CN104067441B - 空气电池和使用该空气电池的电池组 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种空气电池(A1)，其作为电池组(B)彼此层叠使用，其中，将构成一空气电池(A1)的负极部件(50)的至少一部分以直接抵接于与该一空气电池(A1)邻接的其它空气电池(A1)的正极构成零件(30)的方式配置。作为其结果，不需要用负极杯对负极侧封口，能够实现轻量、小型化，并且，能够实现成本降低。

Description

空气电池和使用该空气电池的电池组

技术领域

本发明涉及空气电池和将该电池相互层叠而构成的电池组。

背景技术

作为这种空气电池，设为“电池组”的名称在专利文献1中有记载。专利文献1中记载的电池组在金属制的外装罐内纵向串联连接并收纳三个纽扣式空气电池，另外，在空气电池和外装罐之间配设有对该空气电池和外装罐进行绝缘的绝缘片。

各空气电池在形成为一端面开口的有底圆筒状的金属制的正极罐内部收纳锌等负极活物质、氢氧化钾水溶液等电解液等，通过负极杯对正极罐的开口部进行封口而构成。

但是，上述专利文献1中记载的电池组中，由于具有空气电池的重量比率大的负极板(负极杯)，故而难以实现轻量化，另外，存在也成为阻碍小型化的主要原因的未解决的课题。

专利文献1:(日本)特开2000-67824号公报

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种空气电池和使用该空气电池的电池组，能够废弃与所述负极杯相当的部件，也能够实现轻量、小型化以及成本降低。

用于解决上述课题，本发明提供一种空气电池，其作为电池组而彼此层叠使用，其中，将构成一空气电池的负极部件的(至少)一部分以直接抵接于与该一空气电池邻接的其它空气电池的正极构成零件即导电性的液密通气膜的方式配设。通过该构成，即使废弃与负极部件的所述负极杯相当的部件，也能够使邻接的空气电池彼此导通，并且也能够实现轻量、小型化以及成本降低。

根据本发明，能够废弃与现有的负极杯相当的部件，也能够实现轻量、小型化以及成本的降低。

附图说明

图1是使用了本发明第一实施方式的空气电池的电池组的剖面图；

图2是本发明第二实施方式的空气电池单体的剖面图；

图3是本发明第三实施方式的空气电池单体的剖面图；

图4是将本发明第四实施方式的空气电池上下二层层叠的状态的剖面图；

图5是将本发明第五实施方式的空气电池上下二层层叠的状态的剖面图；

图6(A)是本发明第六实施方式的空气电池的平面图，(B)是沿着该图6(A)的I－I线的剖面图，(C)是沿着该图6(A)的II－II线的剖面图；

图7(A)是本发明第七实施方式的空气电池的俯视图，(B)是本发明第七实施方式的空气电池的仰视图，(C)是沿着该图7(A)的III－III线的剖面图，(D)是沿着IV－IV线的剖面图。

具体实施方式

以下,参照附图对用于实施本发明的方式进行说明。图1是使用了本发明第一实施方式的空气电池的电池组的剖面图。

如图1所示，本发明之一例的电池组B为将三个空气电池彼此上下层叠而构成的。在本实施方式中，表示将本发明第一实施方式的两个空气电池A1、A1和空气电池A0上下三层层叠的构成。

本发明第一实施方式的空气电池A1具有框体10、触点部件20、正极构成零件30、电解液、隔板层40及负极部件50而构成。本实施方式中所示的框体10由于为聚丙烯(PP)或工程塑料等具有耐电解液性的树脂制的框体，具有电绝缘性。另外，作为框体10的材质，为了保持机械的强度，也可采用通过碳纤维或玻璃纤维等强化纤维复合而成的纤维强化塑料(FRP)。在采用了聚丙烯(PP)或工程塑料等具有耐电解液性的树脂的情况下，能够实现轻量化。但是，本实施方式的框体10如先前所述地具有电绝缘性是必须条件。“电解液”是以氢氧化钾(KOH)或氯化物为主要成分的水溶液或非水溶液。

本实施方式所示的框体10形成为使上下两面开口的圆筒形，在该框体10的一方(图示上方)的开口端面10a内缘部，遍及整周而形成有详情后述的用于嵌合触点部件20的嵌合部10b。

另外，在上述框体10的外周壁11、即与下述的液密透气膜31对向的高度位置，以将轴线O作为中心的所需的角度间隔形成有连通其外周壁11的内外的空气流通孔11a。嵌合部10b形成为内径与触点部件20的外径一致，且高度与该触点部件20的高度大致一致的台阶。

触点部件20为具有导电性的金属制造，用于与下述的液密透气膜31和正极部件32分别导通连接，且使之与在图示上侧邻接的其它的空气电池A1的框体10抵接的部件。

在本实施方式中所示的触点部件20形成为外径与嵌合部10b嵌合的环形，并且，在与该嵌合部10b嵌合时，形成为与框体10的开口端面10a共面的高度。

在该触点部件20的外周壁21、即与上述的透气用孔11a对向的位置，以与透气用孔11a相同的角度间隔形成有连通其外周壁21的内外的空气流通孔21a。

本实施方式中所示的正极构成零件30具有液密透气膜31、正极部件32及集电部件33而构成。该正极构成零件30为用于由正极部件32进行氧化还原反应的催化剂及用于形成导电总线的例如碳粉形成的导电层，能够形成用于将催化剂及碳粉作为层而形成的含有粘合剂等的构成。

液密透气膜31具有导电性，并且具有液密透气性，形成用于进行正极的气体供给(空气)的多个微细的孔，且由使电解液不向外部漏出那样的氟树脂等形成。在本实施方式中，液密透气膜31形成为外径与触点部件20的内径一致的俯视圆形。换言之，以覆盖下述的正极部件32的外面32a的方式形成。另外，液密透气膜31以其自身的液密性或水密性阻止液体的流通，另一方面，具有允许空气等气体流通的透气性。

集电部件33为由不锈钢、Cu、Ni及碳等形成的导电性的开口体，其开口率根据正极部件32的导电性，例如若是金属网则能够在相当于50～600目的规格中采用。此外，也能够使用复写纸。

本实施方式中所示的集电部件33形成为与上述的框体10的内径一致的俯视圆形，为具有使离子流通的大小的流通孔的导电性的金属网等。通过配设该集电部件33，能够使导电性及机械强度提高。

正极部件32由含有催化剂的导电性且多孔质的材料形成，例如，由碳材料和粘合剂树脂形成，在导电性多孔质体内含有二氧化锰等催化剂。

负极部件50为例如以Li、Al、Fe、Zn、Mg的纯金属或它们中的一种以上为主要成分的合金制造的材料，以使该负极部件50的一部分或全部直接抵接于与该空气电池A1邻接的其它的空气电池A1的正极构成零件30的方式配设。即，如图1所示，在将空气电池A0作为最下层并在其上层叠两个空气电池A1的情况下，上侧的空气电池A1的负极部件50的下面整个面与其下侧的空气电池A1或A0的为正极构成零件30处的具有导电性的液密透气膜31正对，因此，如后所述，如果将上侧的空气电池A1的负极部件50的至少一部分压接于下侧的空气电池A1或A0的液密透气膜31，则上下的空气电池彼此导通并串联连接。

本实施方式中所示的负极部件50形成为外径与框体10的内径一致的圆板形，并且使负极部件50的下面50a和框体10的下端面10c共面或使负极部件50的下面50a比框体10的下端面10c更向下方稍突出。由此，在空气电池A1中，能够将以往必要的集电板、例如图1的最下层的空气电池A0具有的集电板22废弃掉。

空气电池A0除了在上述的空气电池A1将集电板22配设于框体10的下端面10c之外，与对上述空气电池A1说明的构成相同，因此，在图1中，标注与其相同的附图标记并省略说明。

集电板22为具有导电性且电解液不会向盒外部漏出的材质，例如，除了不锈钢、铜(合金)之外，在金属表面电镀具有耐蚀性的金属。

接着，对使用了上述的空气电池的电池组B的组装进行说明。在最下侧的空气电池A0上层叠空气电池A1时，该空气电池A0的触点部件20的上端面20a和框体10的上端面10a与其之上的空气电池A1的框体10的下端面10c抵接。

另外，同时，空气电池A1的负极部件50的下面50a与空气电池A0的液密透气膜31抵接紧密贴合且导通。由此，将上下的空气电池A1、A0彼此串联连接。此时，由于空气流通孔11a、21a在框体10、触点部件20上分别形成，故而能够容易地进行空气的流通。

另外，在该空气电池A1的上侧层叠与其不同的空气电池A1的话，该空气电池A1的触点部件20的上端面20a和框体10的上端面10a与上侧的空气电池A1的框体10材料20的下端面10c抵接。同时，上侧的空气电池A1的负极部件50的下面50a与下侧的空气电池A1的液密透气膜31抵接紧密贴合且导通。由此，将上下的空气电池A1、A1彼此串联连接。此时，由于与上述同样地将空气流通孔11a、21a在框体10、触点部件20上分别形成，故而能够容易地进行空气的流通。

根据该构成，由于采用了导电性的液密透气膜31，故而能够增大与负极部件的接触面积，能够降低接触界面的电阻。另外，在电流控制的运转中，通过负极面积的变化，根据电压的变化能够监视负极部件的消耗程度。

根据以上的构成，除了能够废弃以往必须的与用于封口的相当的部件之外，至少在空气电池A1中也能够连空气电池A0的集电板22也废弃掉，因此，不仅能够轻量、小型化，也能够实现成本的降低。另外，在组装时能够减少零件，故而能够更容易地进行组装。

接着，参照图2对第二实施方式的空气电池进行说明。图2是第二实施方式的空气电池的剖面图。此外，对于与上述实施方式中说明的部件相同的部件标注相同的附图标记并省略说明。

第二实施方式的空气电池A2的框体和负极部件的形状不同。负极部件50A由直径与框体10A的内径一致的小径部50A′和直径比该小径部50A′大的大径部50A″构成。

框体10A形成为上下两面开口的圆筒形，在该框体10的一方(图示上方)的开口端面10a内缘部，遍及整周而形成有用于嵌合导电性的液密透气膜31的嵌合部10b。

在该框体10的另一(图示下方)开口端面(下端面)10c的内缘部，遍及整周而形成有用于嵌合负极部件50A的大径部50A″的嵌合部10d。另外，以使该负极部件50A的整个下面直接抵接于与该空气电池A1邻接的其他空气电池A1的正极构成零件30、即形成有正极构成构成零件30的液密透气膜31的方式形成。

根据该构成，与前面的第一实施方式相同，采用导电性的液密透气膜31，因此，能够大幅取得与负极部件的接触面积，能够降低接触界面的电阻。另外，在电流控制的运转中，通过负极面积的变化，根据电压的变化能够监视负极部件的消耗程度。

参照图3对第三实施方式的空气电池进行说明。图3是第三实施方式的空气电池的剖面图。此外，对于与上述的实施方式中说明的部件相同的部件标注相同的附图标记并省略说明。

第三实施方式的空气电池A3与上述的空气电池A2相同，框体和负极部件的形状不同。负极部件50B形成为截面面积从其上面50a向下面50b附近逐渐变大的大致梯形截面。该负极部件50B以使其下面50b整体直接抵接于与该空气电池A3邻接的其他空气电池A3的正极构成零件30、即形成有正极构成构成零件30的液密透气膜31的方式形成。

框体10B形成为上下两面开口的圆筒形，在该框体10B的另一(图示下方)开口端面10b内缘部，遍及整周而形成有用于嵌合负极部件50B的嵌合部10e。通过该构成，也能够得到与上述空气电池A2同样的效果。

参照图4对第四实施方式的空气电池进行说明。图4是将第四实施方式的空气电池上下两层层叠的状态的剖面图。此外，对于与上述的实施方式中说明的部件相同的部件标注相同的附图标记并省略说明。

第四实施方式的空气电池A4将导电性的液密透气膜31的外径D2设定得比负极部件50A的外径D1大。由此，通过继续的使用，在负极部件50A的溶解进行而贯通时，以比该负极部件50A大的尺寸设定的液密透气膜31也发挥密封功能。

参照图5对第五实施方式的空气电池进行说明。图5是将第五实施方式的空气电池上下两层层叠的状态的剖面图。此外，对于与上述各实施方式中说明的部件相同的部件标注相同的附图标记并省略说明。

第五实施方式的空气电池A5在一空气电池A5的导电性的液密透气膜31和与其抵接的其他空气电池A5的负极部件50C的界面上形成有用于使空气流通的空气流路(图中箭头标记所示)。

此外，在图5中虽未作记载，但空气流路在负极部件50C的上述抵接的面(尤其是50C″)，以空气沿图中箭头标记的方向流动的方式形成有槽。或者，在液密透气部件31的抵接的面形成有槽。

框体10C形成为上下两面开口的圆筒形或矩形。图5为以矩形为前提时的剖面构造(以下相同)。另外，在两开口端面内缘部均未形成嵌合部。负极部件50C形成有外径与框体10C的内径一致的小径部50C′、和外径位于框体10C的内径和外径之间的大径部50C″。

大径部50C″被夹入相邻的两个空气电池A5、A5彼此之间、即一空气电池A5的框体10C的下端面10b和其他空气电池A5的框体10C的上端面10a之间，形成上述空气流路。

此外，33A为与上述的集电部件33同样的集电部件，配设在小径部50C′和大径部50C″的边界。换言之，配设在与框体10C的下端面10b大致共面的高度位置。

在该空气流路的出入口设有透气性比上述液密透气膜31高的液密透气膜31A。本实施方式中所示的液密透气膜31A形成为内径与液密透气膜31的外径一致，且外径与框体10C的外径一致。

根据上述的构成，液密透气膜31A作为空气流路的出入口的液体密封功能部件发挥作用。即，在不使用集电板而直接与负极部件50C抵接时，在因负极部件50C的贯通溶解而使电解液漏出的情况下，也能够防止电解液从空气流路的出入口泄漏。此外，如图5所示，在使两个空气电池A5彼此重合的情况下，通过使下侧的空气电池A5的液密透气膜31和上侧的空气电池A5的负极部件50C的大径部50C″紧密贴合，上下的空气电池A5彼此导通并串联连接。

参照图6对第六实施方式的空气电池进行说明。图6(A)是第六实施方式的空气电池的平面图，(B)是沿着该图6(A)所示的I－I线的剖面图，(C)是沿着该图6(A)所示的II－II线的剖面图。此外，对于与上述各实施方式中说明的部件相同的部件标注相同的附图标记并省略说明。

第六实施方式的空气电池A6为在形成为俯视长方形框形的框体60内配设有上述的正极构成零件30、电解液及隔板层40及负极部件50A，并且具有流路形成部件70和高透气性密封部件80、80的构成。

流路形成部件70配设于成为正极构成零件30的导电性的液密透气膜31上，使与空气的流通方向α平行的多个肋71…彼此等间隔地排列。另外，流路形成部件70也具有导电性。高透气性密封部件80、80设于与框体60的空气的流入侧侧面60b和流出侧侧面60c相当的位置，更具体地，设于框体60中的长边侧的上端面60a、60a上的中央部，容易进行空气的流通。

在将空气电池A6、A6彼此层叠的情况下，配设有高透气性密封部件80、80的框体60的上端面60a设定得比流路形成部件70相对更低，以在上下的空气电池A6、A6彼此之间划分形成空气流路。

参照图7对第七实施方式的空气电池进行说明。图7(A)是第七实施方式的空气电池的俯视图，(B)是其仰视图，(C)是沿该图7(A)的III－III线的剖面图，(D)是沿着IV－IV线的剖面图。另外，对于与上述各实施方式中说明的部件相同的部件标注相同的附图标记并省略说明。

第七实施方式的空气电池A7将俯视环形的外框部件90或比其小径的圆筒形的空气导入管91配置为以轴线O为中心的同心圆。在由这些外框部件90和空气导入管91围绕的内空间，彼此层叠配设有上述的触点部件20、流路形成部件110、正极构成零件30、电解液、隔板层40及负极部件50。

在外框部件90的上端面90a设有上述的高透气性密封部件100，其设为与外框部件90的内外径一致的壁厚且设为所需要的高度，并且形成为围绕液密透气膜31的圆环形。在该高透气性密封部件100中，连通外框部件90的内外的透气用槽101以将轴线O作为中心的所需的角度间隔形成。

如图7(C)所示，空气导入管91以与高透气性密封部件100相同的高度形成，在该上端面91a，在通过轴线O的直径线上形成有空气导入槽92。另外，在该下端面91b，在通过轴线O的直径线上也形成有空气导入槽94。

流路形成部件110配设于构成正极构成零件30的导电性的液密透气膜31上，具有按照以轴心O为中心的放射状排列的多个肋而构成，以使从空气导入孔92导入的空气在上述的透气用槽101中顺畅地流通。

以上详细地进行了说明，总之，上述各实施方式中说明的各构成不限于在上述各实施方式中适用，也可将在一实施方式中说明的构成挪用或适用于另一实施方式中，进而也可以任意地进行组合。

Claims (10)

1.一种空气电池，其作为电池组彼此层叠使用，其中，

该空气电池具有负极部件、正极构成零件、以及包围负极部件和正极构成零件的外周的框体，

正极构成零件具有导电性的液密透气膜，

液密透气膜的表面和所述框体部件的一方的开口端面共面，

将构成一空气电池的负极部件的至少一部分以直接抵接于与该一空气电池邻接的其它空气电池的正极构成零件的液密透气膜的方式配设。

2.如权利要求1所述的空气电池，其中，

使一空气电池的负极部件的截面面积从该一空气电池的正极构成零件侧朝向邻接的其它空气电池的正极构成零件连续或阶段性地增加。

3.如权利要求1所述的空气电池，其中，

与一空气电池的负极部件抵接的其它空气电池的液密透气膜设定为比该一空气电池的负极部件大的面积。

4.如权利要求2所述的空气电池，其中，

与一空气电池的负极部件抵接的其它空气电池的液密透气膜设定为比该一空气电池的负极部件大的面积。

5.如权利要求1～4中任一项所述的空气电池，其中，

在液密透气膜和与其抵接的负极部件的界面上形成有空气流动的空气流路，在该空气流路的出入口设有透气性至少比与正极部件对向的面的液密透气膜高的液密透气膜。

6.如权利要求1～4中任一项所述的空气电池，其中，

在框体上设有向液密透气膜供气的空气流通孔。

7.如权利要求5所述的空气电池，其中，

在框体上设有向液密透气膜供气的空气流通孔。

8.如权利要求1～4中任一项所述的空气电池，其中，

负极部件的表面与框体的另一端侧共面或者比框体的另一端侧稍突出，而与液密透气膜接触。

9.如权利要求5所述的空气电池，其中，

负极部件的表面与框体的另一端侧共面或者比框体的另一端侧稍突出，而与液密透气膜接触。

10.一种电池组，将权利要求1～9中任一项所述的空气电池彼此相互层叠而构成。