(57)【要約】【課題】保管時の保存特性を向上できるマグネシウム空気電池を提供する。【解決手段】  マグネシウム空気電池は、マグネシウムまたはマグネシウム合金を含む負極と、負極が収容された外装部と、劣化防止剤とを備えたものである。【選択図】図１
2016072086.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マグネシウムまたはマグネシウム合金を含む負極と、
前記負極が収容された外装部と、
劣化防止剤と
を備えたマグネシウム空気電池。
【請求項２】
前記劣化防止剤は、脱酸素剤および吸湿剤の少なくとも何れかを含む請求項１に記載のマグネシウム空気電池。
【請求項３】
前記外装部内および前記外装部自体の少なくとも何れかに、前記劣化防止剤を含む請求項１〜２の何れか一項に記載のマグネシウム空気電池。
【請求項４】
前記外装部内は、真空状態または不活性ガスが充満された状態である請求項１〜３の何れか一項に記載のマグネシウム空気電池。
【請求項５】
前記外装部の少なくとも1部が透明である請求項１〜４の何れか一項に記載のマグネシウム空気電池。
【請求項６】
マグネシウムまたはマグネシウム合金を含む負極と、
前記負極が収容された外装部と
を備え、
前記外装部内は、真空状態または不活性ガスが充満された状態であるマグネシウム空気電池。
【請求項７】
前記外装部の少なくとも1部が透明である請求項６に記載のマグネシウム空気電池。
【請求項８】
マグネシウムまたはマグネシウム合金を含む負極と前記負極が収容された外装部とを含む電池部と、
前記電池部を包装する包装部と
を備えたマグネシウム空気電池。
【請求項９】
前記外装部内は、真空状態または不活性ガスが充満された状態である請求項９に記載のマグネシウム空気電池。
【請求項１０】
前記電池部は、さらに劣化防止剤を含む請求項８〜９の何れか一項に記載のマグネシウム空気電池。
【請求項１１】
前記包装部内は、真空状態または不活性ガスが充満された状態である請求項８〜１０の何れか一項に記載のマグネシウム空気電池。
【請求項１２】
前記包装部内または前記包装部自体に劣化防止剤を含む請求項８〜１１の何れか一項に記載のマグネシウム空気電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マグネシウム空気電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、我が国が電池分野において国際的に主導的な役割を果たすことが期待されており、次世代電池の開発が活発になされている。例えば、次世代電池として、空気電池などの開発が、進められている。
【０００３】
空気電池は、正極活物質として空気中の酸素を使う電池である。この空気電池はさまざまな金属で研究がなされている。例えば、空気電池として、負極に環境安全性に優れているマグネシウムを使用したものが、挙げられる（例えば、特許文献１参照）。マグネシウム空気電池は、例えば災害時などの非常用電源などとして使用されることが期待されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−２３４７９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
マグネシウム空気電池では、保管時に空気中の水分や酸素によって、反応が進行してしまい、使用していない状態で負極であるマグネシウムが消費されてしまう。このため、マグネシウム空気電池では、保管時の保存特性を向上させることが求められている。
【０００６】
したがって、本発明の目的は、保管時の保存特性を向上できるマグネシウム空気電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決するために、本発明は、マグネシウムまたはマグネシウム合金を含む負極と、負極が収容された外装部と、劣化防止剤とを備えたマグネシウム空気電池である。
【０００８】
本発明は、マグネシウムまたはマグネシウム合金を含む負極と、負極が収容された外装部とを備え、外装部内は、真空状態または不活性ガスが充満された状態であるマグネシウム空気電池である。
【０００９】
本発明は、マグネシウムまたはマグネシウム合金を含む負極と負極が収容された外装部とを含む電池部と、電池部を包装する包装部とを備えたマグネシウム空気電池である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、保管時の保存特性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１はマグネシウム空気電池の構成例を示す断面図である。
【図２】図２はマグネシウム空気電池の構成例を示す断面図である。
【図３】図３はマグネシウム空気電池の構成例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、説明は、以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態（マグネシウム空気電池の第１の例）
２．第２の実施の形態（マグネシウム空気電池の第２の例）
３．第３の実施の形態（マグネシウム空気電池の第３の例）
４．変形例
なお、以下に説明する実施の形態等は本発明の好適な具体例であり、本発明の内容がこれらの実施の形態等に限定されるものではない。
【００１３】
１.第１の実施の形態
本発明の第１の実施の形態によるマグネシウム空気電池について説明する。図１Ａおよび図１Ｂはマグネシウム空気電池の構成例の概略を示す断面図である。なお、図１Ａは電解液が供給される前の状態を示し、図１Ｂは電解液が供給された後の状態を示す。
【００１４】
［電池の構成］
以下、図１Ａ、図１Ｂを参照して、電池２０の構成について具体的に説明する。図１Ａ、図１Ｂに示すように、電池２０は、負極２１と、外装部２３と、劣化防止剤（図示省略）を備える。外装部２３の一部は、正極集電体２２により構成されている。電池２０を反応させて外部に電力を供給する際には、図１Ａの状態の電池２０に対して、ユーザにより外装部２３の内部の空間に電解液２５が供給され、図１Ｂに示すように負極２１の少なくとも一部が電解液に浸された状態とされる。
【００１５】
電池２０は、いわゆるマグネシウム空気電池であり、空気中の酸素を正極活物質（電子を受け取る物質）とし、マグネシウムを負極活物質（電子を放出する物質）とする。負極のマグネシウムは、電子を放出してマグネシウムイオンとなって電解液中に溶出する。一方、正極では、酸素と水が電子を受け取って水酸化物イオンとなる。電池全体で見ると、マグネシウム、酸素、および水から水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）2）が生成することで両極間に起電力が発生する。正極および負極でのそれぞれの反応式は、以下の通りとなる。
【００１６】
正極：Ｏ2＋２Ｈ2Ｏ＋４ｅ-→４ＯＨ-
負極：２Ｍｇ→２Ｍｇ2+＋４ｅ-
全体：２Ｍｇ＋Ｏ2＋２Ｈ2Ｏ →２Ｍｇ（ＯＨ）2↓
【００１７】
（負極）
負極２１は、負極材（負極活物質）としてマグネシウム（Ｍｇ）またはマグネシウム合金を含んでいる。マグネシウム合金は、例えばマグネシウムを主成分とする合金、すなわちマグネシウムを５０重量％以上含有する合金である。マグネシウム合金としては、例えば、マグネシウムと、カルシウム（Ｃａ）、アルミニウム（Ａｌ）、亜鉛（Ｚｎ）、マンガン（Ｍｎ）、ケイ素（Ｓｉ）、銅（Ｃｕ）、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）およびジルコニウム（Ｚｒ）からなる群より選ばれる１種以上の金属元素とを含むものが挙げられ、これらのうちでも特にマグネシウムとカルシウムとを含むもの、またはマグネシウムとカルシウムとアルミニウムとを含むものが好ましい。負極２１の自己放電を抑制できるとともに、長期間に渡って安定的に電流を流すことができるからである。マグネシウム合金の具体例としては、Ｍｇ−Ｃａ系、Ｍｇ−Ａｌ系、Ｍｇ−Ｍｎ系、Ｍｇ−Ｚｎ系、Ｍｇ−Ａｌ−Ｃａ系、Ｍｇ−Ａｌ−Ｚｎ系、Ｍｇ−Ｚｎ−Ｚｒ系などの合金が挙げられるが、これらの材料に限定されるものではない。
【００１８】
負極２１は、例えば、円柱状の棒である。負極２１は、板状のもの等であってもよい。負極２１が、ナノポーラス構造またはメソポーラス構造などの多孔質構造を有していてもよい。必要に応じて、酸化還元電位が負極材よりも貴な金属を含む導体層を負極２１の表面にさらに設けるようにしてもよい。これにより、電流集中や望ましくない位置における負極反応の進行を抑制し、負極材の脱落や欠損を抑制することができる。導体層は、例えば、負極２１の表面のうちの少なくとも正極集電体２２に対向しない領域に設けられる。酸化還元電位が負極材よりも貴な金属としては、例えば、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、水銀（Ｈｇ）、銅（Ｃｕ）、鉛（Ｚｎ）、スズ（Ｓｎ）などが挙げられる。
【００１９】
（正極集電体）
正極集電体２２は、空気電極とも称される部材であり、正極材（正極活物質）としての空気中の酸素に電子を供給する役割を有している。正極集電体２２の材料は、導電性を有する材料であれば特に制限されるものではなく、例えば、活性炭、炭素繊維、カーボンフェルトなどの炭素質材料、鉄、銅などの金属材料などを用いることができる。正極集電体２２の材料としては、空気中の酸素との接触面積が大きく集電効率に優れているという観点から、炭素粉末を用いることが特に好ましい。
【００２０】
正極集電体２２上に多孔質シートを積層した構成としてもよい。この場合、多孔質シート側が外装部２３の外周面側となるように、それらは配置される。また、正極集電体２２上に多孔質シート、網状支持体を順次積層した構成としてもよい。この場合、網状支持体が外装部２３の外周面側となるように、それらは配置される。
【００２１】
（電解液）
電解液２５は、負極２１で発生したマグネシウムイオン（Ｍｇ2+）を溶出させるとともに、酸素と反応する水（Ｈ2Ｏ）を正極集電体２２に供給する役割を有している。電解液２５としては、酸性、アルカリ性、あるいは中性の水溶液を用いることができる。例えば、水、塩化ナトリウム水溶液、水酸化ナトリウム水溶液、炭酸水素ナトリウム水溶液、および過炭酸ナトリウム水溶液からなる群から選ばれる少なくとも１つを用いることができる。また、フッ化物の水溶液、ハロゲンを含む水溶液、多価カルボン酸の水溶液などを用いることもできる。
【００２２】
（外装部）
外装部２３は、電解液２５および負極２１を収容するための中空状の空間を有している。外装部２３の全体形状としては、例えば、円柱状、四角柱状、六角柱状、八角柱状などの多角柱状、立方体状などが挙げられるが、特にこれらの形状に限定されるものではない。外装部２３の一部が、正極集電体２２により構成されている。なお、外装部２３の一部ではなく、図２に示すように、外装部２３の内部に正極集電体２２を設けるようにしてもよい。この場合、正極集電体２２と外装部２３の一部により電解液２５および負極２１を収容するための空間が形成される。
【００２３】
外装部２３としては、プラスチック容器、紙容器、金属容器、セラミック容器などの外装ケースを用いることができる。なお、プラスチックフィルムなどのフィルム状の包材などを用いてもよい。外装部２３としては、透明性のプラスチック容器など、透明なものを用いることが好ましい。これにより、外装部２３を透して外部から内部を視認することができ、電解液２５の量などの電池内部の状態を容易に把握することができる。なお、外装部２３の一部のみを透明部として、透明部を透して電池内部の状態を視認できるようにしてもよい。
【００２４】
外装部２３は、例えば、筒状などを有する周壁３１と、その下端を閉鎖する底面部３２と、その上端を閉鎖する蓋部３３とを備える。周壁３１の一部は、正極集電体２２により構成されている。周壁３１の外周は、大気に開放された状態となっている。
【００２５】
外装部２３の底面部３２の内側の面には、負極受け部として負極ソケット３４が設けられている。負極ソケット３４は、円柱状の負極２１の一端が収容される浅い収容空間３４ａを有する。外装部２３の底面部３２には、電解液２５を排出するための排出孔３２ａが設けられている。
【００２６】
蓋部３３には、電解液２５を外装部２３内に供給するための供給孔３３ｃが設けられている。また、蓋部３３には、負極端子３５を外部に導出するための孔３３ｂが設けられている。円柱状の負極２１の他端に接続された負極端子３５が、孔３３ｂを通り外部に導出されている。
【００２７】
（劣化防止剤）
劣化防止剤は、典型的には、例えば外装部２３の内部の空間内に負極２１と共に配置される。劣化防止剤を外装部２３自体に添加してもよい。劣化防止剤は、空気中の酸素、水分の少なくとも何れかを吸収できるものである。劣化防止剤としては、例えば、脱酸素剤、吸湿剤などを用いることができる。
【００２８】
（効果）
第１の実施の形態では、劣化防止剤によって、保管時に電池内における空気中の水分や酸素を吸収することで、使用していない状態で負極であるマグネシウムが消費されてしまうことを抑制できる。その結果、保管時の保存特性を向上できる。
【００２９】
２．第２の実施の形態
第２の実施の形態によるマグネシウム空気電池について説明する。第２の実施の形態は、電池２０が劣化防止剤を含まないこと、外装部２３内部の空間が、真空状態または窒素などの不活性ガスが充満された状態であること以外は、第１の実施の形態と同様である。
【００３０】
（効果）
第２の実施の形態では、保管時に負極が空気にさらされることを防止することで、使用していない状態で負極であるマグネシウムが消費されてしまうことを抑制できる。その結果、保管時の保存特性を向上できる。
【００３１】
３.第３の実施の形態
第３の実施の形態によるマグネシウム空気電池について説明する。図３はマグネシウム空気電池の構成例を示す概略図である。図３に示すように、第３の実施の形態は、電池部４０と、電池部４０を包装する包装部４１とを備えた構成を有する。電池部４０は、劣化防止剤を含まないこと以外は第１の実施の形態による電池２０と同様の構成を有するマグネシウム空気電池であり、負極２１と、外装部２３とを備える。外装部２３の一部は、正極集電体２２により構成されている。
【００３２】
第３の実施の形態では、包装部４１で電池部４０包装する際に、例えば、真空包装機などを用いて包装部４１の空気を脱気することにより、包装部４１内が真空状態になっている。なお、包装部４１内は、窒素などの不活性ガスで置換することにより、不活性ガスが充満された状態になっていてもよい。包装部４１内に、劣化防止剤を収容した構成としてもよく、包装部４１自体に劣化防止剤を添加してもよい。
【００３３】
（包装部）
包装部４１としては、プラスチックフィルムなどのフィルム状の包材などが用いられる。保管時では、包装部４１で電池２０が包装された状態とされ、使用時において包装部４１を破るなどして包装を解除して使用する。
【００３４】
（効果）
第３の実施の形態では、保管時に負極が空気にさらされることを防止することで、使用していない状態で負極であるマグネシウムが消費されてしまうことを抑制できる。その結果、保管時の保存特性を向上できる。
【００３５】
４．変形例
本発明は、上述した本発明の実施の形態に限定されるものでは無く、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。例えば、上述の実施の形態において挙げた数値、構造、形状、材料、原料、製造プロセス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、形状、材料、原料、製造プロセスなどを用いてもよい。例えば、電池２０は電極を複数積層した積層構造、電極を巻回した巻回構造を有するものであってもよい。
【００３６】
例えば、第１の実施の形態から第３の実施の形態のうちの２以上を組み合わせてもよい。例えば、第３の実施の形態において、電池部４０は第１の実施の形態または第２の実施の形態による電池２０と同様の構成であってもよい。
【符号の説明】
【００３７】
２０・・・電池
２１・・・負極
２２・・・正極集電体
２３・・・外装部
２５・・・電解液
３１・・・周壁
３２・・・底面部
３２ａ・・・排出孔
３３・・・蓋部
３３ｂ・・・孔
３３ｃ・・・供給孔
３４・・・負極ソケット
３４ａ・・・収容空間
３５・・・負極端子
４０・・・電池部
４１・・・包装部
【図１】
2016072086.tif 000003
【図２】
2016072086.tif 000004
【図３】
2016072086.tif 000005