JP2013062135A

JP2013062135A - Air cell

Info

Publication number: JP2013062135A
Application number: JP2011199685A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Shirasawa; 淳白澤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-09-13
Filing date: 2011-09-13
Publication date: 2013-04-04
Anticipated expiration: 2031-09-13
Also published as: JP5609829B2

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laminated air cell in which a small amount of electrolyte that has flown out from an electrolyte layer can be prevented from sneaking to a negative electrode collector, in an outer package.SOLUTION: The laminated air cell comprises: an electrode assembly laminating a positive electrode layer, a negative electrode layer, and an electrolyte layer including an insulating support interposed between the positive electrode layer and the negative electrode layer and containing an electrolyte; and an outer package housing the electrode assembly and consisting of an outer packaging film binding the positive electrode layer and the negative electrode layer included in the electrode assembly in the lamination direction of the electrolyte layer. At least a part of the side edge of the negative electrode layer is extended farther than the side edge of the electrolyte layer in the in-plane direction.

Description

本発明は、ラミネート型空気電池に関する。 The present invention relates to a laminate type air battery.

近年携帯用電子機器の小型化は急速に進んでおり、その電源も高エネルギー密度化が要求されている。正極活物質に空気中の酸素を用いる空気電池は、現在、広く使用されているリチウム二次電池と比較して高容量で、次世代電源として有望である。空気電池としては、例えば、リチウム空気電池、マグネシウム空気電池、亜鉛空気電池等が知られている。 In recent years, miniaturization of portable electronic devices has been progressing rapidly, and the power source is also required to have a high energy density. An air battery using oxygen in the air as a positive electrode active material has a higher capacity than a lithium secondary battery that is currently widely used, and is promising as a next-generation power source. As an air battery, for example, a lithium air battery, a magnesium air battery, a zinc air battery, and the like are known.

しかしながら空気電池には、電解液の漏液の問題があり、近年、電解液の漏液防止のために様々な対策が施されている。例えば、特許文献１では、イオン液体、無機微粒子および電解質塩を含有してなる電解質層を用いて、電解液を疑似固体化することによって、電解液の漏液を防止している。空気電池の外装体外部への電解液の漏液は従来の提案により解決できるが、空気電池の外装体内部において、電解質層から少量の電解液が流出し、負極集電体に回り込んで負極層と負極集電体の間の短絡を発生させて、自己放電による著しい容量低下を招くという問題がある。 However, air batteries have a problem of electrolyte leakage, and various measures have been taken in recent years to prevent electrolyte leakage. For example, in patent document 1, the electrolyte solution is prevented from leaking by quasi-solidifying the electrolyte solution using an electrolyte layer containing an ionic liquid, inorganic fine particles, and an electrolyte salt. The leakage of the electrolyte outside the outer casing of the air battery can be solved by a conventional proposal, but inside the outer casing of the air battery, a small amount of the electrolyte flows out from the electrolyte layer and wraps around the negative electrode current collector. There is a problem in that a short circuit occurs between the layer and the negative electrode current collector, causing a significant capacity reduction due to self-discharge.

特開２００８−０６６２０２号公報JP 2008-0666202 A

ラミネート型空気電池は、他の形状の空気電池と比較して、その構造上、構成部品・製造条件等の自由度が高いため、外装体内部において、電解質層から流出した少量の電解液の負極集電体への回り込みが起こりやすい。 Laminate type air batteries have a higher degree of freedom in terms of their structural components and manufacturing conditions compared to other shapes of air batteries, so a small amount of electrolyte negative electrode that flows out of the electrolyte layer inside the exterior body It tends to occur around the current collector.

本発明は、上記実情を鑑み成し遂げられたものであり、外装体内部において、電解質層から流出した少量の電解液の負極集電体への回り込みを抑制することができるラミネート型空気電池を提供することを目的とする。 The present invention has been accomplished in view of the above circumstances, and provides a laminate type air battery capable of suppressing a small amount of electrolyte flowing out from an electrolyte layer from flowing into a negative electrode current collector inside an exterior body. For the purpose.

本発明においては、正極層、負極層、及び前記正極層と前記負極層との間に配置され電解液を含有させた絶縁性支持体を備える電解質層を積層した電極接合体と、前記電極接合体を収容し、当該電極接合体に含まれる正負極層及び電解質層の積層方向に拘束する外装用フィルムからなる外装体を備え、前記電解質層の辺縁部よりも前記負極層の辺縁部の少なくとも一部が面内方向に延長されていることを特徴とする、ラミネート型空気電池を提供する。
本発明において、前記面内方向における前記電解質層に向かい合う前記負極層の面積が、前記負極層に向かい合う前記電解質層の面積より５％以上大きいことが好ましい。
従来の空気電池は、正極層、負極層、及び前記正極層と前記負極層との間に配置され電解液を含有させた絶縁性支持体を備える電解質層を積層した電極接合体を含む単セルと、当該単セルを正負極層及び電解質層の積層方向に拘束する外装体とを備え、負極層の辺縁部よりも電解質層の辺縁部が面内方向に延長されている。すなわち、単セルを真下から見た時に、電解質層の辺縁部が、負極層の辺縁部からはみ出ている。
従来の負極層の辺縁部よりも電解質層の辺縁部が面内方向に延長されている空気電池では、電解質層から流出した電解液が負極集電体へ回り込むまでの距離が短いため、外装体内部における、電解質層から流出した少量の電解液の負極集電体への回り込みを防ぐことができない。
本発明の空気電池は、負極層の辺縁部を電解質層の辺縁部よりも面内方向に延長することによって、電解質層から流出した電解液が負極集電体へ回り込むまでの距離が長くなるため、外装体内部における、電解質層から流出した少量の電解液の負極集電体への回り込みを抑制することができる。 In the present invention, an electrode assembly in which an electrolyte layer including a positive electrode layer, a negative electrode layer, and an insulating support that is disposed between the positive electrode layer and the negative electrode layer is provided, and the electrode joint A negative electrode layer rather than a marginal portion of the electrolyte layer, the outer layer comprising an exterior film that holds the body and restrains the positive and negative electrode layers and the electrolyte layer included in the electrode assembly in the stacking direction. A laminated air battery is provided in which at least a part of the battery is extended in the in-plane direction.
In the present invention, the area of the negative electrode layer facing the electrolyte layer in the in-plane direction is preferably 5% or more larger than the area of the electrolyte layer facing the negative electrode layer.
A conventional air battery includes a positive electrode layer, a negative electrode layer, and a single cell including an electrode assembly in which an electrolyte layer including an insulating support that is disposed between the positive electrode layer and the negative electrode layer is provided. And an exterior body that restrains the single cell in the stacking direction of the positive and negative electrode layers and the electrolyte layer, and the edge of the electrolyte layer extends in the in-plane direction from the edge of the negative electrode layer. That is, when the single cell is viewed from directly below, the edge portion of the electrolyte layer protrudes from the edge portion of the negative electrode layer.
In the air battery in which the edge of the electrolyte layer is extended in the in-plane direction than the edge of the conventional negative electrode layer, the distance until the electrolyte flowing out from the electrolyte layer wraps around the negative electrode current collector is short, It is impossible to prevent a small amount of the electrolyte flowing out from the electrolyte layer from entering the negative electrode current collector inside the exterior body.
The air battery of the present invention has a longer distance until the electrolyte flowing out from the electrolyte layer wraps around the negative electrode current collector by extending the edge of the negative electrode layer in the in-plane direction than the edge of the electrolyte layer. Therefore, it is possible to suppress a small amount of the electrolyte flowing out from the electrolyte layer from entering the negative electrode current collector inside the exterior body.

本発明によれば、外装体内部における、電解質層から流出した少量の電解液の負極集電体への回り込みを抑制することができるラミネート型空気電池を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the lamination type air battery which can suppress the wraparound to the negative electrode collector of the small amount of electrolyte solution which flowed out from the electrolyte layer inside an exterior body can be provided.

本発明の空気電池を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the air battery of this invention. 本発明の空気電池を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the air battery of this invention. 本発明の空気電池を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the air battery of this invention. 本発明の空気電池を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the air battery of this invention.

本発明は、正極層、負極層、及び前記正極層と前記負極層との間に配置され電解液を含有させた絶縁性支持体を備える電解質層を積層した電極接合体と、前記電極接合体を収容し、当該電極接合体に含まれる正負極層及び電解質層の積層方向に拘束する外装用フィルムからなる外装体を備え、前記電解質層の辺縁部よりも前記負極層の辺縁部の少なくとも一部が面内方向に延長されていることを特徴とする、ラミネート型空気電池を提供する。
以下、本発明の構成及び実施態様について詳しく説明する。なお本発明は、図面及び実施例などにより詳しく説明されるが、本発明はこれら図面及び実施例に限定されない。 The present invention provides an electrode assembly in which an electrolyte layer including a positive electrode layer, a negative electrode layer, and an insulating support that is disposed between the positive electrode layer and the negative electrode layer and contains an electrolytic solution, and the electrode assembly And an exterior body made of an exterior film that is constrained in the stacking direction of the positive and negative electrode layers and the electrolyte layer included in the electrode assembly, and the edge portion of the negative electrode layer is closer than the edge portion of the electrolyte layer. A laminate type air battery is provided, wherein at least a part thereof is extended in an in-plane direction.
Hereinafter, the configuration and embodiments of the present invention will be described in detail. Although the present invention will be described in detail with reference to the drawings and examples, the present invention is not limited to these drawings and examples.

図１は、本発明の空気電池の一例（符号１０１）を示す概略図である。図１に示される空気電池１０１は、電極接合体１０を含む単セルが外装用フィルムからなる外装体２に収容された基本構成を有する。
電極接合体１０は、少なくとも正極層５を含む正極と、少なくとも負極層４を含む負極、及び前記正極と前記負極との間に配置され電解液を含有させた絶縁性支持体を備える電解質層７を積層した、積層構造を有している。正極は通常、正極集電体６を有しており、これが正極層５に接続して正極の集電を行う。負極は通常、負極集電体３を有しており、これが負極層４に接続して負極の集電を行う。このような電極接合体１０が、外装体２によって正極層５、電解質層７及び負極層４が積層された方向に加圧拘束された状態で収容されている。
正極集電体６及び負極集電体３には、それぞれ正極端子８及び負極端子９の一端が接続されており、正極端子８及び負極端子９の他端は、それぞれ外装体２外部へ延出されている。外装体２の周縁は、シール部１１で封止されている。外装体２には、正極層５へ空気を供給するための空気孔１が設けられている。
空気電池１０１の負極層４の辺縁部は、電解質層７の辺縁部よりも面内方向に延長されている。 FIG. 1 is a schematic view showing an example (reference numeral 101) of the air battery of the present invention. An air battery 101 shown in FIG. 1 has a basic configuration in which a single cell including an electrode assembly 10 is accommodated in an exterior body 2 made of an exterior film.
The electrode assembly 10 includes an electrolyte layer 7 including a positive electrode including at least the positive electrode layer 5, a negative electrode including at least the negative electrode layer 4, and an insulating support disposed between the positive electrode and the negative electrode and containing an electrolytic solution. Have a laminated structure. The positive electrode usually has a positive electrode current collector 6, which is connected to the positive electrode layer 5 to collect the positive electrode. The negative electrode usually has a negative electrode current collector 3, which is connected to the negative electrode layer 4 to collect the negative electrode. Such an electrode assembly 10 is accommodated in a state where the outer body 2 is pressed and restrained in the direction in which the positive electrode layer 5, the electrolyte layer 7, and the negative electrode layer 4 are laminated.
One end of a positive electrode terminal 8 and a negative electrode terminal 9 is connected to the positive electrode current collector 6 and the negative electrode current collector 3, respectively, and the other end of each of the positive electrode terminal 8 and the negative electrode terminal 9 extends to the outside of the exterior body 2. Has been. The periphery of the exterior body 2 is sealed with a seal portion 11. The exterior body 2 is provided with an air hole 1 for supplying air to the positive electrode layer 5.
The edge part of the negative electrode layer 4 of the air battery 101 is extended in the in-plane direction from the edge part of the electrolyte layer 7.

図２は、電極接合体１０ａを含む単セル、１０ｂを含む単セル、１０ｃを含む単セルの合計３つの単セルが、正極層、電解質層及び負極層が積層された方向に積層され、かつ、直列に接続された組電池形式の空気電池の一例（符号１０２）を示す概略図である。隣接する異なる単セルの間、すなわち電極接合体１０ａと１０ｂの間、及び、電極接合体１０ｂと１０ｃの間には、絶縁体（セパレータ）１２が設置される。また、隣接する異なる電極接合体に属する正極集電体と負極集電体、すなわち電極接合体１０ａの負極集電体と電極接合体１０ｂの正極集電体、及び、電極接合体１０ｂの負極集電体と電極接合体１０ｃの正極集電体は、配線１３で繋がれている。直列接続の末端にある正極集電体と負極集電体は、それぞれ端子に接続して外装体２外部へ延出されている。外装体２の周縁は、シール部１１で封止されている。
空気電池１０２の負極層の辺縁部も上記図１の例と同様に、電解質層の辺縁部よりも面内方向に延長されている。 FIG. 2 shows that a single cell including the electrode assembly 10a, a single cell including 10b, and a single cell including 10c are stacked in a direction in which the positive electrode layer, the electrolyte layer, and the negative electrode layer are stacked, and It is the schematic which shows an example (code | symbol 102) of the air battery of the assembled battery type connected in series. An insulator (separator) 12 is installed between different adjacent single cells, that is, between the electrode assemblies 10a and 10b and between the electrode assemblies 10b and 10c. Further, a positive electrode current collector and a negative electrode current collector belonging to different adjacent electrode assemblies, that is, a negative electrode current collector of the electrode assembly 10a and a positive electrode current collector of the electrode assembly 10b, and a negative electrode current collector of the electrode assembly 10b. The positive electrode current collector of the electric body and the electrode assembly 10 c is connected by the wiring 13. The positive electrode current collector and the negative electrode current collector at the end of the series connection are respectively connected to terminals and extended to the exterior of the exterior body 2. The periphery of the exterior body 2 is sealed with a seal portion 11.
The edge portion of the negative electrode layer of the air battery 102 is also extended in the in-plane direction from the edge portion of the electrolyte layer, as in the example of FIG.

図３は、電極接合体１０ａを含む単セル及び１０ｂを含む単セルが平面方向に配列し、直列接続した空気電池の一例（符号１０３）を示す概略図である。隣接する異なる電極接合体に属する正極集電体と負極集電体、すなわち電極接合体１０ａの負極集電体と電極接合体１０ｂの正極集電体は、配線１３で繋がれている。直列接続の末端にある正極集電体と負極集電体は、それぞれ端子に接続して外装体２外部へ延出されている。外装体２の周縁は、シール部１１で封止されている。
空気電池１０３の負極層の辺縁部も上記図１の例と同様に、電解質層の辺縁部よりも面内方向に延長されている。 FIG. 3 is a schematic view showing an example (reference numeral 103) of an air battery in which unit cells including the electrode assembly 10a and unit cells including 10b are arranged in a plane direction and connected in series. The positive electrode current collector and the negative electrode current collector belonging to different adjacent electrode assemblies, that is, the negative electrode current collector of the electrode assembly 10 a and the positive electrode current collector of the electrode assembly 10 b are connected by the wiring 13. The positive electrode current collector and the negative electrode current collector at the end of the series connection are respectively connected to terminals and extended to the exterior of the exterior body 2. The periphery of the exterior body 2 is sealed with a seal portion 11.
The edge part of the negative electrode layer of the air battery 103 is also extended in an in-plane direction rather than the edge part of the electrolyte layer similarly to the example of FIG.

図４は、巻回した電極接合体１０を含む単セルである巻回体１４が、外装体２に収容された空気電池の一例（符号１０４）を示す概略図である。図４において、符号１０４ａは、空気電池１０４を電極接合体１０の巻回軸に対して垂直で、かつ、負極端子９を通過する切断面（Ａ−Ａ断面）であり、符号１０４ｂは、空気電池１０４の上面図であり、符号１０４ｃは、電極接合体１０の積層方向を示すために巻回体の断面の一部を拡大した図である。巻回体１４の最外周部に位置する正極集電体と負極集電体の末端は、それぞれ端子に接続して外装体２外部へ延出されている。外装体２の周縁は、シール部１１で封止されている。
空気電池１０４の負極層の辺縁部も上記図１の例と同様に、電解質層の辺縁部よりも面内方向に延長されている。 FIG. 4 is a schematic view showing an example (reference numeral 104) of an air battery in which a wound body 14 which is a single cell including a wound electrode assembly 10 is accommodated in the exterior body 2. In FIG. 4, reference numeral 104 a is a cut surface (A-A cross section) that passes the air battery 104 perpendicular to the winding axis of the electrode assembly 10 and passes through the negative electrode terminal 9, and reference numeral 104 b indicates air. It is a top view of the battery 104, and the code | symbol 104c is the figure which expanded a part of cross section of a wound body, in order to show the lamination direction of the electrode assembly 10. FIG. The ends of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector located on the outermost peripheral portion of the wound body 14 are connected to terminals and extended to the outside of the outer package 2. The periphery of the exterior body 2 is sealed with a seal portion 11.
The edge part of the negative electrode layer of the air battery 104 is also extended in an in-plane direction rather than the edge part of the electrolyte layer similarly to the example of FIG.

以下、本発明の空気電池の材料について説明する。 Hereinafter, the material of the air battery of the present invention will be described.

（外装体）
本発明のラミネート型空気電池のラミネート型とは、外装用フィルムである上面側フィルムと下面側フィルムの間に電極接合体を含む単セルを挟み込み、封止することをいう。
外装用フィルムからなる外装体の封止方法は、特に限定されず、例えば、上面側フィルムと下面側フィルムの間に電極接合体を含む単セルを挟み、周縁部を熱溶着もしくは接着剤を用いた接着によって封止する方法が挙げられる。
なお、外装体はラミネート型でなくても、電極接合体を拘束するものであれば、既存の各種外装体を用いることができる。外装体としては、例えば、角型の缶やコイン型の缶を挙げることができる。 (Exterior body)
The laminate type of the laminate type air battery of the present invention means that a single cell including an electrode assembly is sandwiched and sealed between an upper surface side film and a lower surface side film which are exterior films.
The sealing method of the exterior body made of the exterior film is not particularly limited. For example, a single cell including an electrode assembly is sandwiched between the upper surface side film and the lower surface side film, and the peripheral portion is thermally welded or an adhesive is used. There is a method of sealing by adhesion.
In addition, even if an exterior body is not a laminate type, as long as it restrains an electrode assembly, the existing various exterior bodies can be used. Examples of the exterior body include a square can and a coin can.

外装用フィルムからなる外装体としては、（ａ）気密性を有するものであって、（ｂ）電解液を透過させないで電気絶縁性を示し、電解液と反応しない化学抵抗性のあるものであって、（ｃ）封止後に単セルに対して拘束力を有するもの、であることが好ましい。 The exterior body made of the exterior film has (a) airtightness, (b) electrical insulation without permeating the electrolytic solution, and chemical resistance that does not react with the electrolytic solution. (C) It is preferable to have a binding force for the single cell after sealing.

外装用フィルムは、金属層、または、合成樹脂層のみの単層フィルムであってもよいし、金属層と合成樹脂層を含むラミネートフィルムであってもよいが、外装体の強度の観点から、少なくとも最上層、中間層、最下層の３層から構成されることが好ましい。最上層と最下層は少なくとも（ｂ）の性質を有し、好ましくは（ａ）〜（ｃ）の性質を有する合成樹脂層からなる。中間層は（ａ）及び（ｃ）の性質を有する金属層からなる。前記合成樹脂層は、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン、ポリエステルなどの熱可塑性樹脂から形成することができる。合成樹脂層の厚みは、２５〜４００μｍの間が好ましく、５０〜２００μｍの間がより好ましい。
前記中間層に使用される金属層としては、例えば、鉄、ステンレス、アルミニウム等から形成することができる。前記金属層は、重量、柔軟性等の観点から、アルミニウムがより好ましい。金属層の厚みは、１０〜１５０μｍの間が好ましく、２５〜７５μｍの間がより好ましい。
中間層は、（ａ）〜（ｃ）の性質のバランスを考慮して金属層を含む多層構造にすることができる。例えば、ガラス、合成樹脂、セラミックス、金属等を組み合わせて使用し、（ａ）〜（ｃ）の性質のバランスを最適化してもよい。 The exterior film may be a metal layer or a single layer film of only a synthetic resin layer, or may be a laminate film including a metal layer and a synthetic resin layer, but from the viewpoint of the strength of the exterior body, It is preferably composed of at least three layers of an uppermost layer, an intermediate layer, and a lowermost layer. The uppermost layer and the lowermost layer are composed of a synthetic resin layer having at least the property (b), preferably having the properties (a) to (c). The intermediate layer is composed of a metal layer having the properties (a) and (c). The synthetic resin layer can be formed from a thermoplastic resin such as polyethylene, polyethylene terephthalate (PET), polypropylene, or polyester. The thickness of the synthetic resin layer is preferably between 25 and 400 μm, more preferably between 50 and 200 μm.
As a metal layer used for the said intermediate | middle layer, it can form from iron, stainless steel, aluminum, etc., for example. The metal layer is more preferably aluminum from the viewpoints of weight, flexibility, and the like. The thickness of the metal layer is preferably between 10 and 150 μm, more preferably between 25 and 75 μm.
The intermediate layer can have a multilayer structure including a metal layer in consideration of the balance of the properties (a) to (c). For example, glass, synthetic resin, ceramics, metal, etc. may be used in combination to optimize the balance of properties (a) to (c).

（空気孔）
空気電池は正極層へ空気を供給する必要がある。そのため外装体には、正極層へ空気を供給するための空気孔が設けられている。
空気孔を設ける位置は、正極層に空気を供給できれば、特に限定されない。
空気孔は、空気電池が酸素を使い切る場合には空気を取り入れることのみに用いられるが、酸素を循環させる場合には、空気の排出にも用いられる。空気を取り入れる供給孔と空気を排出する排出孔を設けてもよい。また、空気孔は複数設けてもよく、さらに、空気孔は酸素透過膜を備えていてもよい。 (Air hole)
The air battery needs to supply air to the positive electrode layer. For this reason, the exterior body is provided with air holes for supplying air to the positive electrode layer.
The position where the air hole is provided is not particularly limited as long as air can be supplied to the positive electrode layer.
The air hole is used only to take in air when the air battery runs out of oxygen, but is also used to discharge air when oxygen is circulated. A supply hole for taking in air and a discharge hole for discharging air may be provided. A plurality of air holes may be provided, and the air holes may be provided with an oxygen permeable membrane.

（正極）
正極層は少なくとも導電性材料を含んでいる。正極層では、供給された酸素（活物質）と金属イオンが反応し、金属酸化物や金属水酸化物が生成する。 (Positive electrode)
The positive electrode layer contains at least a conductive material. In the positive electrode layer, the supplied oxygen (active material) and metal ions react to generate metal oxide or metal hydroxide.

前記導電性材料としては、導電性を有するものであれば特に限定されるものではないが、例えば炭素材料等を挙げることができる。前記炭素材料のなかでも、１ｃｃ／ｇ以上の高い細孔容積を有する多孔質構造を有するものであることが好ましい。比表面積で表わす場合には、１０ｍ^２／ｇ以上、特に１００ｍ^２／ｇ以上、さらに６００ｍ^２／ｇ以上の比表面積を有することが好ましい。ここで、導電性材料の比表面積は、例えばＢＥＴ法によって測定することができる。導電性材料の添加量は正極層中に１０重量％〜９９重量％の範囲であることが好ましい。
前記多孔質構造を有する炭素材料としては、具体的にはメソポーラスカーボン等を挙げることができる。一方、多孔質構造を有しない炭素材料としては、具体的にはグラファイト、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、カーボンナノチューブおよびカーボンファイバー等を挙げることができる。 The conductive material is not particularly limited as long as it has conductivity, and examples thereof include a carbon material. Among the carbon materials, the carbon material preferably has a porous structure having a high pore volume of 1 cc / g or more. When expressed in terms of specific surface area, it is preferable to have a specific surface area of 10 m ² / g or more, particularly 100 m ² / g or more, and more preferably 600 m ² / g or more. Here, the specific surface area of the conductive material can be measured by, for example, the BET method. The addition amount of the conductive material is preferably in the range of 10 wt% to 99 wt% in the positive electrode layer.
Specific examples of the carbon material having a porous structure include mesoporous carbon. On the other hand, specific examples of the carbon material having no porous structure include graphite, ketjen black, acetylene black, carbon nanotube, and carbon fiber.

また、前記導電性材料は、触媒を担持したものであっても良い。
前記触媒としては、例えば、コバルトフタロシアニン、マンガンフタロシアニン、ニッケルフタロシアニン、スズフタロシアニンオキサイド、チタンフタロシアニン、ジリチウムフタロシアニン等のフタロシアニン系化合物；コバルトナフトシアニン等のナフトシアニン系化合物；鉄ポルフィリン等のポリフィリン系化合物；ＭｎＯ_２、ＣｅＯ_２、Ｃｏ_３Ｏ_４、ＮｉＯ、Ｖ_２Ｏ_５、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＺｎＯ、ＣｕＯ、ＬｉＭｎＯ_２、Ｌｉ_２ＭｎＯ_３、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４、Ｌｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２、Ｌｉ_２ＴｉＯ_３、ＬｉＮｉ_１／３Ｃｏ_１／３Ｍｎ_１／３Ｏ_２、ＬｉＮｉＯ_２、ＬｉＶＯ_３、Ｌｉ_５ＦｅＯ_４、ＬｉＦｅＯ_２、ＬｉＣｒＯ_２、ＬｉＣｏＯ_２、ＬｉＣｕＯ_２、ＬｉＺｎＯ_２、Ｌｉ_２ＭｏＯ_４、ＬｉＮｂＯ_３、ＬｉＴａＯ_３、Ｌｉ_２ＷＯ_４、Ｌｉ_２ＺｒＯ_３、ＮａＭｎＯ_２、ＣａＭｎＯ_３、ＣａＦｅＯ_３、ＭｇＴｉＯ_３、ＫＭｎＯ_２等の金属酸化物；Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ等の貴金属；これらの複合物等が挙げられる。正極層において、正極触媒の含有量は、例えば、１重量％〜９０重量％の範囲であることが好ましい。 The conductive material may carry a catalyst.
Examples of the catalyst include cobalt phthalocyanine, manganese phthalocyanine, nickel phthalocyanine, tin phthalocyanine oxide, titanium phthalocyanine, and dilithium phthalocyanine; naphthocyanine compounds such as cobalt naphthocyanine; and porphyrin compounds such as iron porphyrin; MnO ₂ , CeO ₂ , Co ₃ O ₄ , NiO, V ₂ O ₅ , Fe ₂ O ₃ , ZnO, CuO, LiMnO ₂ , Li ₂ MnO ₃ , LiMn ₂ O ₄ , Li ₄ Ti ₅ O ₁₂ , Li ₂ TiO _{_{_{_{3, LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3}}}} O 2, LiNiO 2, LiVO 3, Li 5 FeO 4, LiFeO 2, LiCrO 2, LiCoO 2, LiCuO 2, LiZnO 2, Li 2 MoO 4, L _{_{_{NbO 3, LiTaO 3, Li 2}}} WO 4, Li 2 ZrO 3, NaMnO 2, CaMnO 3, CaFeO 3, MgTiO 3, KMnO metal oxides such as _2, Au, Pt, precious metals such as Ag, these composites such as Is mentioned. In the positive electrode layer, the content of the positive electrode catalyst is preferably in the range of 1% by weight to 90% by weight, for example.

前記正極層は、導電性材料を固定化する結着剤を含有することが好ましい。前記結着剤としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）スチレン・ブタジエンゴム（ＳＢＲ）等を挙げることができる。前記正極層に含まれる結着剤の含有量としては、特に限定されるものではないが、例えば、１〜４０重量％であることが好ましく、特に１０〜３０重量％であることが好ましい。結着材含有量が、１０重量％以上であることによって、正極層の成形が容易になる。一方、結着材含有量が、３０重量％以下であることによって、正極の反応場を減少させることなく、所望の反応を効率よく進行させることができる。 The positive electrode layer preferably contains a binder that fixes the conductive material. Examples of the binder include polyvinylidene fluoride (PVdF), polytetrafluoroethylene (PTFE) styrene / butadiene rubber (SBR), and the like. Although it does not specifically limit as content of the binder contained in the said positive electrode layer, For example, it is preferable that it is 1 to 40 weight%, and it is especially preferable that it is 10 to 30 weight%. When the binder content is 10% by weight or more, the positive electrode layer can be easily formed. On the other hand, when the binder content is 30% by weight or less, a desired reaction can be efficiently advanced without reducing the reaction field of the positive electrode.

正極層の調製方法はスラリー法等が挙げられる。正極層をスラリー法で調製する場合は、溶媒には沸点２００℃以下の溶媒、例えば、アセトン、エタノール、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）等が挙げられる。スラリーの塗布方法は、ドクターブレード法、インクジェット法等が挙げられる。スラリーを集電体又はキャリアフィルムに塗布した後、乾燥させ、圧延、切断することで、正極層を成形することができる。集電体として、多孔性金属を用いる場合にはスラリーを塗布することによって、正極層の一部を集電体に浸透させることができる。また、スラリーを粘土状に調整した電極組成物を乾燥、圧延してフィルム状としたものを集電体に圧着する方法でもよい。正極層の厚さは、空気電池の用途等により異なるものであるが、例えば２〜５００μｍの範囲内、特に５〜３００μｍの範囲内であることが好ましい。また、電解質層に対する正極層の面内方向の面積比は、特に限定されない。 Examples of the method for preparing the positive electrode layer include a slurry method. When the positive electrode layer is prepared by a slurry method, examples of the solvent include solvents having a boiling point of 200 ° C. or lower, such as acetone, ethanol, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), and the like. Examples of the slurry application method include a doctor blade method and an ink jet method. After applying the slurry to the current collector or the carrier film, the positive electrode layer can be formed by drying, rolling and cutting. When a porous metal is used as the current collector, a part of the positive electrode layer can be infiltrated into the current collector by applying a slurry. Moreover, the method of crimping | bonding to the collector the thing which dried and rolled the electrode composition which adjusted the slurry to the clay form to the film form may be sufficient. The thickness of the positive electrode layer varies depending on the application of the air battery and the like, but is preferably in the range of 2 to 500 μm, particularly in the range of 5 to 300 μm. Further, the area ratio of the positive electrode layer to the electrolyte layer in the in-plane direction is not particularly limited.

前記正極集電体としては、空気電池の動作範囲（２〜４．５Ｖ（ｖｓリチウム））で安定して存在でき、所望の電子伝導性を有していれば、多孔質構造を有するものであっても、或いは緻密構造を有するものであってもよいが、空気（酸素）の拡散性の観点から、多孔質構造を有するものが好ましい。多孔質構造としては、例えば、構成繊維が規則正しく配列されたメッシュ構造、構成繊維がランダムに配列された不織布構造、独立孔や連結孔を有する三次元網目構造等が挙げられる。多孔質構造を有する集電体の気孔率は特に限定されないが、例えば、２０〜９９％の範囲であることが好ましい。 The positive electrode current collector has a porous structure as long as it can exist stably in the operating range (2 to 4.5 V (vs lithium)) of an air battery and has a desired electronic conductivity. However, from the viewpoint of the diffusibility of air (oxygen), those having a porous structure are preferable. Examples of the porous structure include a mesh structure in which constituent fibers are regularly arranged, a nonwoven fabric structure in which constituent fibers are randomly arranged, and a three-dimensional network structure having independent holes and connecting holes. The porosity of the current collector having a porous structure is not particularly limited, but is preferably in the range of 20 to 99%, for example.

前記正極集電体の材料としては、例えば、ステンレス、ニッケル、アルミニウム、鉄、チタン、銅等の金属材料、カーボンファイバー、カーボンペーパー等のカーボン材料、窒化チタン等の高電子伝導性セラミックス材料等が挙げられる。カーボン材料を用いた集電体は、耐腐食性が高く、正極における放電反応により強アルカリ性の金属酸化物が生成した場合に、集電体が溶出するのを抑制し、これに起因する電池特性の低下を抑えることができるというメリットを有している。好ましい具体的な正極集電体としては、カーボンペーパー、金属メッシュが挙げられる。正極集電体の厚さは、セルの拘束時に集電体自体が湾曲しない厚みであれば特に限定されないが、例えば、１０〜１０００μｍ、特に２０〜４００μｍであることが好ましい。 Examples of the material for the positive electrode current collector include metal materials such as stainless steel, nickel, aluminum, iron, titanium, and copper, carbon materials such as carbon fiber and carbon paper, and high electron conductive ceramic materials such as titanium nitride. Can be mentioned. The current collector using carbon material has high corrosion resistance, and when the strong alkaline metal oxide is generated by the discharge reaction at the positive electrode, it suppresses the current collector from eluting, resulting in the battery characteristics. It has the merit that the fall of can be suppressed. Preferred specific positive electrode current collectors include carbon paper and metal mesh. The thickness of the positive electrode current collector is not particularly limited as long as the current collector itself is not curved when the cell is constrained. For example, the thickness is preferably 10 to 1000 μm, particularly preferably 20 to 400 μm.

（電解質）
電解質は、正極と負極との間で伝導イオンを伝導できる電解液であれば、特に限定されない。
電解液としては、非水系電解液、水系電解液等を用いることができる。また、電解液を含有させる支持体として絶縁性支持体を使用することができる。 (Electrolytes)
The electrolyte is not particularly limited as long as it is an electrolytic solution capable of conducting conductive ions between the positive electrode and the negative electrode.
As the electrolytic solution, a non-aqueous electrolytic solution, an aqueous electrolytic solution, or the like can be used. Moreover, an insulating support can be used as the support containing the electrolytic solution.

非水系電解液は、支持電解質塩及び非水溶媒を含有する。
非水溶媒としては、特に限定されず、例えば、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ビニレンカーボネート、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、メチルプロピルカーボネート、イソプロピオメチルカーボネート、プロピオン酸エチル、プロピオン酸メチル、γ−ブチロラクトン、酢酸エチル、酢酸メチル、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、アセトニトリル（ＡｃＮ）、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、ジエトキシエタン、ジメトキシエタン（ＤＭＥ）、テトラエチレングリコールジメチルエーテル（ＴＥＧＤＭＥ）等が挙げられる。 The nonaqueous electrolytic solution contains a supporting electrolyte salt and a nonaqueous solvent.
The non-aqueous solvent is not particularly limited. For example, propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), vinylene carbonate, dimethyl carbonate (DMC), ethyl methyl carbonate (EMC), diethyl carbonate (DEC), methyl propyl carbonate. , Isopropiomethyl carbonate, ethyl propionate, methyl propionate, γ-butyrolactone, ethyl acetate, methyl acetate, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, ethylene glycol dimethyl ether, ethylene glycol diethyl ether, acetonitrile (AcN), dimethyl sulfoxide (DMSO) , Diethoxyethane, dimethoxyethane (DME), tetraethylene glycol dimethyl ether (TEGDME), etc. .

また、イオン性液体を非水溶媒として用いることもできる。イオン性液体としては、例えば、１−メチル−３−エチルイミダゾリウムテトラフルオロボレート（略称ＥＭＩＢＦ_４）、１−メチル−３−エチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）アミド（略称ＥＭＩＴＦＳＡ）、１−アリル−３−エチルイミダゾリウムブロマイド（略称ＡＥＩｍＢｒ）等のアルキルイミダゾリウム４級塩等が挙げられる。 Moreover, an ionic liquid can also be used as a non-aqueous solvent. Examples of the ionic liquid include 1-methyl-3-ethylimidazolium tetrafluoroborate (abbreviation EMIBF ₄ ), 1-methyl-3-ethylimidazolium bis (trifluoromethanesulfonyl) amide (abbreviation EMITFSA), 1-allyl. And alkyl imidazolium quaternary salts such as -3-ethylimidazolium bromide (abbreviation AEImBr).

酸素ラジカルに対する電気化学安定性という観点からは、非水溶媒として、ＡｃＮ、ＤＭＳＯ、ＤＭＥ、Ｎ−メチル−Ｎ−プロピルピペリジニウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）アミド（ＰＰ１３−ＴＦＳＡ）、Ｎ−メチル−Ｎ−プロピルピロリジニウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）アミド（Ｐ１３−ＴＦＳＡ）等が好ましい。 From the viewpoint of electrochemical stability to oxygen radicals, nonaqueous solvents include AcN, DMSO, DME, N-methyl-N-propylpiperidinium bis (trifluoromethanesulfonyl) amide (PP13-TFSA), N-methyl- N-propylpyrrolidinium bis (trifluoromethanesulfonyl) amide (P13-TFSA) and the like are preferable.

支持電解質塩は、非水溶媒に対して溶解性を有し、所望の金属イオン伝導性を発現するものであればよい。通常、伝導させたい金属イオンを含む金属塩を用いることができる。例えば、リチウム空気電池の場合、支持電解質塩としてリチウム塩を用いることができる。リチウム塩としては、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＯＨ、ＬｉＣｌ、ＬｉＮＯ_３、Ｌｉ_２ＳＯ_４等の無機リチウム塩が挙げられる。また、ＣＨ_３ＣＯ_２Ｌｉ、リチウムビスオキサレートボレート（略称ＬｉＢＯＢ）、ＬｉＮ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２（略称ＬｉＴＦＳＡ）、ＬｉＮ（Ｃ_２Ｆ_５ＳＯ_２）_２（略称ＬｉＢＥＴＡ）等の有機リチウム塩を用いることもできる。
非水電解質において、非水溶媒に対する支持電解質塩の含有量は、特に限定されないが、例えば、非水系電解液におけるリチウム塩の濃度は、０．５〜３ｍｏｌ／Ｌの範囲内である。 The supporting electrolyte salt only needs to have solubility in a non-aqueous solvent and express desired metal ion conductivity. Usually, a metal salt containing a metal ion to be conducted can be used. For example, in the case of a lithium air battery, a lithium salt can be used as the supporting electrolyte salt. Examples of the lithium salt include inorganic lithium salts such as LiPF ₆ , LiBF ₄ , LiClO ₄ , LiAsF ₆ , LiOH, LiCl, LiNO ₃ , Li ₂ SO ₄ . In addition, an organic lithium salt such as CH ₃ CO ₂ Li, lithium bisoxalate borate (abbreviation LiBOB), LiN (CF ₃ SO ₂ ) ₂ (abbreviation LiTFSA), LiN (C ₂ F ₅ SO ₂ ) ₂ (abbreviation LiBETA) Can also be used.
In the non-aqueous electrolyte, the content of the supporting electrolyte salt with respect to the non-aqueous solvent is not particularly limited. For example, the concentration of the lithium salt in the non-aqueous electrolyte is in the range of 0.5 to 3 mol / L.

非水系電解液は、ポリマーを添加してゲル化して用いることもできる。非水系電解液のゲル化の方法としては、例えば、非水系電解液に、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリアクリルニトリル（ＰＡＮ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）またはポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）等のポリマーを添加する方法が挙げられる。 The non-aqueous electrolyte can be used after adding a polymer to gel. As a method for gelation of the non-aqueous electrolyte, for example, a polymer such as polyethylene oxide (PEO), polyacrylonitrile (PAN), polyvinylidene fluoride (PVdF), or polymethyl methacrylate (PMMA) is added to the non-aqueous electrolyte. The method of adding is mentioned.

水系電解液は、支持電解質塩及び水を含有する。支持電解質塩は、水に対して溶解性を有し、所望のイオン伝導性を発現するものであれば特に限定されない。通常、伝導させたい金属イオンを含む金属塩を用いることができる。例えば、リチウム空気電池の場合、ＬｉＯＨ、ＬｉＣｌ、ＬｉＮＯ_３、Ｌｉ_２ＳＯ_４、ＣＨ_３ＣＯＯＬｉ等のリチウム塩を用いることができる。 The aqueous electrolyte contains a supporting electrolyte salt and water. The supporting electrolyte salt is not particularly limited as long as it has solubility in water and expresses desired ionic conductivity. Usually, a metal salt containing a metal ion to be conducted can be used. For example, in the case of a lithium-air battery, lithium salts such as LiOH, LiCl, LiNO ₃ , Li ₂ SO ₄ , and CH ₃ COOLi can be used.

電解液を含有させる絶縁性支持体としては、例えば、セパレータを用いることができる。セパレータとしては、正極層と負極層とを分離し、電解液を保持する機能を有するものであれば特に限定されるものではないが、例えばポリエチレン、ポリプロピレン等の多孔膜；樹脂不織布、ガラス繊維不織布等の不織布；およびリチウムポリマー電池に使用されているポリマー材料等を挙げることができる。 As the insulating support containing the electrolytic solution, for example, a separator can be used. The separator is not particularly limited as long as it has a function of separating the positive electrode layer and the negative electrode layer and retaining the electrolytic solution. For example, a porous film such as polyethylene or polypropylene; a resin nonwoven fabric, a glass fiber nonwoven fabric And non-woven fabrics; and polymer materials used in lithium polymer batteries.

セパレータの多孔度としては、３０〜９０％であることが好ましく、４５〜７０％であることがより好ましい。多孔度が低すぎるとイオン拡散を阻害する傾向があり、高すぎると強度が低下する傾向がある。 The porosity of the separator is preferably 30 to 90%, and more preferably 45 to 70%. If the porosity is too low, ion diffusion tends to be inhibited, and if it is too high, the strength tends to decrease.

絶縁性支持体に含有させる電解液の粘度は、特に限定されないが、例えば、０．１〜２００Ｐａ・ｓの範囲が好ましい。絶縁性支持体に対する電解液の含有率は、特に限定されないが、例えば１０〜８０％の範囲が好ましい。電解液を含有させた絶縁性支持体からなる電解質層の厚みは、特に限定されないが、例えば、０．１〜１００μｍの範囲が好ましい。 Although the viscosity of the electrolyte solution contained in the insulating support is not particularly limited, for example, a range of 0.1 to 200 Pa · s is preferable. Although the content rate of the electrolyte solution with respect to an insulating support body is not specifically limited, For example, the range of 10 to 80% is preferable. The thickness of the electrolyte layer made of an insulating support containing an electrolytic solution is not particularly limited, but is preferably in the range of 0.1 to 100 μm, for example.

（絶縁体）
絶縁体は、空気電池が、負極層、電解質層、正極層の順番で積層されている電極接合体を含む単セルを繰り返し何層も重ねる構造を取る場合に、安全性の観点から、異なる電極接合体に属する正極層及び負極層の間に設置されることが好ましく、通常セパレータとして用いられている材料を使用することができる。 (Insulator)
An insulator is a different electrode from the viewpoint of safety when the air battery has a structure in which a single cell including an electrode assembly laminated in the order of a negative electrode layer, an electrolyte layer, and a positive electrode layer is repeatedly stacked. It is preferable to be installed between the positive electrode layer and the negative electrode layer belonging to the joined body, and a material usually used as a separator can be used.

（負極）
負極層は少なくとも負極活物質を含んでいる。負極層では、正極での反応に対応して金属イオンの吸蔵・放出が行われる。 (Negative electrode)
The negative electrode layer contains at least a negative electrode active material. In the negative electrode layer, metal ions are occluded / released in response to the reaction at the positive electrode.

前記負極活物質としては、金属イオンを吸蔵・放出することができるものであれば特に限定されるものではない。前記金属イオンとしては、正極と負極とを移動し、起電力を生じさせるものであれば特に限定されるものではないが、具体的にはリチウムイオン、ナトリウムイオン、アルミニウムイオン、マグネシウムイオン、セシウムイオン等を挙げることができ、中でもリチウムイオンが好ましい。 The negative electrode active material is not particularly limited as long as it can occlude and release metal ions. The metal ion is not particularly limited as long as it moves between the positive electrode and the negative electrode to generate an electromotive force, and specifically, lithium ion, sodium ion, aluminum ion, magnesium ion, cesium ion. Among them, lithium ions are preferable.

負極活物質としては、具体的には、リチウム、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属；マグネシウム、カルシウム等の第２族元素；アルミニウム等の第１３族元素；亜鉛、鉄等の遷移金属；銀等の貴金属；又は、これらの金属を含有する合金材料や化合物を例示することができる。
リチウム空気電池の負極活物質としては、一般的なリチウムイオン電池に用いられる負極活物質と同様のものを用いることができる。具体的には、金属リチウム、リチウム合金、金属酸化物、金属硫化物、金属窒化物、およびグラファイト等の炭素材料等を挙げることができ、中でも高容量化の観点から金属リチウムがより好ましい。 Specific examples of the negative electrode active material include alkali metals such as lithium, sodium, and potassium; group 2 elements such as magnesium and calcium; group 13 elements such as aluminum; transition metals such as zinc and iron; Examples include noble metals; or alloy materials and compounds containing these metals.
As the negative electrode active material of the lithium-air battery, the same negative electrode active material used for a general lithium ion battery can be used. Specific examples include metallic lithium, lithium alloys, metallic oxides, metallic sulfides, metallic nitrides, and carbon materials such as graphite. Among these, metallic lithium is more preferable from the viewpoint of increasing capacity.

本発明において、前記負極層は、少なくとも負極活物質を含有してれば良いが、必要に応じて、負極活物質を固定化する結着剤を含有していても良い。結着剤の種類、使用量等については、上述した正極に記載した内容と同様であるので、ここでの説明は省略する。 In the present invention, the negative electrode layer may contain at least a negative electrode active material, but may contain a binder for immobilizing the negative electrode active material, if necessary. About the kind of binder, usage-amount, etc., since it is the same as that of the content described in the positive electrode mentioned above, description here is abbreviate | omitted.

前記負極集電体の材料としては、リチウム空気電池の動作範囲（２〜４．５Ｖ（ｖｓリチウム））で安定して存在でき、導電性を有するものであれば特に限定されるものではないが、例えば、銅、ステンレス、ニッケル等を挙げることができる。前記負極集電体の形状としては、例えば箔状、板状およびメッシュ状等を挙げることができる。負極集電体の厚さは、セルの拘束時に集電体自体が湾曲しない厚みであれば特に限定されないが、例えば、１０〜１０００μｍ、特に２０〜４００μｍであることが好ましい。 The material of the negative electrode current collector is not particularly limited as long as it can stably exist in the operating range (2 to 4.5 V (vs lithium)) of a lithium-air battery and has conductivity. For example, copper, stainless steel, nickel, etc. can be mentioned. Examples of the shape of the negative electrode current collector include a foil shape, a plate shape, and a mesh shape. The thickness of the negative electrode current collector is not particularly limited as long as the current collector itself is not curved when the cell is constrained, and is preferably 10 to 1000 μm, particularly preferably 20 to 400 μm, for example.

本発明は、電解質層に対する負極層の面内方向の大きさに大きな特徴がある。すなわち、電解質層の辺縁部よりも負極層の辺縁部が面内方向に延長されている。
なお、本発明において「面内方向」とは、積層方向に対して交わる方向をいい、好ましくは積層方向に対して垂直な方向をいう。すなわち、「面内方向に延長されている」状態とは、単セルを真上から見た時に、負極層の辺縁部が、電解質層の辺縁部からはみ出ている状態をいう。
具体的には、図１〜図４のような場合等が挙げられる。
上記のように電解質層の辺縁部よりも負極層の辺縁部が面内方向に延長されていることで、電解質層から流出した電解液が負極集電体へ回り込むまでの距離が長くなるため、外装体内部における、電解質層から流出した少量の電解液の負極集電体への回り込みを抑制することができる。
なお、電解質層から流出した少量の電解液の負極集電体への回り込みを抑制できれば、電解質層の辺縁部よりも負極層の辺縁部の少なくとも一部が面内方向に延長されていればよい。すなわち、単セルを真上から見た時に、負極層の辺縁部の少なくとも一部が、電解質層の辺縁部からはみ出ていればよい。ここで、本発明における「少なくとも一部」とは、形状は特に限定されないが、回り込みが予測される部位または現実に起こりうる部位であることが好ましい。 The present invention is greatly characterized in the in-plane size of the negative electrode layer with respect to the electrolyte layer. That is, the edge part of the negative electrode layer extends in the in-plane direction from the edge part of the electrolyte layer.
In the present invention, the “in-plane direction” means a direction intersecting with the stacking direction, preferably a direction perpendicular to the stacking direction. That is, the state of “extending in the in-plane direction” means a state in which the edge of the negative electrode layer protrudes from the edge of the electrolyte layer when the single cell is viewed from directly above.
Specifically, the cases as shown in FIGS.
As described above, the edge of the negative electrode layer is extended in the in-plane direction from the edge of the electrolyte layer, so that the distance until the electrolyte flowing out of the electrolyte layer wraps around the negative electrode current collector is increased. Therefore, it is possible to suppress a small amount of the electrolyte flowing out from the electrolyte layer from entering the negative electrode current collector inside the exterior body.
If the small amount of the electrolyte flowing out from the electrolyte layer can be prevented from entering the negative electrode current collector, at least a part of the edge of the negative electrode layer may extend in the in-plane direction from the edge of the electrolyte layer. That's fine. That is, it is sufficient that at least a part of the edge portion of the negative electrode layer protrudes from the edge portion of the electrolyte layer when the single cell is viewed from directly above. Here, the “at least part” in the present invention is not particularly limited in shape, but is preferably a site where wraparound is predicted or a site that can actually occur.

電解質層に対する負極層の面内方向の面積比は、電解液の粘度、絶縁性支持体に対する電解液の含有率および電解質層の厚さ等によるが、負極層の面積が電解質層の面積より５％以上大きいことが好ましく、電極層の発電に利用するべき発電有効面積を大きく減らさない観点から、負極層の面積が電解質層の面積より５％〜２０％大きいことがより好ましい。 The area ratio of the negative electrode layer to the electrolyte layer in the in-plane direction depends on the viscosity of the electrolytic solution, the content of the electrolytic solution with respect to the insulating support, the thickness of the electrolyte layer, and the like. The area of the negative electrode layer is more preferably 5% to 20% larger than the area of the electrolyte layer from the viewpoint of not greatly reducing the effective power generation area to be used for power generation of the electrode layer.

以下に、実施例及び比較例を挙げて、本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例のみに限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples and comparative examples. However, the present invention is not limited to these examples.

（実施例１）
正極層の材料として、ケッチェンブラック（比表面積１２００ｍ^２／ｇ）２５重量％、ＭｎＯ_２４２重量％、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）３３重量％をエタノール溶媒で混合してスラリーを調製した。
次に、スラリーを混練して粘土状にし、その後に乾燥、圧延、切断し、シート状正極層を得た。正極層の厚さは約１００μｍであった。得られたシート状正極層に、正極集電体である厚み１ｍｍのＳＵＳ３０４箔を圧着し、正極を作製した。さらに得られた正極の正極集電体が露出した部分に正極端子の一端を接続した。 Example 1
As materials for the positive electrode layer, 25% by weight of ketjen black (specific surface area 1200 m ² / g), 42% by weight of MnO _{2 and} 33% by weight of polyvinylidene fluoride (PVdF) were mixed with an ethanol solvent to prepare a slurry.
Next, the slurry was kneaded to make a clay, and then dried, rolled, and cut to obtain a sheet-like positive electrode layer. The thickness of the positive electrode layer was about 100 μm. A SUS304 foil having a thickness of 1 mm, which is a positive electrode current collector, was pressure-bonded to the obtained sheet-like positive electrode layer to produce a positive electrode. Furthermore, one end of the positive electrode terminal was connected to a portion of the obtained positive electrode where the positive electrode current collector was exposed.

セパレータの材料として、ポリプロピレン製不織布を使用した。
電解液には、Ｎ−メチル−Ｎ−プロピルピペリジニウムビストリフルオロメタンスルフォニルアミド（ＰＰ１３−ＴＦＳＡ）にリチウムビストリフルオロメタンスルフォニルアミド（ＬｉＴＦＳＡ）を０．３２ｍｏｌ／ｋｇの濃度となるようにアルゴン雰囲気下で一晩攪拌混合したものを用意した。電解液の粘度は約１５０ｍＰａ・ｓであった。
前記電解液を前記セパレータに電解液の含有率が約２０％となるように含有させ、電解質層を作製した。電解質層の厚みは約１００μｍであった。 A polypropylene nonwoven fabric was used as the separator material.
The electrolyte was N-methyl-N-propylpiperidinium bistrifluoromethanesulfonylamide (PP13-TFSA) and lithium bistrifluoromethanesulfonylamide (LiTFSA) in an argon atmosphere so that the concentration was 0.32 mol / kg. Were prepared by stirring and mixing overnight. The viscosity of the electrolytic solution was about 150 mPa · s.
The electrolyte was contained in the separator so that the content of the electrolyte was about 20%, and an electrolyte layer was produced. The thickness of the electrolyte layer was about 100 μm.

負極層の材料として、金属リチウム箔を使用した。負極層の面内方向の大きさは、負極層の面積が電解質層の面積より５％大きくなるようにした。負極層に、負極集電体である厚み１ｍｍのＳＵＳ３０４箔を圧着し、負極を作製した。さらに得られた負極の負極集電体が露出した部分に負極端子の一端を接続した。
その後、負極、電解質層および正極を順次積層した。この積層体を、空気孔の設けられた外装体用の気密性ラミネートフィルム内に収容した。ラミネートフィルムは、内層に厚さ４０μｍの低密度ポリエチレン（ＰＥ）、外層に厚さ１６μｍのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、が接着剤により、中間層としての厚さ４０μｍのアルミニウムに接着された、三層構造となっているものを使用した。また、正極端子及び負極端子の他端はラミネートフィルムの開口部から延出させた。 A metal lithium foil was used as a material for the negative electrode layer. The size of the negative electrode layer in the in-plane direction was such that the area of the negative electrode layer was 5% larger than the area of the electrolyte layer. A 1 mm thick SUS304 foil, which is a negative electrode current collector, was pressure bonded to the negative electrode layer to produce a negative electrode. Furthermore, one end of the negative electrode terminal was connected to a portion where the negative electrode current collector of the obtained negative electrode was exposed.
Thereafter, a negative electrode, an electrolyte layer, and a positive electrode were sequentially laminated. This laminate was accommodated in an airtight laminate film for an exterior body provided with air holes. The laminate film is a three-layer structure in which low-density polyethylene (PE) having a thickness of 40 μm is used as an inner layer and polyethylene terephthalate (PET) having a thickness of 16 μm is bonded to an aluminum layer having a thickness of 40 μm as an intermediate layer using an adhesive. The structure was used. Moreover, the other end of the positive electrode terminal and the negative electrode terminal was extended from the opening part of the laminate film.

（比較例１）
電解質層と負極層の面内方向の面積を等しくしたこと以外は、実施例１と同様の方法でラミネート型空気電池を作製した。 (Comparative Example 1)
A laminated air battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the in-plane areas of the electrolyte layer and the negative electrode layer were equal.

（電解液の負極集電体への回り込みの確認）
電解液の負極集電体への回り込みは、非破壊試験で負極の短絡が想定される時（充放電試験において、電圧がゼロまたは±∞等の異常値を示した時、および、交流インピーダンス法による測定で、負極成分が非常に小さくまたは消失した時）に、電池を解体する事により目視で確認した。
実施例１においては、電解液の負極集電体への回り込みは発生しなかった。
比較例１においては、電解液の負極集電体への回り込みが発生した。
上記の結果から、比較例１と比較して実施例１は電解液の負極集電体への回り込みの発生を抑制していることがわかる。 (Confirmation of wraparound of electrolyte to negative electrode current collector)
Electrode solution wraps around the negative electrode current collector when the negative electrode is short-circuited in a nondestructive test (when the voltage shows an abnormal value such as zero or ± ∞ in the charge / discharge test, and the AC impedance method) When the negative electrode component was very small or disappeared, the battery was disassembled and visually confirmed.
In Example 1, wraparound of the electrolyte solution to the negative electrode current collector did not occur.
In Comparative Example 1, the electrolyte solution wraps around the negative electrode current collector.
From the above results, it can be seen that, compared with Comparative Example 1, Example 1 suppresses the occurrence of the wraparound of the electrolytic solution to the negative electrode current collector.

１空気孔
２外装体
３負極集電体
４負極層
５正極層
６正極集電体
７電解質層
８正極端子
９負極端子
１０電極接合体
１０ａ電極接合体
１０ｂ電極接合体
１０ｃ電極接合体
１１シール部
１２絶縁体
１３配線
１４巻回体
１０１空気電池
１０２空気電池
１０３空気電池
１０４空気電池
１０４ａ空気電池１０４の電極接合体の巻回軸に対して垂直で、かつ、負極端子を通過する切断面図（Ａ−Ａ断面）
１０４ｂ空気電池１０４の積層方向の上面図
１０４ｃ空気電池１０４の電極接合体の積層方向を示すために、巻回体の断面の一部を拡大した図 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Air hole 2 Exterior body 3 Negative electrode collector 4 Negative electrode layer 5 Positive electrode layer 6 Positive electrode collector 7 Electrolyte layer 8 Positive electrode terminal 9 Negative electrode terminal 10 Electrode assembly 10a Electrode assembly 10b Electrode assembly 10c Electrode assembly 11 Seal part 12 Insulator 13 Wiring 14 Winding body 101 Air battery 102 Air battery 103 Air battery 104 Air battery 104a A cut surface view perpendicular to the winding axis of the electrode assembly of the air battery 104 and passing through the negative electrode terminal ( AA cross section)
104b Top view in the stacking direction of the air battery 104 104c An enlarged view of a part of the cross section of the wound body to show the stacking direction of the electrode assembly of the air battery 104

Claims

正極層、負極層、及び前記正極層と前記負極層との間に配置され電解液を含有させた絶縁性支持体を備える電解質層を積層した電極接合体と、
前記電極接合体を収容し、当該電極接合体に含まれる正負極層及び電解質層の積層方向に拘束する外装用フィルムからなる外装体を備え、
前記電解質層の辺縁部よりも前記負極層の辺縁部の少なくとも一部が面内方向に延長されていることを特徴とする、ラミネート型空気電池。 An electrode assembly in which a positive electrode layer, a negative electrode layer, and an electrolyte layer including an insulating support that is disposed between the positive electrode layer and the negative electrode layer and contains an electrolyte solution are stacked;
An exterior body made of an exterior film that contains the electrode assembly and is constrained in the stacking direction of the positive and negative electrode layers and the electrolyte layer included in the electrode assembly,
At least a part of the edge portion of the negative electrode layer is extended in the in-plane direction from the edge portion of the electrolyte layer.

前記面内方向において、前記電解質層に向かい合う前記負極層の面積が前記負極層に向かい合う前記電解質層の面積より５％以上大きいことを特徴とする、請求項１に記載のラミネート型空気電池。 2. The laminated air battery according to claim 1, wherein an area of the negative electrode layer facing the electrolyte layer in the in-plane direction is 5% or more larger than an area of the electrolyte layer facing the negative electrode layer.