ４において、計測された重量が判定値以下か否かを判定する。計測された重量が判定値より大きい場合、ステップＳ３のレーザ照射を継続する。
【００２０】
酸化金属粒子２４が還元されて金属粒子２９が生成されると、発生した酸素が大気中に放出される。このため、容器２２内の重量が軽くなる。以下、酸化金属粒子２４が酸化亜鉛である場合について、重量の変化の一例について説明する。
【００２１】
有機溶媒２３中に分散させる酸化亜鉛粒子の量を０．０１モルとする。０．０１モルの酸化亜鉛の重量は０．８１ｇである。有機溶媒２３として、重量１６．２ｇのアセトンを用いる。容器２２、スターラ２７等の合計の重量を３０ｇとする。すべての酸化亜鉛粒子が還元されて亜鉛粒子が生成されたとすると、亜鉛粒子の重量は０．６５ｇになる。すなわち、すべての酸化亜鉛粒子が還元されると、重量が０．１６ｇ軽くなる。全重量約４７ｇに対して０．１６ｇ程度の重量の変化は、一般的な電子天秤で計測可能である。
【００２２】
重量計３０で有機溶媒２３中に分散している粒子の重量変化を計測することにより、還元反応の進行の程度を推測することができる。ほぼすべての酸化金属粒子が還元された時点の重量を、予め、判定値として算出しておく。計測された重量が判定値以下になったことを契機として、レーザ照射を停止させた後、ステップＳ５を実行する。
【００２３】
ステップＳ５において、有機溶媒２３と金属粒子２９とを分離し、金属粒子２９を回収する。ステップＳ６において、回収された金属粒子２９を負極活物質として用い、金属空気電池を作製する。
【００２４】
実施例においては、負極活物質として使用されている金属を再利用することができる。これにより、金属空気電池の製造コストの低減を図ることが可能になる。
【００２５】
図４に、実施例による方法で製造した金属空気電池が搭載される電動車両の例として、電動フォークリフトの部分破断側面図を示す。なお、この金属空気電池は、電動フォークリフト以外の電動作業車両に搭載してもよいし、電動自動車、電動二輪車等の電動車両に搭載してもよい。電動フォークリフトは、フォーク４１、車輪４２、ハンドル４４、レバー４５、及び座席４６を含む。車台に、電動機を駆動するための金属空気電池４０が搭載されている。金属空気電池４０の基本的な構成は、図１に示したものと同一である。
【００２６】
金属空気電池４０が放電し、出力電圧が低下したら、電動フォークリフトから使用済みの金属空気電池４０を取り外し、新しい金属空気電池４０を装着する。取り外された金属空気電池４０からは、上記実施例による方法で金属亜鉛を生成する。生成された金属亜鉛を負極活物質として用いて、金属空気電池を製造する。
【００２７】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【符号の説明】
【００２８】
１０  セパレータ
１１  負極活物質
１２  正極集電体
１３  負極集電体
１４  負荷
２０  レーザ光源
２１  集光レンズ
２２  容器
２３  有機溶媒
２４  酸化金属粒子
２５  ガス導入管
２６  ガス排出管
２７  スターラ
２９  金属粒子
３０  重量計
４０  金属空気電池
４１  フォーク
４２  車輪
４４  ハンドル
４５  レバー
４６  座席
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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