空气电池用正极以及使用该正极的空气电池的制作方法_2

文档序号:9872606阅读:来源:国知局
Q ? L/(P ? A) ? ? ? (2)
[005引其中,Q为气体流量(Pa ? cmVs),L为片状叠层体的厚度(cm),P为两腔室CA、CB间 的压力差(Pa), A为膨胀石墨片的气体透过面积、即、连通两腔室CA、CB的通路的面积(cm2)。
[0056] 另外,气体流量Q从停止一个腔室CA内的抽真空后约100秒钟的一个腔室CA内的压 力上升速度和一个腔室CA的容积算出。
[0057] 另外,使用图16和图17(a)~(e)说明后述的第二实施例及第S实施例中的透气量 的测定方法。
[005引在图16所示的装置中,腔室250内配置有片状复合体201、测定槽240、真空累241和 压力表242。
[0化9] 上述膨胀石墨片201隔着橡胶垫261配置在丙締酸板262上。上述丙締酸板262经由 0环(0型环)263配置在载台264上。利用上述0环263将上述丙締酸板262与上述载台264密 封。在上述橡胶垫261的中央形成有贯通气孔261a(参照图17(a))。在上述丙締酸板262,如 图17(b)所示,在中央周边形成有多个小贯通孔262a、262b。另外,如图16所示,在载台264的 中央也形成有贯通孔264a。
[0060] 在上述膨胀石墨片201之上隔着橡胶垫265配置有金属法兰266。该金属法兰266紧 压于片状复合体201,通过螺钉固定。上述橡胶垫265和上述金属法兰266,如图17 k)和图17 (d)所示,形成为圆板状。在上述金属法兰266的外周缘部等间隔地形成有4个螺钉孔。另外, 如图17(e)所示,在上述片状复合体201的中央附近形成有(p32mm的贯通孔201a。
[0061] 第一配管281与上述载台264的内侧的空间连通。在该第一配管281的另一端部配 置有测定槽240。在上述第一配管281设置有阀V2。
[0062] 在与上述第一配管281交叉连通的第二配管282的一个端部配置有压力表242,另 一端部分支为2端。分支的一端配置有真空累241,另一端配置有电磁阀V5。另外,在上述第 二配管282中,在压力表242与分支点B之间依次排列配置有阀VI、阀V3和电磁阀V4。
[0063] 如图16所示,上述膨胀石墨片201被上述橡胶垫261和上述橡胶垫265在上下方向 上夹持,因此气体仅从膨胀石墨片201的端面(外周面)侵入内部。气体通过上述膨胀石墨片 201的内部从膨胀石墨片201的内周面向内侧放出。由此,上述橡胶垫261、上述丙締酸板 262、上述载台264和上述膨胀石墨片201的内侧的空间的压力发生变化。压力变化量大时, 从膨胀石墨片201的端面的气体侵入量和面方向的透气量多(膨胀石墨片201的面方向的不 透气性低),压力变化量小时,从膨胀石墨片201的端面的气体侵入量和面方向的透气量少 (膨胀石墨片201的面方向的不透气性良好)。上述橡胶垫261、上述丙締酸板262和上述载台 264的内侧的空间的压力通过上述测定槽240进行测定。W下说明压力的测定方法。
[0064] 将腔室的初始压力设定为190Pa。下面表示腔室的容积和膨胀石墨片201的尺寸。 [00化]?腔室的容积为11050cm 3。
[0066] ?在膨胀石墨片201的外界露出的端面(膨胀石墨片201的外周面):为(p76mm的 外周面。
[0067] ?在膨胀石墨片201的腔室内露出的端面(片状复合体201的内周面):为(p32mm 的内周面。
[006引1)将测定槽240和真空累241系的电源设为打开(ON)。
[0069] 2)确认阀Vl为开、阀V2、V3为闭。
[0070] 3)清洁0环263,在0环263上放置丙締酸板262。
[0071] 4)在丙締酸板262上载置橡胶垫261,在之上设置片状复合体201。
[0072] 5)在膨胀石墨片201上载置橡胶垫265。
[0073] 6)将金属法兰266用螺栓紧固于丙締酸板262。
[0074] 7)打开电磁阀V4,启动真空累。
[0075] 8)打开阀 V1、V2、V3。
[0076] 9)将到达压力设为190Pa,进行抽真空。
[0077] 10)关闭阀 V3。
[007引11)由压力表测定压力P1。
[0079] 12)打开电磁阀V5。
[0080] 13)关闭电磁阀V4。
[0081 ] 14)在约1分钟后将真空累241设为关(OFF),关闭电磁阀V5。
[0082] 15)关闭阀V3,在30分钟后测定压力表242的压力P2。
[0083] 16)关闭阀V2,取出膨胀石墨片201。
[0084] 由上述,压力变化量能够通过下述(3)式算出。
[0085] 压力变化量 A P = Ps-Pi ??? (3)
[0086] 其中,
[0087] ?1:到达压力(190化)
[008引 P2:测定后压力
[0089] 另外,利用从(3)式算出的压力变化量,从膨胀石墨片201的端面侵入并在面方向 透过的面方向的透气量从下述(4)式算出。
[0090] 面方向的透气量(Pa ?m3)=压力变化量(AP) X测定槽容量(V) ... (4)
[00川 V:测定槽容量 11050cm3(0.01105m3)((pl90mmX390mni 高度)
[0092] 此外,优选膨胀石墨片使用在下述的条件下测定并通过下述式(5)算出的透气量 为0.03化? Hi3W上的膨胀石墨片。
[0093] 透气量=(Ps-Pi) XO.01105 ? ??巧)
[0094] 其中,
[009引 ?在外界露出的端面:(p76mra的外周面
[0096] ?在腔室内露出的端面:私2mm的内周面
[0097] ?腔室的容积:11050cm3
[009引 ?腔室内的初始压力(Pa):Pl(190Pa)
[0099] ?腔室内的30分钟后的压力(Pa) :P2
[0100] 上述膨胀石墨片是指W膨胀石墨为主体形成的片,膨胀石墨是指,通过将例如天 然石墨或集结石墨等石墨晶体浸溃于硫酸或硝酸等酸中,在其层间插入酸,进行清洗、中和 处理,将由此所得到的层状的材料急速加热,从而膨胀为原始的石墨晶体的100~300倍的 石墨。由此,可W得到棉状的石墨(膨胀后的膨胀石墨)的原料。本发明所使用的膨胀石墨片 是通过将膨胀后的膨胀石墨加压压缩而成形为片状所形成的。膨胀石墨的膨胀时的加热溫 度优选为400°CW上,更优选为500°CW上。加热溫度的上限没有特别限定,例如为1200°C。
[0101] 观察膨胀石墨片的剖面的照片表示在图2和图3中。图2的膨胀石墨片的体积密度 为0.4Mg/m3,尽管在厚度方向上没有明确的连通气孔,但在面方向存在大量颗粒间的微小 间隙。推测外部空气通过该微小间隙,由此进行作为氨氧化物离子的来源的外部空气的供 给。另外,推测在表面存在大量凹凸,通过该凹凸扩大与电解液的接触面积。图3的膨胀石墨 片的体积密度为2. OMg/m3,尽管体积密度高,但能够确认存在微细间隙。
[0102] 实施例
[0103] <第一实施例>
[0104] (实施例1)
[0105] 如图4所示,本发明的空气电池具备依次叠层有作为负极的侣锥(厚度 含浸有作为电解液的食盐水(O.lmol/L)的纸制的碎屑(waste)(日本制纸Crecia株式会社 制商品名:Kim wipe)2、和作为正极的膨胀石墨片(膨胀石墨的比例为100%、厚度:1.0mm、 体积密度:〇.4Mg/V)3的叠层体,成为该叠层体被夹在2张 Imm厚的丙締酸树脂制板4之间的 结构。此外,作为正极的膨胀石墨片3的端面周围设为对外部空气开放的状态。
[0106] 其中,上述作为正极的膨胀石墨片如下进行制作。
[0107] 首先,在浓度98%的浓硫酸100重量份中添加了5重量份的作为氧化剂的过氧化氨 而得到的酸处理液中,将灰分为0.01重量% W下的天然石墨浸溃30分钟并揽拌,使其反应, 由此获得酸处理石墨。接着,将该酸处理石墨从上述酸处理液取出后,充分水洗,由此使pH 接近7,进一步进行干燥。
[0108] 然后,将上述水洗后的酸处理石墨投入溫度800°C的电炉,进行过热膨胀化处理, 制作膨胀石墨。之后,在漉间通过上述膨胀石墨,由此对膨胀石墨进行加压,制作体积密度 0.4Mg/m 3且厚度为1. OOmm的膨胀石墨片。
[0109] W下将运样制作的空气电池称为电池 Al。
[0110] (实施例2)
[0111] 除了将上述作为正极的膨胀石墨片的体积密度设为0.7Mg/m3、将厚度设为0.55mm W外,与上述实施例1同样制作空气电池。
[0112] W下将运样制作的空气电池称为电池 A2。
[011引(实施例3)
[0114] 除了将上述作为正极的膨胀石墨片的体积密度设为1.OMg/m3、将厚度设为0.40mm W外,与上述实施例1同样制作空气电池。
[0115] W下将运样制作的空气电池称为电池 A3。
[0116] (实施例4)
[0117] 除了将上述作为正极的膨胀石墨片的体积密度设为1.6Mg/m3、将厚度设为0.24mm W外,与上述实施例1同样制作空气电池。
[0118] W下将运样制作的空气电池称为电池 A4。
[0119] (实施例5)
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