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公開番号2024113887
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-08-23
出願番号2023019153
出願日2023-02-10
発明の名称空気二次電池用の空気極及び空気二次電池
出願人FDK株式会社
代理人弁理士法人相原国際知財事務所
主分類H01M 4/86 20060101AFI20240816BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】炭素材料の劣化による放電電圧の低下を抑制するとともに、長期にわたり充放電を可能とする空気二次電池用の空気極及びこの空気極を含む空気二次電池を提供する。
【解決手段】電池2は、容器4と、容器4内にアルカリ電解液82とともに収容された電極群10と、を備え、電極群10は、セパレータ14を介して重ね合わされた空気極16及び負極12を含んでおり、空気極16は、空気極用芯体、及び空気極用芯体に保持された空気極合剤を備えており、この空気極合剤は、酸素触媒と、導電材と、フッ素樹脂とを含んでおり、この導電材は、炭素材料からなり、この炭素材料は、ラマンスペクトルにおける1580[cm^-1]に対応するピーク強度をGとし、1360[cm^-1]に対応するピーク強度をDとした場合に、強度比G/Dの値が4.2以上、6.0以下である。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
空気二次電池内に収容されている電極群に組み込まれている空気極であって、空気極用芯体、及び前記空気極用芯体に保持された空気極合剤を備えている空気二次電池用の空気極において、
前記空気極合剤は、酸素触媒と、導電材と、撥水剤としてのフッ素樹脂とを含んでおり、
前記導電材は、炭素材料からなり、
前記炭素材料は、ラマンスペクトルにおける１５８０[ｃｍ
－１
]に対応するピーク強度をＧとし、１３６０[ｃｍ
－１
]に対応するピーク強度をＤとした場合に、強度比Ｇ／Ｄの値が４．２以上、６．０以下である、空気二次電池用の空気極。
続きを表示（約 190 文字）【請求項２】
容器と、
前記容器内にアルカリ電解液とともに収容された電極群と、を備えており、
前記電極群は、セパレータを介して重ね合わされた空気極及び負極を含んでおり、
前記空気極は、請求項１に記載の空気二次電池用の空気極である、空気二次電池。
【請求項３】
前記負極は、水素吸蔵合金を含んでいる、請求項２に記載の空気二次電池。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気二次電池用の空気極及びこの空気極を含む空気二次電池に関する。
続きを表示（約 1,400 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、大気中の酸素を正極活物質とする空気電池が、エネルギー密度が高く、小型、軽量化が容易であること等の理由から注目を集めている。このような空気電池においては、亜鉛空気一次電池が補聴器用の電源として実用化されている。
【０００３】
また、充電が可能な空気電池として、負極用金属に、Ｌｉ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｍｇなどを用いる空気二次電池の研究がなされており、このような空気二次電池は、リチウムイオン二次電池のエネルギー密度を超える可能性がある新しい二次電池として期待されている。
【０００４】
このような空気二次電池の一種として、電解液にアルカリ性水溶液（以下、アルカリ電解液とも表記する）を用い、負極活物質に水素を用いる空気水素二次電池が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に代表されるような空気水素二次電池は、負極用金属として水素吸蔵合金を用いているが、空気水素二次電池における負極活物質は、上記した水素吸蔵合金に吸蔵及び放出される水素であるので、電池における充放電の際の化学反応（以下、電池反応とも表記する）にともない水素吸蔵合金自体の溶解析出反応は起こらない。このため、空気水素二次電池は、負極用金属が樹枝状に析出するいわゆるデンドライト成長による内部短絡の発生やシェイプチェンジによる電池容量の低下といった問題が起こらないメリットを有している。
【０００５】
上記の空気水素二次電池のようにアルカリ電解液を用いる空気二次電池では、正極（以下、空気極とも表記する）において以下に示すような充放電反応が起こる。
【０００６】
充電（酸素発生反応）：４ＯＨ
－
→Ｏ
２
＋２Ｈ
２
Ｏ＋４ｅ
－
・・・（I）
放電（酸素還元反応）：Ｏ
２
＋２Ｈ
２
Ｏ＋４ｅ
－
→４ＯＨ
－
・・・（II）
【０００７】
空気二次電池においては、正極である空気極に、上記した充放電反応を促進させる触媒（酸素触媒）が含まれている。この酸素触媒は、酸素還元及び酸素発生の二元機能を有している。
【０００８】
空気極は、上記した酸素触媒を含む空気極合剤で形成された空気極合剤層を保持している。この空気極合剤層は、全体として多数の微細な空孔を含む多孔質構造をなしており、この空孔にアルカリ電解液や酸素が取り込まれる。空気極においては、空気極の表面をはじめ、上記した空孔内に存在する酸素触媒の部分において充放電反応が進行する。
【０００９】
ここで、空気二次電池は、充電時に空気極で酸素が発生する。この酸素は、空気極内部の空孔を通って、空気極における大気に開放されている部分から大気中に放出される。一方、放電時は、大気中から取り込まれた酸素が還元されて水が生成される。
【００１０】
上記した空気二次電池において、充電反応は固体（触媒）と液体（電解液）とから形成される二相界面で進行する。一方、放電反応は固体、液体、及び気体（酸素）が同時に存在する三相界面でのみ進行する。
（【００１１】以降は省略されています）

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