JP6517606B2 - Air electrode, metal-air battery, air electrode material, and method of manufacturing air electrode material - Google Patents
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Description
本発明は、空気極、金属空気電池、空気極材料及び空気極材料の製造方法に関する。 The present invention relates to an air electrode, a metal-air battery, an air electrode material, and a method of manufacturing the air electrode material.
従来、金属空気電池用の空気極は、電子伝導性材料を主成分として含み、層状複水酸化物と結着剤を副成分として含む(例えば、特許文献1参照)。電子伝導性材料としては、炭素材料などが使用される。結着剤としては、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン及びスチレン/ブタジエンゴムなどのいわゆる有機バインダが使用される。 Conventionally, an air electrode for a metal-air battery contains an electron conductive material as a main component, and contains a layered double hydroxide and a binder as accessory components (see, for example, Patent Document 1). A carbon material etc. are used as an electron conductive material. As the binder, so-called organic binders such as polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene and styrene / butadiene rubber are used.
一方で、空気極の特性(水酸化物イオン伝導性、電子伝導性及び触媒反応活性)をさらに向上させたいという要請がある。本発明者等は、カーボンナノチューブをバインダとして用いることによって空気極の特性をさらに向上できるという新たな知見を得た。 On the other hand, there is a demand to further improve the characteristics of the air electrode (hydroxide ion conductivity, electron conductivity and catalytic reaction activity). The present inventors obtained a new finding that the characteristics of the air electrode can be further improved by using carbon nanotubes as a binder.
本発明は、このような新たな知見に基づいてなされたものであり、特性を向上可能な空気極、金属空気電池、空気極材料及び空気極材料の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made based on such new findings, and an object of the present invention is to provide an air electrode, a metal-air battery, an air electrode material, and a method of manufacturing the air electrode material whose characteristics can be improved.
本発明に係る空気極は、金属空気電池に用いられる空気極であって、電子伝導性を有するカーボンナノチューブと、水酸化物イオン伝導性を有する層状複水酸化物とを含む。 The air electrode according to the present invention is an air electrode used for a metal-air battery, and includes carbon nanotubes having electron conductivity and a layered double hydroxide having hydroxide ion conductivity.
本発明によれば、特性を向上可能な空気極、金属空気電池、空気極材料及び空気極材料の製造方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the air electrode which can improve a characteristic, a metal air battery, air electrode material, and air electrode material can be provided.
図面を参照しながら、実施形態に係る金属空気電池について説明する。金属空気電池は、亜鉛空気二次電池やリチウム空気二次電池などを含む概念である。本実施形態では、金属空気電池の一例として亜鉛空気二次電池について説明する。 A metal-air battery according to an embodiment will be described with reference to the drawings. The metal air battery is a concept including a zinc air secondary battery, a lithium air secondary battery, and the like. In the present embodiment, a zinc-air secondary battery will be described as an example of a metal-air battery.
なお、図面の記載において同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なっている場合がある。 In the description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. The drawings are schematic, and ratios of dimensions may be different from actual ones.
(亜鉛空気二次電池10の構成)
図1は、亜鉛空気二次電池10の構成を模式的に示す断面図である。亜鉛空気二次電池10は、空気極12、水酸化物イオン伝導性セパレータ14、電解液に浸漬された負極16、正極集電体18及び容器20を備える。
(Configuration of Zinc Air Secondary Battery 10)
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of a zinc-air secondary battery 10. As shown in FIG. The zinc-air secondary battery 10 includes an air electrode 12, a hydroxide ion conductive separator 14, a negative electrode 16 immersed in an electrolytic solution, a positive electrode current collector 18, and a container 20.
1.空気極12
空気極12は、O2の還元反応及び/又は発生反応を起こす正極として機能する。空気極12は、水酸化物イオン伝導性セパレータ14上に配置される。空気極12は、第1主面12Sと第2主面12Tを有する。空気極12は、第1主面12Sにおいて水酸化物イオン伝導性セパレータ14と接触する。空気極12は、第2主面12Tにおいて正極集電体18と接触する。
1. Air pole 12
The air electrode 12 functions as a positive electrode which causes a reduction reaction and / or a generation reaction of O 2 . The air electrode 12 is disposed on the hydroxide ion conductive separator 14. The air electrode 12 has a first major surface 12S and a second major surface 12T. The air electrode 12 contacts the hydroxide ion conductive separator 14 on the first major surface 12S. The air electrode 12 is in contact with the positive electrode current collector 18 at the second major surface 12T.
空気極12の厚みは特に制限されないが、1〜100μmとすることができ、1〜75μmであることが好ましく、1〜50μmであることがより好ましく、1〜30μmであることがさらに好ましい。これによって、水酸化物イオン伝導相と電子伝導相と気相の三相界面の面積を確保して空気極12の触媒反応活性を維持することができる。 The thickness of the air electrode 12 is not particularly limited, but may be 1 to 100 μm, preferably 1 to 75 μm, more preferably 1 to 50 μm, and still more preferably 1 to 30 μm. By this, the area of the three-phase interface of the hydroxide ion conduction phase, the electron conduction phase, and the gas phase can be secured to maintain the catalytic reaction activity of the air electrode 12.
空気極12は、カーボンナノチューブ(以下、「CNT」と略称する。)と、層状複水酸化物(以下、「LDH」と略称する。)とを含有する。 The air electrode 12 contains carbon nanotubes (hereinafter, abbreviated as "CNT") and layered double hydroxides (hereinafter, abbreviated as "LDH").
CNTは、六角形格子構造のグラフェンを円筒状に形成した繊維状炭素材料である。CNTは、シングルウォールカーボンナノチューブであってもよいしマルチウォールカーボンナノチューブであってもよい。CNTの両端は、閉口していてもよいし開口していてもよい。 CNT is a fibrous carbon material in which graphene having a hexagonal lattice structure is formed in a cylindrical shape. The CNTs may be single wall carbon nanotubes or multiwall carbon nanotubes. Both ends of the CNT may be closed or open.
CNTは、無機バインダとして機能する。CNTは、LDHを結着することによって空気極12の形状を維持する。CNTは、酸素還元発生触媒としても機能する。空気極12にCNTを含有させることによって、空気極12の触媒反応活性を向上させることができる。CNTは、電子伝導体としても機能する。空気極12にCNTを含有させることによって、空気極12の電子伝導性を向上させることができる。 The CNTs function as an inorganic binder. The CNTs maintain the shape of the air electrode 12 by binding the LDH. CNT also functions as an oxygen reduction generation catalyst. By making the air electrode 12 contain CNT, the catalytic reaction activity of the air electrode 12 can be improved. CNTs also function as electron conductors. The electron conductivity of the air electrode 12 can be improved by containing CNTs in the air electrode 12.
CNTは、空気極12内において、束状ではなく束の解かれた状態で存在していることが好ましい。これによって、LDHを効率的に結着させることができる。ただし、CNTの一部は、空気極12内において束状に存在していてもよい。 The CNTs are preferably present in the air electrode 12 not in a bundle but in a unwrapped state. By this, LDH can be bound efficiently. However, some of the CNTs may be present in a bundle in the air electrode 12.
LDHは、水酸化物イオン伝導性を有する。LDHは、一般式M2+ 1−xM3+ x(OH)2An− x/n・mH2O(M2+は1種以上の2価の陽イオンであり、M3+は1種以上の3価の陽イオンであり、An−はn価の陰イオンであり、nは1以上の整数であり、xは0.1〜0.4であり、mは0以上である。)で表される。M2+としては、Ni2+、Mg2+、Ca2+、Mn2+、Fe2+、Co2+、Cu2+、Zn2+が挙げられる。M3+としては、Fe3+、Al3+、Co3+、Cr3+、In3+が挙げられる。An−としては、NO3−、CO3 2−、SO4 2−、OH−、Cl−、I−、Br−、F−が挙げられる。特に、M2+としてMg2+を含み、M3+としてAl3+を含むMg−Al型のLDHが好適である。 LDH has hydroxide ion conductivity. LDH has the general formula M 2+ 1-x M 3+ x (OH) 2 A n- x / n · mH 2 O (M 2+ is at least one divalent cation, M 3+ is one or more A trivalent cation, A n− is an n valent anion, n is an integer of 1 or more, x is 0.1 to 0.4, and m is 0 or more. expressed. As M <2+> , Ni <2+> , Mg <2+> , Ca <2+> , Mn <2+> , Fe <2+> , Co <2+> , Cu <2+> , Zn <2+> is mentioned. As M <3+> , Fe <3+> , Al <3+> , Co <3+> , Cr <3+> , In <3+> is mentioned. As A n − , NO 3− , CO 3 2− , SO 4 2− , OH − , Cl − , I − , Br − , F − can be mentioned. In particular, it includes Mg 2+ as M 2+, LDH of Mg-Al type containing Al 3+ as M 3+ is preferred.
空気極12におけるCNTの含有量は、0.1体積%以上40体積%以下とすることができる。これによって、酸素還元発生触媒及び電子伝導体として機能するCNTを無機バインダとしても機能させることができる。従って、空気極12は、特性(電子伝導性や触媒反応活性)に何ら寄与しない有機バインダを含有していなくてもよいため、有機バインダを用いてLDHを結着する場合に比べて、空気極12の特性を顕著に向上させることができる。空気極12におけるCNTの含有量は、0.1体積%以上30体積%以下であることが好ましく、0.1体積%以上20体積%以下であることがより好ましい。 The content of CNTs in the air electrode 12 can be 0.1 volume% or more and 40 volume% or less. Thus, CNTs that function as an oxygen reduction generation catalyst and an electron conductor can also function as an inorganic binder. Therefore, the air electrode 12 does not have to contain an organic binder that does not contribute to the characteristics (electron conductivity and catalytic activity) at all, and therefore, the air electrode 12 is compared to the case where LDH is bound using an organic binder. The 12 characteristics can be significantly improved. The content of CNTs in the air electrode 12 is preferably 0.1% by volume or more and 30% by volume or less, and more preferably 0.1% by volume or more and 20% by volume or less.
空気極12におけるLDHの含有量は、60体積%以上99.9体積%以下とすることができる。空気極12におけるLDHの含有量は、60体積%以上90体積%以下であることが好ましく、60体積%以上70体積%以下であることがより好ましい。 The content of LDH in the air electrode 12 can be 60% by volume or more and 99.9% by volume or less. The content of LDH in the air electrode 12 is preferably 60% by volume or more and 90% by volume or less, and more preferably 60% by volume or more and 70% by volume or less.
空気極12において、CNTのLDHに対する体積比(CNT体積÷LDH体積)は、0.001以上であることが好ましい。これによって、LDHをCNTによって全体的に包み込むことができるとともに、空気極12の電子伝導性をより向上させることができる。空気極12において、CNTのLDHに対する体積比は、1以下であることが好ましい。これによって、空気極12の水酸化物イオン伝導性をより向上させることができる。 In the air electrode 12, the volume ratio of CNT to LDH (CNT volume / LDH volume) is preferably 0.001 or more. Thus, the LDH can be entirely enclosed by the CNTs, and the electron conductivity of the air electrode 12 can be further improved. In the air electrode 12, the volume ratio of CNT to LDH is preferably 1 or less. Thus, the hydroxide ion conductivity of the air electrode 12 can be further improved.
空気極12は、一般式ABO3−δ(δ≦0.4)で表されるペロブスカイト型酸化物を含んでいてもよい。このようなペロブスカイト型酸化物は、電子伝導性を有することが好ましいが、電子伝導性を有していなくてもよい。ペロブスカイト型酸化物は、酸素還元発生触媒として機能することが好ましい。 The air electrode 12 may contain a perovskite-type oxide represented by the general formula ABO 3-δ (δ ≦ 0.4). Such a perovskite type oxide preferably has electron conductivity, but may not have electron conductivity. The perovskite type oxide preferably functions as an oxygen reduction generation catalyst.
ペロブスカイト型酸化物としては、一般式ABO3−δ(δ≦0.4)で表され、Aサイトに少なくともLaを含有し、Bサイトに少なくともNi、Fe及びCuを含有するペロブスカイト型酸化物が好適である。このようなペロブスカイト型酸化物は、組成式LaNi1−x−yCuxFeyO3−δ(x>0、y>0、x+y<1、0≦δ≦0.4)で表される。以下においては、組成式LaNi1−x−yCuxFeyO3−δで表されるペロブスカイト型酸化物をLNFCuと略称する。 The perovskite type oxide is represented by the general formula ABO 3-δ (δ ≦ 0.4) and contains at least La at the A site and at least Ni, Fe and Cu at the B site. It is suitable. Such perovskite type oxide is represented by the composition formula LaNi 1-x-y Cu x Fe y O 3-δ (x> 0, y> 0, x + y <1,0 ≦ δ ≦ 0.4) . In the following, the composition formula LaNi 1-x-y Cu x Fe y O 3-δ perovskite oxide represented abbreviated as LNFCu.
LNFCuの組成式において、x≦0.5が好ましく、0.01≦x≦0.5がより好ましく、0.05≦x≦0.3がさらに好ましい。LNFCuの組成式において、y≦0.3が好ましく、0.01≦y≦0.3がより好ましい。このような範囲にx及びyを調整することによって、空気極12の電子伝導性、熱膨張率及び触媒反応活性を向上させることができる。 In the composition formula of LNFC u, x ≦ 0.5 is preferable, 0.01 ≦ x ≦ 0.5 is more preferable, and 0.05 ≦ x ≦ 0.3 is more preferable. In the composition formula of LNFC u, y ≦ 0.3 is preferable, and 0.01 ≦ y ≦ 0.3 is more preferable. By adjusting x and y to such a range, the electron conductivity, thermal expansion coefficient and catalytic reaction activity of the air electrode 12 can be improved.
LNFCuは、ペロブスカイト単相で構成されることが好ましい。これによって、空気極12の電子伝導性と触媒反応活性をより向上させることができる。 The LNFC u is preferably composed of a perovskite single phase. This can further improve the electron conductivity and the catalytic reaction activity of the air electrode 12.
ペロブスカイト型酸化物は、LNFCuを主成分として含んでいてもよい。本実施形態において、組成物Pが物質Qを「主成分として含む」とは、組成物P全体のうち、物質Qが70体積%以上を占め、好ましくは90体積%以上を占めることを意味する。 The perovskite oxide may contain LNFC u as a main component. In the present embodiment, the composition P “containing the substance Q as the main component” means that the substance Q accounts for 70% by volume or more, preferably 90% by volume or more, of the whole composition P. .
空気極12におけるペロブスカイト型酸化物の含有量は、0.1体積%以上50体積%以下とすることができる。空気極12におけるペロブスカイト型酸化物の含有量は、0.1体積%以上40体積%以下であることが好ましい。空気極12において、CNTのペロブスカイト型酸化物に対する体積比(CNT体積÷ペロブスカイト型酸化物体積)は、0.002以上400以下とすることができ、0.02以上40以下であることが好ましい。 The content of the perovskite oxide in the air electrode 12 can be 0.1 volume% or more and 50 volume% or less. The content of the perovskite oxide in the air electrode 12 is preferably 0.1% by volume or more and 40% by volume or less. In the air electrode 12, the volume ratio of CNT to perovskite oxide (CNT volume / perovskite oxide volume) can be 0.002 or more and 400 or less, and is preferably 0.02 or more and 40 or less.
空気極12は、微量の有機バインダを含有していてもよい。空気極における有機バインダの含有量は10体積%以下であることが好ましい。有機バインダとしては、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂を用いることができ、特に限定されるものではない。 The air electrode 12 may contain a slight amount of organic binder. The content of the organic binder in the air electrode is preferably 10% by volume or less. As the organic binder, a thermoplastic resin or a thermosetting resin can be used, and it is not particularly limited.
有機バインダの好ましい例としては、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、スチレンブタジエンゴム、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロエチレン共重合体、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、フッ化ビニリデン−クロロトリフルオロエチレン共重合体、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE樹脂)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、フッ化ビニリデン−ペンタフルオロプロピレン共重合体、プロピレン−テトラフルオロエチレン共重合体、エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体(ECTFE)、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−パーフルオロメチルビニルエーテル−テトラフルオロエチレン共重合体、エチレン−アクリル酸共重合体、及びこれらの任意の混合物が挙げられる。 Preferred examples of the organic binder include carboxymethyl cellulose (CMC), polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), styrene butadiene rubber, tetrafluoroethylene-hexafluoroethylene copolymer, tetrafluoro Ethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride-chlorotrifluoroethylene copolymer, Ethylene-tetrafluoroethylene copolymer (ETFE resin), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), vinylidene fluoride-pentafluoropropylene copolymer, Pyrene-tetrafluoroethylene copolymer, ethylene-chlorotrifluoroethylene copolymer (ECTFE), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-tetrafluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-perfluoromethyl vinyl ether-tetrafluoroethylene copolymer Polymers, ethylene-acrylic acid copolymers, and any mixtures thereof may be mentioned.
2.水酸化物イオン伝導性セパレータ14
水酸化物イオン伝導性セパレータ14は、空気極12と負極16の間に配置される。水酸化物イオン伝導性セパレータ14は、空気極12の第1主面12Sと接触する。水酸化物イオン伝導性セパレータ14は、空気極12で生成及び消費される水酸化物イオンを選択的に透過可能な材料で構成される。
2. Hydroxide ion conductive separator 14
The hydroxide ion conductive separator 14 is disposed between the air electrode 12 and the negative electrode 16. The hydroxide ion conductive separator 14 is in contact with the first major surface 12S of the air electrode 12. The hydroxide ion conductive separator 14 is made of a material that can selectively transmit hydroxide ions generated and consumed at the air electrode 12.
水酸化物イオン伝導性セパレータ14は、空気中に含まれる酸素以外の望ましくない物質(二酸化炭素など)や電解液中のアルカリ金属イオンを通さないことが好ましい。このような材料としては、水酸化物イオン伝導性を有する無機固体電解質である緻密質セラミックスが挙げられる。 The hydroxide ion conductive separator 14 is preferably impervious to undesirable substances (such as carbon dioxide) other than oxygen contained in the air and alkali metal ions in the electrolyte. Such materials include dense ceramics which are inorganic solid electrolytes having hydroxide ion conductivity.
水酸化物イオン伝導性を有する無機固体電解質としては、一般式M2+ 1−xM3+ x(OH)2An− x/n・mH2Oで表され、固化法(例えば水熱固化法)によって緻密化されたLDHが好適である。また、水酸化物イオン伝導性を有する無機固体電解質としては、NaCo2O4、LaFe3Sr3O10、Bi4Sr14Fe24O56、NaLaTiO4、RbLaNb2O7、KLaNb2O7、及びSr4Co1.6Ti1.4O8(OH)2・xH2Oの群から選択される少なくとも一種の基本組成を有するものを用いることもできる。 The inorganic solid electrolyte having hydroxide ion conductivity is represented by a general formula M 2 + 1−x M 3+ x (OH) 2 A n− x / n · m H 2 O, and a solidification method (eg, a hydrothermal solidification method) The LDH densified by) is preferred. Moreover, as the inorganic solid electrolyte having hydroxide ion conductivity, NaCo 2 O 4 , LaFe 3 Sr 3 O 10 , Bi 4 Sr 14 Fe 24 O 56 , NaLaTiO 4 , RbLaNb 2 O 7 , KLaNb 2 O 7 , And those having at least one basic composition selected from the group of Sr 4 Co 1.6 Ti 1.4 O 8 (OH) 2 .xH 2 O can also be used.
これらの無機固体電解質は、国際公開第2011/108526号において、燃料電池用の水酸化物イオン伝導性を有する固体電解質として開示されている。水酸化物イオン伝導性セパレータ14として水酸化物イオン伝導性を有する無機固体電解質を用いることによって、炭酸イオンの生成による電解液の劣化を抑制できるとともに、充電時に生成される亜鉛デンドライトが水酸化物イオン伝導性セパレータ14を貫通して正負極間の短絡が生じることを抑制できる。 These inorganic solid electrolytes are disclosed in WO 2011/108526 as solid electrolytes having hydroxide ion conductivity for fuel cells. By using an inorganic solid electrolyte having hydroxide ion conductivity as the hydroxide ion conductive separator 14, it is possible to suppress deterioration of the electrolyte solution due to the formation of carbonate ions, and zinc dendrite generated during charging is a hydroxide. The occurrence of a short circuit between positive and negative electrodes through the ion conductive separator 14 can be suppressed.
水酸化物イオン伝導性セパレータ14は、水酸化物イオン伝導性を有する無機固体電解質を含む粒子群と、これら粒子群の緻密化や硬化を補助する成分との複合体であってもよい。 The hydroxide ion conductive separator 14 may be a composite of a particle group including an inorganic solid electrolyte having hydroxide ion conductivity and a component that assists in densifying or curing the particle group.
また、水酸化物イオン伝導性セパレータ14は、基材としての開気孔性の多孔質体と、この多孔質体の孔を埋めるように孔中に析出及び成長させた無機固体電解質との複合体であってもよい。多孔質体としては、アルミナ、ジルコニア等のセラミックスや、発泡樹脂又は繊維状物質からなる多孔性シート等の絶縁性の物質が挙げられる。 In addition, the hydroxide ion conductive separator 14 is a composite of an open-pored porous body as a substrate and an inorganic solid electrolyte deposited and grown in the pores so as to fill the pores of the porous body. It may be Examples of the porous body include insulating materials such as ceramics such as alumina and zirconia, and porous sheets made of a foamed resin or a fibrous substance.
アルキメデス法で算出される水酸化物イオン伝導性セパレータ14の相対密度は、88%以上であることが好ましく、90%以上であることがより好ましく、94%以上であることがさらに好ましい。 The relative density of the hydroxide ion conductive separator 14 calculated by the Archimedes method is preferably 88% or more, more preferably 90% or more, and still more preferably 94% or more.
水酸化物イオン伝導性セパレータ14の形状は特に限定されるものではなく、緻密な板状又は膜状とすることができる。板状に形成される場合、水酸化物イオン伝導性セパレータの厚みは、0.001〜0.05mmとすることができ、0.001〜0.01mmであることが好ましく、0.001〜0.005mmであることがより好ましい。 The shape of the hydroxide ion conductive separator 14 is not particularly limited, and may be a dense plate or film. When formed in a plate shape, the thickness of the hydroxide ion conductive separator can be 0.001 to 0.05 mm, preferably 0.001 to 0.01 mm, 0.001 to 0. More preferably, it is .005 mm.
水酸化物イオン伝導性セパレータ14の水酸化物イオン伝導度は高ければ高い方が望ましいが、典型的には、1×10−4〜1×10−1S/m(1×10−3〜1mS/cm)より典型的には、1×10−4〜1×10−2S/m(1×10−3〜1×10−1mS/cm)の伝導度を有する。 The higher the hydroxide ion conductivity of the hydroxide ion conductive separator 14 is, the more desirable, but typically, 1 × 10 −4 to 1 × 10 −1 S / m (1 × 10 −3 to The conductivity of 1 × 10 −4 to 1 × 10 −2 S / m (1 × 10 −3 to 1 × 10 −1 mS / cm) is more typical than 1 mS / cm.
3.負極16
負極16は、水酸化物イオン伝導性セパレータ14を挟んで空気極12の反対側に配置される。負極16は、電解液に浸漬される。
3. Negative electrode 16
The negative electrode 16 is disposed on the opposite side of the air electrode 12 across the hydroxide ion conductive separator 14. The negative electrode 16 is immersed in the electrolytic solution.
負極16は、負極活物質として機能する亜鉛又は亜鉛合金を含む。負極16の形状は特に制限されるものではなく、粒子状、板状又はゲル状などにすることができ、反応速度の観点から粒子状又はゲル状が好ましい。粒子状の負極16の粒径は、30〜350μmであることが好ましい。ゲル状の負極16としては、粒径100〜300μmの無汞化亜鉛合金粉、アルカリ電解液及び増粘剤(ゲル化剤)を混合攪拌してゲル状に形成したものが好ましい。 The negative electrode 16 contains zinc or a zinc alloy that functions as a negative electrode active material. The shape of the negative electrode 16 is not particularly limited, and may be in the form of particles, plates or gels, and is preferably in the form of particles or gels from the viewpoint of the reaction rate. The particle diameter of the particulate negative electrode 16 is preferably 30 to 350 μm. The gelled negative electrode 16 is preferably formed into a gel by mixing and stirring a non-boronized zinc alloy powder having a particle diameter of 100 to 300 μm, an alkaline electrolyte and a thickener (gelling agent).
亜鉛合金としては、マグネシウム、アルミニウム、リチウム、ビスマス、インジウム、鉛などとの汞化合金又は無汞化合金が挙げられる。亜鉛合金としては、無水銀かつ鉛無添加の無汞化亜鉛合金が好適であり、アルミニウム、ビスマス、インジウム又はこれらの組合せを含んでいることが好ましい。この亜鉛合金は、50〜1000ppmのビスマスと100〜1000ppmのインジウムと10〜100ppmのアルミニウム及び/又はカルシウムを含んでいることがより好ましく、100〜500ppmのビスマスと300〜700ppmのインジウムと20〜50ppmのアルミニウム及び/又はカルシウムを含んでいることがさらに好ましい。 The zinc alloy may, for example, be a brazed alloy or a brazed alloy with magnesium, aluminum, lithium, bismuth, indium, lead or the like. As the zinc alloy, mercury-free and lead-free, non-boronized zinc alloy is preferable, and it is preferable to contain aluminum, bismuth, indium or a combination thereof. The zinc alloy more preferably contains 50 to 1000 ppm of bismuth, 100 to 1000 ppm of indium and 10 to 100 ppm of aluminum and / or calcium, and 100 to 500 ppm of bismuth and 300 to 700 ppm of indium and 20 to 50 ppm More preferably, it contains aluminum and / or calcium.
負極16は、負極集電体に担持されていてもよい。負極集電体としては、ステンレス鋼、銅及びニッケルなどの金属板、金属メッシュ、カーボンペーパー及び酸化物導電体などが挙げられる。 The negative electrode 16 may be supported by a negative electrode current collector. Examples of the negative electrode current collector include stainless steel, metal plates such as copper and nickel, metal mesh, carbon paper and oxide conductors.
電解液には、亜鉛空気電池に一般的に使用される周知の電解液を用いることができる。電解液としては、水酸化カリウム水溶液、水酸化ナトリウム水溶液などのアルカリ金属水酸化物水溶液、塩化亜鉛や過塩素酸亜鉛を含む水溶液、過塩素酸亜鉛を含む非水系溶媒、亜鉛ビス(トリフルオロメチルスルフォニル)イミドを含む非水系溶媒などが挙げられる。電解液としては、アルカリ金属水酸化物水溶液の1種である水酸化カリウム水溶液が好ましく、水酸化カリウムを3〜50重量%(例えば30〜45重量%)含むことがより好ましい。 As the electrolyte, known electrolytes generally used in zinc-air batteries can be used. As an electrolytic solution, an aqueous solution of an alkali metal hydroxide such as an aqueous solution of potassium hydroxide or aqueous sodium hydroxide, an aqueous solution containing zinc chloride or zinc perchlorate, a non-aqueous solvent containing zinc perchlorate, zinc bis (trifluoromethyl) Nonaqueous solvents containing sulfonyl) imide and the like can be mentioned. As an electrolyte solution, potassium hydroxide aqueous solution which is 1 type of alkali metal hydroxide aqueous solution is preferable, and it is more preferable to contain 3-50 weight% (for example, 30-45 weight%) of potassium hydroxide.
4.正極集電体18
正極集電体18は、空気極12を挟んで水酸化物イオン伝導性セパレータ14の反対側に配置される。正極集電体18は、空気極12の第2主面12Tと接触する。
4. Positive electrode current collector 18
The positive electrode current collector 18 is disposed on the opposite side of the hydroxide ion conductive separator 14 with the air electrode 12 interposed therebetween. The positive electrode current collector 18 is in contact with the second major surface 12T of the air electrode 12.
正極集電体18は、空気極12に空気を供給できるように通気性を有することが好ましい。正極集電体18としては、ステンレス鋼、銅及びニッケルなどの金属板、金属メッシュ、カーボンペーパー及び酸化物導電体などが挙げられる。
5.電池容器20
電池容器20は、空気極12、水酸化物イオン伝導性セパレータ14、電解液に浸漬された負極16及び正極集電体18を収容する。電池容器20は、正極容器22、負極容器24、正極ガスケット26及び負極ガスケット28を有する。
The positive electrode current collector 18 is preferably breathable so that air can be supplied to the air electrode 12. Examples of the positive electrode current collector 18 include stainless steel, metal plates such as copper and nickel, metal mesh, carbon paper, oxide conductors, and the like.
5. Battery container 20
The battery case 20 accommodates the air electrode 12, the hydroxide ion conductive separator 14, the negative electrode 16 immersed in the electrolytic solution, and the positive electrode current collector 18. The battery container 20 has a positive electrode container 22, a negative electrode container 24, a positive electrode gasket 26 and a negative electrode gasket 28.
正極容器22は、空気極12、水酸化物イオン伝導性セパレータ14及び正極集電体18を収容する。正極容器22には、外部空気を通すための空気孔20aが形成されている。負極容器24は、負極16を収容する。 The positive electrode container 22 accommodates the air electrode 12, the hydroxide ion conductive separator 14, and the positive electrode current collector 18. The positive electrode container 22 is formed with an air hole 20 a for passing external air. The negative electrode container 24 accommodates the negative electrode 16.
正極ガスケット26は、正極容器22の内周縁に沿って配置される。負極ガスケット28は、負極容器24の縁に沿って配置される。正極ガスケット26及び負極ガスケット28の材質、形状及び構造は特に制限されないが、ナイロンなどの絶縁性を有する材質で構成されることが好ましい。正極ガスケット26と負極ガスケット28が水酸化物イオン伝導性セパレータ14を挟み込むことによって、正極容器22と負極容器24の内部の密閉性が確保される。 The positive electrode gasket 26 is disposed along the inner peripheral edge of the positive electrode container 22. The negative electrode gasket 28 is disposed along the edge of the negative electrode container 24. The material, shape, and structure of the positive electrode gasket 26 and the negative electrode gasket 28 are not particularly limited, but it is preferable to be made of an insulating material such as nylon. When the positive electrode gasket 26 and the negative electrode gasket 28 sandwich the hydroxide ion conductive separator 14, the inside of the positive electrode container 22 and the negative electrode container 24 is hermetically sealed.
(空気極12の微構造)
次に、空気極12の詳細な微構造について説明する。図2は、図1に示す空気極12の拡大断面図である。図3は、図2の部分拡大図である。
(Fine structure of air electrode 12)
Next, the detailed microstructure of the air electrode 12 will be described. FIG. 2 is an enlarged sectional view of the air electrode 12 shown in FIG. FIG. 3 is a partial enlarged view of FIG.
図2及び図3に示すように、空気極12は、水酸化物イオン伝導性セパレータ14と正極集電体18の間に配置される。空気極12は、複数本のCNT12aと、複数個のLDH粒子12bとを含む。 As shown in FIGS. 2 and 3, the air electrode 12 is disposed between the hydroxide ion conductive separator 14 and the positive electrode current collector 18. The air electrode 12 includes a plurality of CNTs 12 a and a plurality of LDH particles 12 b.
CNT12aの形状は、ひも状である。本実施形態においてCNT12aは、らせん状に巻いた構造を有しているが、直線状であってもよいし屈曲又は湾曲していてもよい。CNT12aの平均長さは、0.1μm以上とすることができるが特に制限されるものではない。CNT12aの平均径は、1.0nm以上とすることができるが特に制限されるものではない。 The shape of the CNTs 12a is a string shape. In the present embodiment, the CNTs 12a have a spirally wound structure, but may be linear or may be bent or curved. The average length of the CNTs 12a can be 0.1 μm or more, but is not particularly limited. The average diameter of the CNTs 12a can be 1.0 nm or more, but is not particularly limited.
複数本のCNT12aは、複数個のLDH12bを全体的に取り囲んでいる。複数本のCNT12aは、複数個のLDH12bに絡み付いていることが好ましい。これによって、空気極12の形状を強固に維持することができる。複数本のCNT12aのうち少なくとも一部のCNT12aは、互いに接触していることが好ましい。これによって、長距離の電子伝導パスが形成される。複数本のCNT12aのうち少なくとも一部のCNT12aは、第1主面12S又は第2主面12Tに垂直な方向(以下、「厚み方向」という。)に連なっていることが好ましい。これによって、厚み方向における空気極12の電子伝導性を向上させることができる。 The plurality of CNTs 12 a entirely surround the plurality of LDHs 12 b. The plurality of CNTs 12a is preferably entangled with the plurality of LDHs 12b. By this, the shape of the air electrode 12 can be firmly maintained. At least some of the plurality of CNTs 12 a are preferably in contact with each other. This creates a long distance electron conduction path. It is preferable that at least a part of the CNTs 12 a among the plurality of CNTs 12 a be continuous in a direction perpendicular to the first major surface 12 S or the second major surface 12 T (hereinafter, referred to as “thickness direction”). By this, the electron conductivity of the air electrode 12 in the thickness direction can be improved.
LDH粒子12bの粒子形状は、板状である。本実施形態においてLDH粒子12bは、楕円板状に形成されているが、円板状や角板状であってもよい。LDH粒子12bの平均粒径は、10μm以下であることが好ましい。LDH粒子12bの平均粒径は、0.01μm以上5μm以下とすることができる。LDH粒子12bの平均粒径は、1μm以下であることが好ましい。LDH粒子12bの平均粒径は、SEM(走査型電子顕微鏡)で粒子形状を観察した際の板状粒子の直径である。 The particle shape of the LDH particles 12 b is plate-like. In the present embodiment, the LDH particles 12 b are formed in an elliptical plate shape, but may be a disk shape or a square plate shape. The average particle size of the LDH particles 12 b is preferably 10 μm or less. The average particle diameter of the LDH particles 12 b can be 0.01 μm or more and 5 μm or less. The average particle diameter of the LDH particles 12 b is preferably 1 μm or less. The average particle diameter of the LDH particles 12 b is the diameter of the plate-like particles when observing the particle shape with a SEM (scanning electron microscope).
LDH粒子12bは、ひも状のCNT12aによって支持されている。LDH粒子12bは、他のLDH粒子12bを介して間接的にCNT12aによって支持されていてもよいが、CNT12aと直接的に接触することによって支持されていることが好ましい。LDH粒子12bは、数本のCNT12aと直接的に接触していてもよい。LDH粒子12bがCNT12aと直接的に接触することによって、CNT12aを通る電子とLDH粒子12bを通る水酸化物イオンとを反応させることができるため、空気極12の触媒反応活性を促進することができる。複数個のLDH粒子12bのうちCNT12aと直接的に接触するLDH粒子12bの個数割合は、特に制限されるものではないが90%以上であることが好ましい。 The LDH particles 12 b are supported by the string-like CNTs 12 a. The LDH particles 12b may be supported by the CNTs 12a indirectly through other LDH particles 12b, but are preferably supported by direct contact with the CNTs 12a. The LDH particles 12b may be in direct contact with several CNTs 12a. Direct contact between the LDH particles 12 b and the CNTs 12 a enables reactions between electrons passing through the CNTs 12 a and hydroxide ions passing through the LDH particles 12 b, thereby promoting the catalytic reaction activity of the air electrode 12. . The number ratio of the LDH particles 12 b in direct contact with the CNTs 12 a among the plurality of LDH particles 12 b is not particularly limited, but is preferably 90% or more.
複数個のLDH粒子12bのうち少なくとも一部のLDH粒子12bは、互いに接触していることが好ましい。これによって、水酸化物イオンの伝導パスを形成することができる。特に、複数個のLDH粒子12bは厚み方向に連なっていることが好ましい。 Preferably, at least some of the plurality of LDH particles 12 b are in contact with each other. By this, the conduction path of hydroxide ion can be formed. In particular, the plurality of LDH particles 12 b are preferably continuous in the thickness direction.
図2及び図3に示すように、空気極12は、複数個のペロブスカイト型酸化物粒子12cを含んでいることが好ましい。ペロブスカイト型酸化物粒子12cは、LNFCu粒子であることが好ましい。 As shown in FIGS. 2 and 3, the air electrode 12 preferably includes a plurality of perovskite-type oxide particles 12 c. The perovskite-type oxide particles 12c are preferably LN FC u particles.
本実施形態においてペロブスカイト型酸化物粒子12cの粒子形状は球状であるが、真球状でなくてもよく複雑かつ不規則な形状であってもよい。ペロブスカイト型酸化物粒子12cの平均粒径は、0.01μm以上10μm以下とすることができる。ペロブスカイト型酸化物粒子12cの平均粒径は、LDH粒子12bの平均粒径より小さいことが好ましい。具体的に、ペロブスカイト型酸化物粒子12cの平均粒径は、0.1μm以下であることが好ましい。ペロブスカイト型酸化物粒子12cの平均粒径は、SEMで粒子形状を観察した際の粒子の直径である。 In the present embodiment, the particle shape of the perovskite-type oxide particles 12 c is spherical, but may not be spherical and may be complicated and irregular. The average particle diameter of the perovskite type oxide particles 12c can be 0.01 μm or more and 10 μm or less. The average particle size of the perovskite-type oxide particles 12c is preferably smaller than the average particle size of the LDH particles 12b. Specifically, the average particle diameter of the perovskite-type oxide particles 12c is preferably 0.1 μm or less. The average particle diameter of the perovskite-type oxide particles 12c is the diameter of the particles when observing the particle shape by SEM.
ペロブスカイト型酸化物粒子12cは、LDH粒子12b上に担持されていることが好ましい。ペロブスカイト型酸化物粒子12cは、板状のLDH粒子12bの2つの主面上に配置されていてもよいし、板状のLDH粒子12bの側面上に配置されていてもよい。ペロブスカイト型酸化物粒子12cは、LDH粒子12bの表面全体を完全には被覆していないことが好ましい。これによって、LDH粒子12bの表面の一部を露出させることができるため、LDH粒子12bどうしの接続やCNT12aとLDH粒子12bとの接続を図ることができる。 The perovskite-type oxide particles 12c are preferably supported on the LDH particles 12b. The perovskite-type oxide particles 12c may be disposed on the two main surfaces of the plate-like LDH particles 12b, or may be disposed on the side surfaces of the plate-like LDH particles 12b. The perovskite-type oxide particles 12c preferably do not completely cover the entire surface of the LDH particles 12b. Since a part of the surface of the LDH particles 12 b can be exposed by this, connection between the LDH particles 12 b and connection between the CNTs 12 a and the LDH particles 12 b can be achieved.
複数個のペロブスカイト型酸化物粒子12cのうち少なくとも一部のペロブスカイト型酸化物粒子12cは、互いに接触していることが好ましい。これによって、短距離の電子伝導パスが形成される。複数個のペロブスカイト型酸化物粒子12cのうち少なくとも一部のペロブスカイト型酸化物粒子12cは、CNT12aと直接的に接触していることが好ましい。これによって、CNT12aによる長距離の電子伝導パスとペロブスカイト型酸化物粒子12cによる短距離の電子伝導パスとを接続することができる。 Preferably, at least some of the plurality of perovskite-type oxide particles 12c are in contact with each other. This forms a short distance electron conduction path. Preferably, at least some of the plurality of perovskite-type oxide particles 12c are in direct contact with the CNTs 12a. As a result, it is possible to connect the long-distance electron conduction path by the CNTs 12a and the short-distance electron conduction path by the perovskite oxide particles 12c.
(亜鉛空気二次電池10の製造方法)
次に、亜鉛空気二次電池10の製造方法について説明する。
1.空気極12の作製
まず、CNT分散液を準備する。CNT分散液は、CNTを溶媒(例えば、水など)に分散させることで作製することができる。CNT分散液におけるCNTの濃度は0.1wt%〜2.0wt%とすることができるが特に制限されない。なお、CNTは凝集しやすい性質を有するため液中に分散し難い。そのため、市販のCNT分散液(例えば、(株)名城カーボン製、製品名SWNT分散液)を用いてもよい。
(Method of manufacturing zinc air secondary battery 10)
Next, a method of manufacturing the zinc-air secondary battery 10 will be described.
1. Preparation of Air Electrode 12 First, a CNT dispersion is prepared. The CNT dispersion can be prepared by dispersing CNTs in a solvent (eg, water etc.). The concentration of CNTs in the CNT dispersion can be 0.1 wt% to 2.0 wt%, but is not particularly limited. In addition, since CNT has the property of being easily aggregated, it is difficult to disperse in liquid. Therefore, a commercially available CNT dispersion (for example, manufactured by Meijo Carbon Co., Ltd., product name SWNT dispersion) may be used.
次に、CNT分散液を加熱して溶媒を揮発させることによってCNT分散液を濃縮する。これによりCNT分散液の粘度を0.1Pa・s以上200Pa・s以下とすることによって、CNT分散液のバインダとしての機能をより有効に発揮させることができる。 Next, the CNT dispersion is concentrated by heating the CNT dispersion to evaporate the solvent. Thus, by setting the viscosity of the CNT dispersion to 0.1 Pa · s or more and 200 Pa · s or less, the function of the CNT dispersion as a binder can be more effectively exhibited.
次に、上述した一般式M2+ 1−xM3+ x(OH)2An− x/n・mH2Oで表されるLDH粉末を準備する。 Next, prepare the LDH powder represented by the general formula M 2+ 1-x M 3+ x (OH) 2 A n- x / n · mH 2 O as described above.
次に、空気極12にペロブスカイト型酸化物を導入する場合には、ペロブスカイト型酸化物粉末を準備する。以下、ペロブスカイト型酸化物粉末としてLNFCu粉末を用いる場合について説明する。まず、水酸化ランタン粉末、酸化ニッケル粉末、酸化銅粉末及び酸化鉄粉末を乾燥(110℃、12時間)させる。次に、La、Ni、Cu及びFeが所望のモル比になるように乾燥させた各粉末を秤量する。次に、秤量した各粉末を水媒体で湿式混合した後に乾燥させた後、篩を通して混合粉体を作製する。次に、混合粉体を蓋付きのアルミナ坩堝に入れて酸素雰囲気中で仮焼(900〜1200℃、12時間)することによって仮焼粉末を作製する。次に、仮焼粉末を粉砕して一軸プレスを行った後、CIP(Cold Isostatic Press)によって成形体を作製する。次に、成形体をアルミナ鞘中に配置して酸素雰囲気中で焼成(900〜1200℃、12時間)することによって焼結体を作製する。次に、焼結体をポットミルで湿式粉砕してLNFCu粉末を作製する。 Next, when a perovskite oxide is introduced into the air electrode 12, a perovskite oxide powder is prepared. Hereinafter, the case of using LNFCu powder as the perovskite-type oxide powder will be described. First, the lanthanum hydroxide powder, nickel oxide powder, copper oxide powder and iron oxide powder are dried (110 ° C., 12 hours). Next, each powder dried to have a desired molar ratio of La, Ni, Cu and Fe is weighed. Next, the weighed respective powders are wet-mixed with an aqueous medium and then dried, and then the mixture is sieved to prepare a mixed powder. Next, the mixed powder is put into an alumina crucible with a lid, and calcined (900 to 1200 ° C., 12 hours) in an oxygen atmosphere to prepare a calcined powder. Next, the calcined powder is crushed and uniaxially pressed, and then a compact is produced by CIP (Cold Isostatic Press). Next, the compact is placed in an alumina sheath and sintered in an oxygen atmosphere (900 to 1200 ° C., 12 hours) to prepare a sintered body. Next, the sintered body is wet-pulverized by a pot mill to prepare LNFCu powder.
次に、濃縮したCNT分散液とLDH粉末それぞれを秤量する。この際、ペロブスカイト型酸化物粉末を準備した場合にはペロブスカイト型酸化物粉末も秤量する。 Next, each of the concentrated CNT dispersion and LDH powder is weighed. At this time, when the perovskite type oxide powder is prepared, the perovskite type oxide powder is also weighed.
次に、秤量したCNT分散液とLDH粉末をメノウ乳鉢に投入した後、メノウ乳鉢をホットスターラで加熱(60〜90℃)しながらCNT分散液とLDH粉末を混合して混合ペースト(空気極材料の一例)を作製する。 Next, the weighed CNT dispersion and LDH powder are charged into an agate mortar, and then the CNT dispersion and LDH powder are mixed while heating the agate mortar with a hot stirrer (60 to 90 ° C.) to prepare a mixed paste (air electrode material An example of
この際、次工程の印刷が可能な粘度になるまで混合ペーストから溶媒を揮発させる。混合ペーストにおけるCNTのLDHに対する体積比(CNT体積÷LDH体積)は0.001以上1以下である。このように、CNT分散液を用いて混合ペーストを作製することによって、粉末状やシート状のCNTを用いる場合に比べて、混合ペーストにおけるCNTの均一混合性を顕著に向上させることができる。その結果、空気極12を全体的に均質化することができる。なお、ペロブスカイト型酸化物粉末を秤量した場合には、CNT分散液及びLDH粉末とともにペロブスカイト型酸化物粉末を混合すればよい。 At this time, the solvent is volatilized from the mixed paste to a viscosity at which printing of the next step is possible. The volume ratio of CNT to LDH (CNT volume / LDH volume) in the mixed paste is 0.001 or more and 1 or less. Thus, by preparing a mixed paste using a CNT dispersion, the uniform mixing properties of the CNTs in the mixed paste can be significantly improved as compared to the case of using powdery or sheet-like CNTs. As a result, the cathode 12 can be generally homogenized. When the perovskite-type oxide powder is weighed, the perovskite-type oxide powder may be mixed with the CNT dispersion and the LDH powder.
次に、正極集電体18(例えば、カーボンペーパーなど)に印刷法によって混合ペーストを印刷した後、大気雰囲気で乾燥(60〜120℃、1時間〜12時間)させる。以上により、空気極12と正極集電体18の積層体が完成する。 Next, the mixed paste is printed on the positive electrode current collector 18 (for example, carbon paper and the like) by a printing method, and then dried (60 to 120 ° C., 1 hour to 12 hours) in the air. Thus, the laminate of the air electrode 12 and the positive electrode current collector 18 is completed.
2.水酸化物イオン伝導性セパレータ14の作製
以下、水酸化物イオン伝導性セパレータ14としてLDHセパレータを作製する場合について説明する。
2. Preparation of Hydroxide Ion Conductive Separator 14 Hereinafter, the case of producing an LDH separator as the hydroxide ion conductive separator 14 will be described.
まず、上述した一般式M2+ 1−xM3+ x(OH)2An− x/n・mH2Oで表されるLDH粉末を準備する。 First, a LDH powder represented by the general formula M 2+ 1-x M 3+ x (OH) 2 A n- x / n · mH 2 O as described above.
次に、LDH粉末を加圧成形(例えば、CIPなど)することによって、相対密度が43〜65%のLDH成形体を作製する。LDH成形体の相対密度は、LDH成形体の寸法及び重量から算出される密度を理論密度で除した値である。相対密度に対する吸着水分の影響を抑えるために、LDH成形体は、相対湿度20%以下のデシケータ内で24時間以上保管したLDH粉末を用いて作製することが好ましい。 Next, an LDH compact having a relative density of 43 to 65% is produced by pressure molding (for example, CIP etc.) of the LDH powder. The relative density of the LDH compact is a value obtained by dividing the density calculated from the size and weight of the LDH compact by the theoretical density. In order to suppress the influence of the adsorbed water on the relative density, it is preferable to prepare an LDH molded body using LDH powder stored for 24 hours or more in a desiccator with a relative humidity of 20% or less.
次に、LDH成形体を焼成(400〜850℃、1時間〜10時間)することによってLDH焼成体を作製する。LDH焼成体の重量はLDH成形体の57%〜65%であることが好ましく、LDH焼成体の体積はLDH成形体の70%〜76%以下であることが好ましい。 Next, the LDH molded body is manufactured by baking (400 to 850 ° C., 1 hour to 10 hours). The weight of the LDH fired body is preferably 57% to 65% of that of the LDH compact, and the volume of the LDH fired body is preferably 70% to 76% or less of that of the LDH compact.
次に、LDH焼成体をn価の陰イオン(An−)を含む水溶液中又は直上に保持し、水熱合成(20〜200℃、1時間〜50時間)によってLDH体へと再生させる。 Next, the LDH fired body is held in the aqueous solution containing n-valent anion (A n− ) or immediately above, and regenerated into an LDH body by hydrothermal synthesis (20 to 200 ° C., 1 hour to 50 hours).
次に、温度300℃以下、湿度25%以上の環境下でLDH体から余剰水分を除去することによって、LDHセパレータが完成する。 Next, the LDH separator is completed by removing excess water from the LDH body under an environment of a temperature of 300 ° C. or less and a humidity of 25% or more.
3.電池容器20の組み上げ
次に、電解液に浸漬した負極16を収容した負極容器24に負極ガスケット28を取り付ける。
3. Next, the negative electrode gasket 28 is attached to the negative electrode container 24 containing the negative electrode 16 immersed in the electrolytic solution.
次に、水酸化物イオン伝導性セパレータ14、空気極12と正極集電体18の積層体及び正極ガスケット26を負極ガスケット28上に順次配置した後、正極ガスケット26が取り付けられた正極容器22を被せる。 Next, the hydroxide ion conductive separator 14, the laminate of the air electrode 12 and the positive electrode current collector 18 and the positive electrode gasket 26 are sequentially disposed on the negative electrode gasket 28, and then the positive electrode container 22 attached with the positive electrode gasket 26 is Cover.
以上により、亜鉛空気二次電池10が完成する。 Thus, the zinc-air secondary battery 10 is completed.
(他の実施形態)
本発明は以上のような実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない範囲で種々の変形又は変更が可能である。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the embodiments as described above, and various modifications or changes can be made without departing from the scope of the present invention.
金属空気電池の一例として亜鉛空気二次電池10について説明したが、本発明に係る空気極12はリチウム空気二次電池など他の金属空気電池にも用いることができる。 Although the zinc-air secondary battery 10 has been described as an example of the metal-air battery, the air electrode 12 according to the present invention can also be used for other metal-air batteries such as a lithium-air secondary battery.
亜鉛空気二次電池10は、空気極12、水酸化物イオン伝導性セパレータ14、電解液に浸漬された負極16、正極集電体18及び容器20を備えることとしたが、少なくとも空気極12と負極16と電解質とを備えていればよい。 The zinc-air secondary battery 10 includes the air electrode 12, the hydroxide ion conductive separator 14, the negative electrode 16 immersed in the electrolytic solution, the positive electrode current collector 18, and the container 20. It is sufficient if the negative electrode 16 and the electrolyte are provided.
亜鉛空気二次電池10の形状は特に制限されるものではなく、例えば、コイン型、ボタン型、シート型、積層型、円筒型、偏平型、角型などにすることができる。 The shape of the zinc-air secondary battery 10 is not particularly limited, and may be, for example, a coin type, a button type, a sheet type, a laminated type, a cylindrical type, a flat type, or a square type.
空気極12は、小型の二次電池だけでなく電気自動車などに用いる大型の二次電池にも適用可能である。 The air electrode 12 is applicable not only to small secondary batteries but also to large secondary batteries used in electric vehicles and the like.
亜鉛空気二次電池10は、充電専用の正極をさらに備えていてもよい。充電専用の正極については、例えば特開2010−176941号公報に記載されている。充電専用の正極を備えることによって、水酸化物イオン伝導性セパレータ14の水酸化物イオン伝導性が低い場合であっても、充電時には充電専用の正極を用いることによって高速充電が可能となる。さらに、充電時における空気極12での酸素の発生が抑えられるため、空気極12の腐食や劣化を抑制することができる。充電専用の正極としては、カーボンや金属チタンメッシュなどが挙げられる。 The zinc-air secondary battery 10 may further include a positive electrode dedicated to charging. About the positive electrode only for charge, it describes, for example in Unexamined-Japanese-Patent No. 2010-176941. By providing the positive electrode for charging, even when the hydroxide ion conductivity of the hydroxide ion conductive separator 14 is low, high speed charging can be performed by using the positive electrode for charging at the time of charging. Furthermore, since the generation of oxygen at the air electrode 12 at the time of charge is suppressed, the corrosion and deterioration of the air electrode 12 can be suppressed. Examples of the positive electrode dedicated to charging include carbon and titanium metal mesh.
以下において本発明に係る金属空気電池の実施例について説明するが、本発明は以下に説明する実施例に限定されるものではない。 Examples of the metal-air battery according to the present invention will be described below, but the present invention is not limited to the examples described below.
(実施例1〜3の作製)
以下のようにして、実施例1〜3に係る金属空気電池を作製した。
(Preparation of Examples 1 to 3)
Metal air batteries according to Examples 1 to 3 were produced as follows.
まず、無機バインダとしてのCNTを水に分散させて、CNT濃度が0.1wt.%のCNT分散液を準備した。 First, CNT as an inorganic binder is dispersed in water, and the concentration of CNT is 0.1 wt. % CNT dispersion was prepared.
次に、CNT分散液を加熱して溶媒を揮発させることによって、CNT分散液の粘度を25Pa・sとした。 Next, the viscosity of the CNT dispersion was adjusted to 25 Pa · s by heating the CNT dispersion to evaporate the solvent.
次に、市販されているMg0.75−Al0.25型のLDH粉末(協和化学工業株式会社製、商品名DHT6)を準備した。 Next, a commercially available Mg 0.75 -Al 0.25- type LDH powder (manufactured by Kyowa Chemical Industry Co., Ltd., trade name DHT6) was prepared.
次に、CNTとLDHの混合比が表1に示す値になるように、濃縮したCNT分散液とLDH粉末を秤量した。 Next, the concentrated CNT dispersion and LDH powder were weighed such that the mixing ratio of CNT and LDH was a value shown in Table 1.
次に、秤量したCNT分散液とLDH粉末をメノウ乳鉢に投入した後、メノウ乳鉢をホットスターラで加熱しながらCNT分散液とLDH粉末を混合して混合ペースト(空気極材料)を作製した。この際、混合ペースト中にCNTを均一に混合できていることを目視にて確認した。なお、表1には示していないが、CNT粉末((株)名城カーボン製、品番EC−P)とLDH粉末を混合して作製した混合体では、CNTどうしが凝集してしまったため均一に混合させることができなかった。同様に、表1には示していないが、CNTシート((株)名城カーボン製、品番EC−P paper)を細かく裁断して用いた混合体では、シートを十分細かく均一に裁断することが困難であったため均一に混合させることができなかった。 Next, the weighed CNT dispersion and LDH powder were charged into an agate mortar, and then the CNT dispersion and LDH powder were mixed while heating the agate mortar with a hot stirrer to produce a mixed paste (air electrode material). At this time, it was visually confirmed that the CNTs were uniformly mixed in the mixed paste. Although not shown in Table 1, in the mixture prepared by mixing the CNT powder (product No. EC-P, manufactured by Meijo Carbon Co., Ltd.) and the LDH powder, the CNTs are aggregated and uniformly mixed. I couldn't let it go. Similarly, although not shown in Table 1, it is difficult to cut the sheet sufficiently finely and uniformly in a mixture obtained by finely cutting a CNT sheet (manufactured by Meijo Carbon Co., Ltd., product number EC-P paper). It was not possible to mix uniformly.
次に、カーボンペーパー上に混合ペーストを印刷した後、大気雰囲気において80℃で乾燥させた。以上により、空気極と正極集電体の積層体が完成した。 Next, the mixed paste was printed on carbon paper and then dried at 80 ° C. in the air. Thus, a laminate of the air electrode and the positive electrode current collector was completed.
次に、セパレータとしてのイオン交換膜((株)アストム製、型番ネオセプタAHA)を準備した。 Next, an ion exchange membrane (manufactured by Astom Co., Ltd., model number Neosepta AHA) as a separator was prepared.
次に、1MのKOH水溶液に含侵されたポリプロピレン不織布を収容した負極容器に負極ガスケットを取り付けて、セパレータ、空気極と正極集電体の積層体及び正極ガスケットを負極ガスケット上に順次配置した後、正極ガスケットが取り付けられた正極容器を被せた。 Next, a negative electrode gasket is attached to a negative electrode container containing a polypropylene non-woven fabric impregnated with 1 M KOH aqueous solution, and a separator, a laminate of an air electrode and a positive electrode current collector and a positive electrode gasket are sequentially disposed on the negative electrode gasket , And a positive electrode container attached with a positive electrode gasket.
(実施例4の作製)
以下のようにして、実施例4に係る金属空気電池を作製した。
(Preparation of Example 4)
A metal-air battery according to Example 4 was produced as follows.
まず、無機バインダとしてのCNTを水に分散させて、CNT濃度が0.1wt.%のCNT分散液を準備した。 First, CNT as an inorganic binder is dispersed in water, and the concentration of CNT is 0.1 wt. % CNT dispersion was prepared.
次に、CNT分散液を加熱して溶媒を揮発させることによって、CNT分散液の粘度を25Pa・sとした。 Next, the viscosity of the CNT dispersion was adjusted to 25 Pa · s by heating the CNT dispersion to evaporate the solvent.
次に、市販されているMg0.75−Al0.25型のLDH粉末(協和化学工業株式会社製、商品名DHT6)を準備した。 Next, a commercially available Mg 0.75 -Al 0.25- type LDH powder (manufactured by Kyowa Chemical Industry Co., Ltd., trade name DHT6) was prepared.
次に、乾燥(110℃、12時間)させた水酸化ランタン粉末、酸化ニッケル粉末、酸化銅粉末及び酸化鉄粉末を組成式LaNi1−x−yCuxFeyO3−δにおいてx=0.2、y=0.05となるように秤量した。次に、秤量した各粉末を水媒体で湿式混合して乾燥させた後、篩を通して混合粉体を作製した。次に、混合粉体を蓋付きのアルミナ坩堝に入れて酸素雰囲気中で仮焼(1100℃、12時間)することによって仮焼粉末を作製した。次に、仮焼粉末を粉砕して一軸プレスで成形体を作製した後、成形体をアルミナ鞘中に配置して酸素雰囲気中で焼成(1100℃、12時間)することによって焼結体を作製した。次に、焼結体をポットミルで湿式粉砕して、ペロブスカイト型酸化物としてのLNFCu粉末を作製した。 Next, the dried (110 ° C., 12 hours) lanthanum hydroxide powder, nickel oxide powder, copper oxide powder and iron oxide powder are subjected to the composition formula LaNi 1-x-y Cu x Fe y O 3-δ , x = 0 .2 Weighed so that y = 0.05. Next, each of the weighed powders was wet-mixed with an aqueous medium and dried, and then a sieve was used to produce a mixed powder. Next, the mixed powder was put into an alumina crucible with a lid, and calcined (1100 ° C., 12 hours) in an oxygen atmosphere to prepare a calcined powder. Next, the calcined powder is pulverized to prepare a compact by a uniaxial press, and then the compact is placed in an alumina sheath and fired in an oxygen atmosphere (1100 ° C., 12 hours) to produce a sintered body. did. Next, the sintered body was wet-pulverized using a pot mill to produce LNFCu powder as a perovskite oxide.
次に、CNTとLDHとLNFCuの混合比が表1に示す値になるように、濃縮したCNT分散液とLDH粉末とLNFCu粉末を秤量した。 Next, the concentrated CNT dispersion, LDH powder, and LNFCu powder were weighed such that the mixing ratio of CNT, LDH, and LNFCu was as shown in Table 1.
次に、秤量したCNT分散液とLDH粉末とLNFCu粉末をメノウ乳鉢に投入した後、メノウ乳鉢をホットスターラで加熱しながらCNT分散液とLDH粉末とLNFCu粉末を混合して混合ペースト(空気極材料)を作製した。この際、混合ペースト中にCNTを均一に混合できていることを目視にて確認した。 Next, the weighed CNT dispersion, LDH powder and LNFCu powder are put into an agate mortar, and then the CNT dispersion, LDH powder and LNFCu powder are mixed while heating the agate mortar with a hot stirrer to obtain a mixed paste (air electrode material ) Was produced. At this time, it was visually confirmed that the CNTs were uniformly mixed in the mixed paste.
次に、カーボンペーパー上に混合ペーストを印刷した後、大気雰囲気において80℃で乾燥させた。以上により、空気極と正極集電体の積層体が完成した。 Next, the mixed paste was printed on carbon paper and then dried at 80 ° C. in the air. Thus, a laminate of the air electrode and the positive electrode current collector was completed.
次に、セパレータとしてのイオン交換膜((株)アストム製、型番ネオセプタAHA)を準備した。 Next, an ion exchange membrane (manufactured by Astom Co., Ltd., model number Neosepta AHA) as a separator was prepared.
次に、1MのKOH水溶液に含侵されたポリプロピレン不織布を収容した負極容器に負極ガスケットを取り付けて、セパレータ、空気極と正極集電体の積層体及び正極ガスケットを負極ガスケット上に順次配置した後、正極ガスケットが取り付けられた正極容器を被せた。 Next, a negative electrode gasket is attached to a negative electrode container containing a polypropylene non-woven fabric impregnated with 1 M KOH aqueous solution, and a separator, a laminate of an air electrode and a positive electrode current collector and a positive electrode gasket are sequentially disposed on the negative electrode gasket , And a positive electrode container attached with a positive electrode gasket.
(実施例5の作製)
以下のようにして、実施例5に係る金属空気電池を作製した。
(Preparation of Example 5)
A metal-air battery according to Example 5 was produced as follows.
まず、実施例1〜3と同様の濃縮したCNT分散液を準備した。 First, the same concentrated CNT dispersion as in Examples 1 to 3 was prepared.
次に、実施例1〜3と同様のLDH粉末を準備した。 Next, the same LDH powder as in Examples 1 to 3 was prepared.
次に、有機バインダとしてのポリテトラフルオロエチレン(PTFE)の分散液(PTFE濃度60wt.%)(エレクトロケム社製、商品名EC−TFE−500ML)を準備した。 Next, a dispersion of polytetrafluoroethylene (PTFE) as an organic binder (PTFE concentration: 60 wt.%) (Manufactured by Electrochem, trade name EC-TFE-500 ML) was prepared.
次に、CNT、LNFCu及びPTFEの混合比が表1に示す値になるように、CNT分散液とLNFCu粉末とPTFE分散液を秤量した。 Next, the CNT dispersion, the LNFCu powder and the PTFE dispersion were weighed such that the mixing ratio of CNT, LNFCu and PTFE was as shown in Table 1.
次に、秤量したCNT分散液とLNFCu粉末とPTFE分散液をメノウ乳鉢に投入した後、メノウ乳鉢をホットスターラで加熱しながらCNT分散液とLNFCu粉末とPTFE分散液を混合して混合ペースト(空気極材料)を作製した。 Next, the weighed CNT dispersion, LNFCu powder and PTFE dispersion are put into an agate mortar, and then the CNT dispersion, LNFCu powder and PTFE dispersion are mixed while heating the agate mortar with a hot stirrer to obtain a mixed paste (air An electrode material was produced.
次に、カーボンペーパー上に混合ペーストを印刷した後、大気雰囲気において80℃で乾燥させた。以上により、空気極と正極集電体の積層体が完成した。 Next, the mixed paste was printed on carbon paper and then dried at 80 ° C. in the air. Thus, a laminate of the air electrode and the positive electrode current collector was completed.
次に、セパレータとしてのイオン交換膜((株)アストム製、型番ネオセプタAHA)を準備した。 Next, an ion exchange membrane (manufactured by Astom Co., Ltd., model number Neosepta AHA) as a separator was prepared.
次に、1MのKOH水溶液に含侵されたポリプロピレン不織布を収容した負極容器に負極ガスケットを取り付けて、セパレータ、空気極と正極集電体の積層体及び正極ガスケットを負極ガスケット上に順次配置した後、正極ガスケットが取り付けられた正極容器を被せた。 Next, a negative electrode gasket is attached to a negative electrode container containing a polypropylene non-woven fabric impregnated with 1 M KOH aqueous solution, and a separator, a laminate of an air electrode and a positive electrode current collector and a positive electrode gasket are sequentially disposed on the negative electrode gasket , And a positive electrode container attached with a positive electrode gasket.
(比較例1の作製)
以下のようにして、比較例1に係る金属空気電池を作製した。
(Production of Comparative Example 1)
A metal-air battery according to Comparative Example 1 was produced as follows.
まず、カーボンブラック(電気化学工業製、品番デンカブラック(粉状))を準備した。 First, carbon black (manufactured by Denki Kagaku Kogyo, product number Denka black (powdery)) was prepared.
次に、実施例1〜3と同様のLDH粉末を準備した。 Next, the same LDH powder as in Examples 1 to 3 was prepared.
次に、有機バインダとしてのPTFEの分散液を準備した。 Next, a dispersion of PTFE as an organic binder was prepared.
次に、カーボンブラック、LNFCu及びPTFEの混合比が表1に示す値になるように、カーボンブラックとLNFCu粉末とPTFE粉末を秤量した。 Next, carbon black, LNFCu powder and PTFE powder were weighed such that the mixing ratio of carbon black, LNFCu and PTFE was as shown in Table 1.
次に、秤量したカーボンブラックとLNFCu粉末とPTFE分散液をメノウ乳鉢に投入した後、メノウ乳鉢をホットスターラで加熱しながらカーボンブラックとLNFCu粉末とPTFE分散液を混合して混合ペースト(空気極材料)を作製した。 Next, the weighed carbon black, LNFCu powder, and PTFE dispersion are introduced into an agate mortar, and then the carbon black, LNFCu powder, and a PTFE dispersion are mixed while heating the agate mortar with a hot stirrer to obtain a mixed paste (air electrode material ) Was produced.
次に、カーボンペーパー上に混合ペーストを印刷した後、大気雰囲気において80℃で乾燥させた。以上により、空気極と正極集電体の積層体が完成した。 Next, the mixed paste was printed on carbon paper and then dried at 80 ° C. in the air. Thus, a laminate of the air electrode and the positive electrode current collector was completed.
次に、セパレータとしてのイオン交換膜((株)アストム製、型番ネオセプタAHA)を準備した。 Next, an ion exchange membrane (manufactured by Astom Co., Ltd., model number Neosepta AHA) as a separator was prepared.
次に、1MのKOH水溶液に含侵されたポリプロピレン不織布を収容した負極容器に負極ガスケットを取り付けて、セパレータ、空気極と正極集電体の積層体及び正極ガスケットを負極ガスケット上に順次配置した後、正極ガスケットが取り付けられた正極容器を被せた。 Next, a negative electrode gasket is attached to a negative electrode container containing a polypropylene non-woven fabric impregnated with 1 M KOH aqueous solution, and a separator, a laminate of an air electrode and a positive electrode current collector and a positive electrode gasket are sequentially disposed on the negative electrode gasket , And a positive electrode container attached with a positive electrode gasket.
(SEMによる観察)
実施例1〜5の空気極の断面をSEMで観察することによって、空気極の微構造を観察した。図5は、実施例4の空気極断面のSEM二次電子像である。図6は、実施例4の空気極断面のSEM反射電子像である。SEMには日本電子株式会社のJSM−6610LVを用い、加速電圧20kVとした。
(Observation by SEM)
The microstructure of the air electrode was observed by observing the cross section of the air electrode of Examples 1 to 5 with an SEM. FIG. 5 is a SEM secondary electron image of the cross section of the air electrode of Example 4. FIG. 6 is a SEM reflection electron image of the cross section of the air electrode of Example 4. As an SEM, JSM-6610 LV manufactured by JEOL Ltd. was used, and the acceleration voltage was 20 kV.
図5に示すように、複数本のCNTが複数個のLDHを全体的に取り囲んでおり、バインダとして機能している様子を観察することができた。複数本のCNTが互いに接触することによって、長距離の電子伝導パスが形成されていた。複数本のCNTは、複数個のLDHに絡み付いているに絡み付いていた。複数個のLDHそれぞれは板状であった。複数個のLDHそれぞれの表面の一部は露出していた。 As shown in FIG. 5, it was possible to observe that the plurality of CNTs totally surrounded the plurality of LDHs and functioning as a binder. A long distance electron conduction path was formed by the plurality of CNTs contacting each other. A plurality of CNTs were entangled in entwining with a plurality of LDHs. Each of the plurality of LDHs was plate-shaped. A portion of the surface of each of the plurality of LDHs was exposed.
また、図6に示すように、複数個のLNFCu粒子の平均粒径は、複数個のLDHの平均粒径より小さかった。LNFCu粒子は、LDH上に担持されていた。LNFCu粒子どうしが互いに接触することによって、短距離の電子伝導パスが形成されていた。LNFCu粒子がCNTと直接接触することによって、CNTによる長距離の電子伝導パスとLNFCu粒子による短距離の電子伝導パスとが接続されていた。 Further, as shown in FIG. 6, the average particle size of the plurality of LNFC u particles was smaller than the average particle size of the plurality of LDHs. LNFC u particles were supported on LDH. A short distance electron conduction path was formed by contact between LNFC u particles. By direct contact of the LNFC u particles with the CNTs, the long distance electron conduction path by the CNTs was connected to the short distance electron conduction path by the LNFC u particles.
(空気極の過電圧の評価)
図4は、空気極の過電圧の測定方法を説明するための模式図である。
(Evaluation of overvoltage of air electrode)
FIG. 4 is a schematic view for explaining the method of measuring the overvoltage of the air electrode.
まず、参照極としてのPtワイヤを電解液に挿入し、電解液を挟んで空気極の反対側に対極としてのZn板を配置し、作用極を空気極とした。 First, a Pt wire as a reference electrode was inserted into the electrolyte, and a Zn plate as a counter electrode was disposed on the opposite side of the air electrode with the electrolyte interposed, and the working electrode was used as an air electrode.
次に、開回路状態から電流密度100mA/cm2の電流を流し、10分後の参照極に対する対極の充放電電圧を記録した。 Next, a current having a current density of 100 mA / cm 2 was applied from the open circuit state, and after 10 minutes, the charge / discharge voltage of the counter electrode to the reference electrode was recorded.
次に、開回路状態に戻してから10分後の参照極に対する対極の開回路電圧を測定した。 Next, the open circuit voltage of the counter electrode to the reference electrode was measured 10 minutes after returning to the open circuit state.
そして、充放電電圧それぞれと開回路電圧の差を過電圧(V)として算出した。算出結果を表1にまとめて示す。表1では、1.0(V)未満の過電圧をA(優)、1.0(V)以上1.5(V)未満の過電圧をB(良)、1.5(V)以上2.0(V)未満の過電圧をC(可)、2.0(V)以上の過電圧をD(不可)と評価した。 Then, the difference between each of the charge and discharge voltages and the open circuit voltage was calculated as an overvoltage (V). The calculation results are summarized in Table 1 below. In Table 1, an overvoltage of less than 1.0 (V) is A (excellent), an overvoltage of 1.0 (V) or more and less than 1.5 (V) is B (good), 1.5 (V) or more. An overvoltage of less than 0 (V) was evaluated as C (acceptable), and an overvoltage of 2.0 (V) or more was evaluated as D (impossible).
表1に示されるように、実施例1〜5では、比較例1に比べて充放電時における過電圧を低減させることができた。これは、有機バインダの代わりに無機バインダであるCNTを用いることによって、空気極の特性(水酸化物イオン伝導性、電子伝導性及び触媒反応活性)を向上させることができたためである。 As shown in Table 1, in Examples 1 to 5, the overvoltage during charge and discharge was able to be reduced compared to Comparative Example 1. This is because the characteristics (hydroxide ion conductivity, electron conductivity, and catalytic reaction activity) of the air electrode can be improved by using the inorganic binder CNT instead of the organic binder.
表1に示されるように、実施例2,4では、実施例1,3に比べて充放電時における過電圧をより低減させることができた。このことから、空気極におけるCNTの含有量は5体積%以下が好ましいことが分かった。 As shown in Table 1, in Examples 2 and 4, the overvoltage during charge and discharge was able to be reduced more than in Examples 1 and 3. From this, it was found that the content of CNT in the air electrode is preferably 5% by volume or less.
表1に示されるように、実施例4では、実施例2に比べて充放電時における過電圧をさらに低減させることができた。このことから、ペロブスカイト型酸化物としてペロブスカイト型酸化物(LNFCu)の導入が有効であることが分かった。 As shown in Table 1, Example 4 was able to further reduce the overvoltage during charge and discharge as compared to Example 2. From this, it was found that introduction of a perovskite oxide (LNFCu) as a perovskite oxide is effective.
10 亜鉛空気二次電池
12 空気極
14 水酸化物イオン伝導性セパレータ
16 負極
18 正極集電体
20 容器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 zinc air secondary battery 12 air pole 14 hydroxide ion conductive separator 16 negative electrode 18 positive electrode collector 20 container
Claims (15)
電子伝導性を有するカーボンナノチューブと、
水酸化物イオン伝導性を有する層状複水酸化物と、
一般式ABO 3−δ (δ≦0.4)で表されるペロブスカイト型酸化物と、
を含む空気極。 An air electrode used for a metal-air battery,
Carbon nanotubes having electron conductivity,
Layered double hydroxides having hydroxide ion conductivity,
Perovskite-type oxides represented by the general formula ABO 3-δ (δ ≦ 0.4),
Including the air electrode.
請求項1に記載の空気極。 The carbon nanotube functions as a binder,
The air electrode according to claim 1.
前記層状複水酸化物の含有率は、60体積%以上である、
請求項1又は2に記載の空気極。 The content of the carbon nanotube is 40% by volume or less,
The content of the layered double hydroxide is 60% by volume or more.
The air electrode according to claim 1 or 2.
前記層状複水酸化物の含有率は、99.9体積%以下である、請求項1乃至3のいずれかに記載の空気極。 The content of the carbon nanotube is 0.1% by volume or more,
The air electrode according to any one of claims 1 to 3, wherein a content ratio of the layered double hydroxide is 99.9 volume% or less.
請求項1乃至4のいずれかに記載の空気極。 The layered double hydroxide is plate-like,
The air electrode according to any one of claims 1 to 4.
請求項1に記載の空気極。 The perovskite oxide has electron conductivity,
The air electrode according to claim 1 .
請求項1乃至6のいずれかに記載の空気極。 The perovskite oxide contains at least La at the A site and at least Ni, Fe and Cu at the B site,
The air electrode according to any one of claims 1 to 6 .
請求項1乃至7のいずれかに記載の空気極。 The volume ratio of the perovskite oxide to the layered double hydroxide is 0.1% by volume or more and 40% by volume or less.
The air electrode according to any one of claims 1 to 7 .
負極と、
前記空気極と前記負極の間に配置される電解質と、
を備える金属空気電池。 An air electrode according to any one of claims 1 to 8 ,
A negative electrode,
An electrolyte disposed between the air electrode and the negative electrode;
Metal-air battery comprising.
請求項9に記載の金属空気電池。 The electrolyte is an inorganic solid electrolyte having hydroxide ion conductivity.
The metal air battery according to claim 9 .
電子伝導性を有するカーボンナノチューブと、
水酸化物イオン伝導性を有する層状複水酸化物と、
一般式ABO 3−δ (δ≦0.4)で表されるペロブスカイト型酸化物と、
を含む空気極材料。 An air electrode material used for a metal-air battery,
Carbon nanotubes having electron conductivity,
Layered double hydroxides having hydroxide ion conductivity,
Perovskite-type oxides represented by the general formula ABO 3-δ (δ ≦ 0.4),
Including cathode material.
カーボンナノチューブを溶媒に分散させたカーボンナノチューブ分散液を秤量する工程と、
水酸化物イオン伝導性を有する層状複水酸化物を秤量する工程と、
秤量した前記カーボンナノチューブ分散液と秤量した前記層状複水酸化物とを混合する工程と、
を備える空気極材料の製造方法。 A method of manufacturing an air electrode material used for a metal-air battery, comprising:
Weighing a carbon nanotube dispersion liquid in which carbon nanotubes are dispersed in a solvent;
Weighing the layered double hydroxide having hydroxide ion conductivity;
Mixing the weighed carbon nanotube dispersion and the weighed layered double hydroxide;
A method of manufacturing an air electrode material comprising:
請求項12に記載の空気極材料の製造方法。 The volume ratio of the carbon nanotubes to the layered double hydroxide (carbon nanotube volume ÷ layered double hydroxide volume) is 0.001 or more and 1 or less.
A method of manufacturing the cathode material according to claim 12 .
前記カーボンナノチューブ分散液と前記層状複水酸化物とを混合する工程において、秤量した前記ペロブスカイト型酸化物を混合する、
請求項12又は13に記載の空気極材料の製造方法。 The method further comprises the step of weighing the perovskite type oxide,
Mixing the weighed perovskite-type oxides in the step of mixing the carbon nanotube dispersion and the layered double hydroxide;
A method of manufacturing an air electrode material according to claim 12 or 13 .
請求項12乃至14のいずれかに記載の空気極材料の製造方法。 The viscosity of the carbon nanotube dispersion is 0.1 Pa · s or more and 200 Pa · s or less.
A method of manufacturing the cathode material according to any one of claims 12 to 14 .
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