[发明专利]空气电池和电极

说明书

技术领域

本发明涉及其中将铝多孔体用作集电体的空气电池，以及该空气电池的电极。

背景技术

具有三维网状结构的金属多孔体被用于各种应用中，如过滤器、催化剂载体和电池电极。例如，由镍制成的CELMET（注册商标，由住友电气工业株式会社制造）被用作镍氢电池或镍镉电池等电池的电极材料。CELMET是具有连通的孔的金属多孔体，其特征在于具有比其它多孔体（如金属无纺布）更高的孔隙率（90%以上）。CELMET可以通过以下方式获得：在具有连通的孔的树脂泡沫（如聚氨酯泡沫）的骨架表面上形成镍层，然后通过热处理以分解该树脂泡沫成形体，并对镍进行还原处理。可以通过向树脂泡沫成形体的骨架表面上涂布碳粉末等以对所述表面进行导电处理，然后通过电镀以使镍沉淀，由此形成镍层。

关于铝在电池中的应用，例如，将表面上具有活性材料（如钴酸锂）的铝箔用作锂电池的正极。为了增加正极的容量，可将铝材料加工为多孔体，以使其具有大的表面积，并可用活性材料填充铝多孔体的内部。在这种情况中，即使在具有较大厚度的电极中，活性材料仍可得以利用，从而提高了每单位面积的活性材料利用率。

已研发出了应用镍多孔体制造方法来制造铝多孔体的方法。例如，专利文献2公开了该制造方法。具体而言，专利文献2公开了“一种制造金属多孔体的方法，包括：在具有三维网络结构的树脂泡沫的骨架上形成金属膜，该金属膜通过电镀法或气相法（例如，气相沉积法、溅射法或化学气相沉积(CVD）法）在Al熔点以下的温度下形成共晶合金；然后将其上具有所述膜的树脂泡沫浸渍于含有Al粉末、粘合剂和有机溶剂作为主要组分的糊料中，并使该涂料涂布于该树脂泡沫上；在非氧化性气氛中，在大于或等于550℃且小于或等于750℃下进行热处理。”

引用列表

专利文献

专利文献1：日本未审查专利申请公开No.2002-371327

专利文献2：日本未审查专利申请公开No.8-170126

发明内容

技术问题

当将相关技术领域中的铝多孔体用作电池电极的集电体时，存在一定的问题。具体而言，在铝多孔体当中，铝发泡体由于其制造方法的特点而具有闭合孔。因此，即使当铝发泡体的表面积因发泡而增加时，也不能有效利用铝发泡体的全部表面。其次，如上所述的铝多孔体的问题还在于，除了铝之外，还会不可避免地包含与铝形成共晶合金的金属。

鉴于上述问题而完成了本发明。本发明的目的是提供一种结构体，其有效利用本申请的发明人正在开发中的新型铝多孔体作为电池电极，并且还提供了高效率的空气电池。

解决课题的手段

本申请的发明人深入研发了一种铝结构体，其具有三维网络结构，而且还可以广泛用于包括锂二次电池在内的电池中。所述铝结构体的制造方法包括：使具有三维网络结构的聚氨酯、三聚氰胺树脂等的片状泡沫的表面具有导电性，在所述表面上进行镀铝，然后除去聚氨酯、三聚氰胺树脂等。

本申请的发明提供了一种利用氧作为正极活性材料的空气电池，所述空气电池包括具有三维网络结构的铝多孔体，该铝多孔体用作正极集电体。

作为现有空气电池中所使用的正极集电体，除无孔金属板以外，还研究了具有使氧透过的孔的导电性基板（例如，网、冲压金属和膨胀金属）。与这些现有的多孔体不同的是，用于本发明中的正极集电体具有三维网络结构，该三维网络结构因三维连续骨架而具有较大的空间。因此，本发明所使用的正极集电体在正极层的担载、氧的透过、氧与正极催化物质之间接触面积的增加等方面是非常有利的。

特别地，优选使用包括设置于所述铝多孔体的骨架表面上的正极层的正极。在这种情况下，可以利用三维网络结构的特征，并且可以担载大量的正极层。此外，所述正极优选为这样的多孔体电极，该多孔体电极在正极被正极层覆盖的状态下形成三维网络结构。具体而言，所述正极优选为这样的多孔结构体，该多孔结构体具有在正极层设置在该骨架表面上的状态下连通的孔。通过利用所述骨架具有非常大的表面积并且氧通过网络中间隙的特征，可以有效利用所述正极层。所述正极层包含催化剂、碳等导电助剂、以及粘合剂作为其主要组分。

铝多孔体的孔隙率优选为大于或等于90%且小于或等于99%。当具有这样的高孔隙率时，铝多孔体在骨架表面上担载足够量的正极层的同时还可以具有网络空间。因此，可充分确保氧与正极层之间的接触。