CN104106177B - 空气电池和使用该空气电池的电池组 - Google Patents

空气电池和使用该空气电池的电池组 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种空气电池和使用该空气电池的电池组。空气电池(B1)作为电池组(A)而相互重叠使用，其中，在形成于正极材料(22)与负极材料(35)之间的电解液层(25)上配设有一个或两个以上的防变形部件(12)，该防变形部件(12)与所述正极部件(22)或负极部件(35)或其二者抵接用以防止变形。

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使用该空气电池的电池组。
背景技术
作为关于这种空气电池的技术，以“水电池”为名称，具有日本注册实用新型第3152998号(专利文献1)所公开的技术。专利文献1公开的水电池具有：形成有两个注水口的第一、第二端部；金属制的负极内筒体；填充到负极内筒体中的由氧化物质构成的粉末填充材料；插入该粉末填充材料中的由碳构成的棒状正极集电体，在该负极内筒体的内部设有用于将该内部分隔的分隔壁，在该内部的第二端部侧形成有未填充有粉末填充材料的空间部。其他相关技术在日本专利申请公表特表2005－527069号中进行示例。
但是，在将上述专利文献1记载的水电池相互重叠使用的情况下，若为了减少相互的接触电阻而施加高负荷，则产生在形成于第二端部侧的未填充有粉末填充材料的空间部引起的变形或破损，该课题仍未得到解决。另外，即使进行了使空间部不变形的处置，若由此在与电解液相接的正极的一部分产生电解液不能浸透的区域的话，则进一步产生电解液的注入以及扩散耗费时间，启动延迟的课题。
发明内容
本发明能够提供在施加使相互的接触电阻降低这样大的负荷而相互重叠使用时也不产生变形的空气电池和使用该空气电池的电池组。
本发明的一方面提供一种空气电池，其作为电池组而相互重叠使用，其中，在形成于正极部件与负极部件之间的电解液层配设有一个或两个以上的防变形部件，该防变形部件与所述正极部件或负极部件或其二者抵接用以防止变形。另外，在防变形部件的端面形成有与正极部件或负极部件 的至少一方抵接并允许电解液的流动的流动允许部。
根据该方面，在将空气电池相互重叠而形成为电池组时，也能够通过与正极部件或负极部件或其二者抵接用以防止变形的一个或两个以上的防变形部件来防止电解质层的变形。另外，能够使电解液迅速地扩散。
附图说明
图1是使用本发明第一实施方式的空气电池的电池组的剖面图；
图2(A)是构成本发明第一实施方式的空气电池的一部分的框体的平面图，图2(B)是沿图2(A)所示的IIB－IIB线的剖面图；
图3(A)是构成本发明第二实施方式的空气电池的一部分的框体的平面图，图3(B)是沿图3(A)所示的IIIB－IIIB线的剖面图；
图4(A)是构成本发明第三实施方式的空气电池的一部分的框体的平面图，图4(B)是沿图4(A)所示的IVB－IVB线的剖面图；
图5是构成本发明第四实施方式的空气电池的一部分的框体的平面图；
图6(A)是构成本发明第五实施方式的空气电池的一部分的框体以及将液密通气膜拆下后的平面图，图6(B)是安装有液密通气膜的状态下的沿图6(A)所示的VIB－VIB线的剖面图；
图7(A)是构成本发明第六实施方式的空气电池的一部分的框体的平面图，图7(B)是沿图7(A)所示的VIIB－VIIB线的剖面图；
图8是构成本发明第七实施方式的空气电池的一部分的框体的平面图。
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是使用本发明第一实施方式的空气电池的电池组的剖面图，图2(A)是构成本发明第一实施方式的空气电池的一部分的框体的平面图，图2(B)是沿图2(A)所示的IIB－IIB线的剖面图。
如图1所示，本发明的一例的电池组A在壳体5内收纳有相互上下重叠的三个空气电池B1…，对这些空气电池B1…施加有箭头标记所示的负荷。
壳体5具有形成为能够重叠收纳空气电池B1…的高度的圆筒形的主体 6、将该主体6的上下开口封住的盖部件7、8。另外，在图1中，由标记P来表示负荷的作用方向。
本发明第一实施方式的空气电池B1具有框体10、触点部件15、正极构成部件20、电解液层25、隔板30、负极部件35以及集电板40而构成。在本实施方式中所示的框体10为具有耐电解液性的树脂制部件，能够采用利用CF、GF等进行了FRP化后的部件，使强度更高。
具体地，通过聚丙烯、氟树脂、丙烯酸树脂、聚氯乙烯、聚偏氯乙烯、聚异丁烯、氯化聚醚、呋喃树脂、环氧树脂、尼龙等常用树脂或聚苯硫醚、聚醚醚酮等特种工程塑料而形成。“电解液”为以KOH或氯化物为主要成分的水溶液或非水溶液。
在本实施方式中所示的框体10配设有：外框部件11，其使上下两面开口且形成为平面看长方形；五个防变形部件12，其以沿着所述外框部件11的长度方向的规定间隔配置在配设于后述的正极部件22与负极部件35之间的上述电解液层25，并且与正极部件22或负极部件35或其二者抵接用以防止变形。
另外，如图2(A)、(B)所示，在防变形部件12与正极部件22抵接的抵接面(图示上表面)形成允许电解液流动的流动允许部R。另外，在附图中，为了明示流动允许部R，以将正极部件22等拆下的状态进行表示。
五个防变形部件12相互隔开规定的间隔且在侧壁14、14之间一体地架桥形成，通过这些防变形部件12将由外框部件11围绕的空间划分形成为六个电解液空间S1～S6。“电解液空间”为用于使注入的电解液滞留的空间。
在本实施方式中，表示了防变形部件12经由隔板30与负极部件35间接地抵接，但显然，防变形部件12也可以不经由隔板30而与负极部件35直接抵接。
在本实施方式中所示的流动允许部R形成有多个微细的凸部，但也可以将防变形部件12的端部作为具有微细的凸部的流动允许部R。即，在流动允许部R与正极部件22抵接的情况下，以电解液在其抵接区域流动的方式形成流动允许部R。
另外，也可以形成多个将由防变形部件12划分的两电解液空间S1～S6 连通的连通槽。
在本实施方式中，防变形部件12不直接与正极部件22面接触，而是由流动允许部R的细微的凸部实质地进行点接触。因此，能够承受经由正极部件22施加的荷重(P)并且在该抵接区域也能够使电解液流动、扩散。
在上述外框部件11的两端壁11a、11a的上端部内面形成有触点嵌合部13、13，该触点嵌合部13、13形成为与触点部件15的高度大致一致的台阶。触点部件15为具有导电性的金属制部件，分别与下述的液密通气膜21和正极部件22导通连接，并且，在图中上侧与相邻的其他空气电池B1的集电板40导通接触。
在本实施方式中所示的触点部件15形成为与触点嵌合部13嵌合的大小的板状体，并且在与该触点嵌合部13嵌合时，形成为与外框部件11的上端面11b共面的高度。
在本实施方式所示的正极构成部件20由液密通气膜21和正极部件22构成。该正极构成部件20为用于利用正极部件22进行氧还原反应的催化剂或用于形成导电通路的例如由碳粉形成的导电层，包含用于将催化剂或将碳粉形成层状的粘合剂等。
液密通气膜21具有液密通气性，形成用于进行正极的气体供给(空气)的多个微细的孔，并且为不使电解液向外部漏出那样的氟树脂制部件。
在本实施方式中所示的液密通气膜21形成为与由触点部件15和侧壁14、14围绕的轮廓一致的平面看长方形。换言之，以覆盖下述的正极部件22的外面22a的方式形成。
正极部件22由包含催化剂的导电性、多孔质材料形成，例如由碳材料或粘合树脂形成，在多导电多孔体内包含有二氧化锰等催化剂。
隔板30用于将上述的正极部件22和负极部件35分离。负极部件35例如为Li、Al、Fe、Zn、Mg的纯金属或合金制部件。集电板40具有导电性，并且为使电解液不向盒外部漏出的材质的部件，例如，除了不锈钢、铜(合金)之外，在金属表面镀敷具有耐腐蚀性的金属。
根据上述构成的空气电池B1，在将多个空气电池层积时，能够抑制由压缩负荷导致的电解液层25等的构成部件的变形，并且能够确保填充电解液的空间。
根据本空气电池B1，由于在防变形部件12与正极部件22的界面也能够使电解液扩散，故而在注入电解液时，电解液容易浸透而能够迅速地启动。另外，即使是与防变形部件12抵接的正极部件部分也能够进行充分的电化学反应，故而能够提高发电效率。
另外，在上述防变形部件12与正极部件22抵接的面(图示上表面)例如通过涂覆而实施亲水化处理。亲水化处理只要在注入电解液时使电解液浸透防变形部件12的上表面即可，对亲水化处理的耐药品性及耐久性不作要求。
在该情况下，在防变形部件12的上表面与正极部件22之间能够浸透供给电解液，在与防变形部件12相接的正极部件部分也供给足够的电解液，由于能够使该部分的反应充分地进行反应，故而能够提高发电性能。
另外，在本实施方式中，将流动允许部R形成在防变形部件12与正极部件22的界面，但也可以形成在防变形部件12与隔板30(负极部件35)的界面。在以下的实施方式中，省略了流动允许部R的图示。
接着，参照图3(A)、(B)对本发明第二实施方式的空气电池进行说明，图3(A)是构成本发明第二实施方式的空气电池的一部分的框体的平面图，图3(B)是沿图3(A)所示的IIIB－IIIB线的剖面图。另外，对于与在上述各实施方式中说明的部件相同的部件标注同一标记并说明说明。
本实施方式的空气电池B3在上述的一侧壁14的外面配设注液箱45，并且在该侧壁14的与由防变形部件12A划分的各电解液空间S1～S4相对的各位置分别形成有注入孔14a。另外，在本实施方式中所示的防变形部件12A以相对于从外部注入的电解液的注入方向α不正交的方式形成。另外，形成为防变形部件12A的上表面与正极部件22的下表面抵接且下表面与负极部件35的上表面抵接的高度。
即，从上面观察到的防变形部件12A的延伸方向不与上述电解液的注入的流动的主轴方向α正交。换言之，防变形部件12A规定的假想面的法线方向不与主轴方向α平行，最好与之垂直。因此，防变形部件12A在两面形成层流边界层，故而电解液的流动的主轴不会与防变形部件12A直接碰撞而产生涡流等来阻碍流动，由此形成层流，能够有效地进行电解液W向电解液空间整体的扩散。另外，能够迅速地进行电解液注入后的启动。另外，由于在防变形部件12A的端部形成未图示的流动允许部R，能够实现高的发电效率。
接着，参照图4(A)、(B)对本发明第三实施方式的空气电池进行说明。图4(A)是构成本实施方式的空气电池的一部分的框体的平面图，图4(B)是沿图4(A)所示的IVB－IVB线的剖面图。另外，对于与在上述各实施方式中说明的部件相同的部件标注同一标记并说明说明。
本实施方式的空气电池B4与上述空气电池B3同样地，在上述的一侧壁14的外面配设注液箱45，并且在该侧壁14的与由防变形部件12A划分形成的各电解液空间S1～S4相对的各位置分别形成有注入孔14a。另外，在图4中仅表示框体10和注液箱45。
另外，防变形部件12以其延伸方向与从外部注入的电解液W的注入方向α不正交的方式形成，在本实施方式中，在两端壁11a、11a之间与电解液W的注入方向α平行地延伸形成。
由此，能够使从外部注入的电解液在电解液空间S1～S4的整个区域良好地扩散。即，能够有效地进行电解液W的扩散并且迅速地进行电解液注入后的启动。
在各防变形部件12形成有用于使在各防变形部件12的两侧划分形成的例如两电解液空间S1、S2的电解液彼此流通的电解液流通部。
在本实施方式中，作为电解液流通部，形成有多个将由各防变形部件12划分形成的两电解液空间S1、S2等彼此连通的大致圆形的电解液流通孔12a。
由此，由于能够使两电解液空间S1、S2等内的电解液W通过电解液流通孔12a而相互流动，故而能够有效地进行电解液W的扩散，并且能够迅速地进行注入电解液后的启动。
另外，电解液流通孔不限于相互相同形状、相同大小地形成，例如也可以使大小等有规则地不同。另外，不限于孔这样的形式，也可以形成为切口或槽这样的形式。
参照图5对本发明第四实施方式的空气电池进行说明。图5是构成本实施方式的空气电池的一部分的框体的平面图。另外，对于与在上述各实施方式中说明的部件相同的部件标注同一标记并省略说明。
本实施方式的空气电池B5通过在框体10的侧壁14、14之间架桥形成三个防变形部件12、12、12，从而将该框体10内划分形成为四个电解液空间S1～S4。
在防变形部件12、12、12中的两侧的防变形部件12、12上分别形成有多个上述的电解液流通孔12a。
在侧壁14、14的一方的与在最两侧被划分形成的电解液空间S1、S4相对的位置不形成上述的注入孔14a。即，电解液空间S1、S4成为不直接从外部注入电解液W的构造。
在本实施方式中，在与在最两侧被划分形成的电解液空间S1、S4相对的位置形成有抽气孔14b、14b。
在该构成中，若向电解液空间S2、S3注入电解液，则能够使电解液通过形成于两侧的防变性部件12、12的电解液流通孔12a向电解液空间S1、S4流通扩散。
即，在注入电解液W时，能够通过防变性部件12控制电解液W流入内部的顺序，另外，能够通过抽气孔14b、14b将电解液空间S1、S4中存在的空气迅速地挤出。另外，能够迅速地注入电解液W，能够缩短从注入到发电的时间。
参照图6(A)、(B)对本发明第五实施方式的空气电池进行说明。图6(A)是构成本实施方式的空气电池的一部分的框体以及将液密通气膜拆下后的平面图，图6(B)是安装有液密通气膜的状态下的沿图6(A)所示的VIB－VIB线的剖面图。另外，对于与在上述各实施方式中说明的部件相同的部件标注同一标记并省略说明。
本实施方式的空气电池B6的液密通气膜与上述不同。液密通气膜21A以一定的间隔形成有构成空气流路的凹凸的槽部分23，并且该槽部分23与电解液的注入方向α正交。
根据该构成，由于使受到负荷的液密通气膜21的凹凸和防变形部件12A正交而形成，故而能够防止正极部件22的变形。
另外，能够防止由变形导致的正极部件22的破损及由形成有多个的气体流路彼此的配流偏差导致的性能稳定性的降低。
参照图7(A)、(B)对本发明第六实施方式的空气电池进行说明。图7 (A)是构成本实施方式的空气电池的一部分的框体的平面图，图7(B)是沿图7(A)所示的VIIB－VIIB线的剖面图。另外，对于与在上述各实施方式中说明的部件相同的部件标注同一标记并省略说明。
本实施方式的空气电池B7的框体的构造不同。在本实施方式中所示的框体10A配设有：外框部件11，其将上下两面开口且形成为平面看长方形；三个防变形部件12A，其以沿着所述外框部件的长度方向的规定间隔配置在配设于正极部件22与负极部件35之间的上述电解液层25，并且与正极部件22或负极部件35或其二者抵接用以防止变形，并且与外框部件11的长度方向的中心线O一致而将第二防变形部件12C在端壁11a、11a之间架桥形成。
第二防变形部件12C形成为与防变形部件12A相同的宽度(高度)，在其下边缘12C′，相互隔开规定的间隔而形成有多个电解液流通槽16，该电解液流通槽16用于使电解液在由第二防变形部12C一分为二的电解液空间流通。
根据该构成，能够分担使空气电池彼此重叠时的负荷，并且由于设有电解液流通槽16，故而不妨碍注入时的电解液的扩散。另外，能够抑制将空气电池彼此重叠时的各空气电池的变形，并且通过有效的注入也能够缩短启动时间。
参照图8对本发明第七实施方式的空气电池进行说明。图8是本实施方式的空气电池的剖面图。另外，对于与在上述各实施方式中说明的部件相同的部件标注同一标记并省略说明。
本实施方式的空气电池B8的框体的构造不同。在本实施方式中所示的框体10B配设有：外框部件11，其将上下两面开口且形成为平面看长方形；四个防变形部件12和防变形部件17，其以沿着所述外框部件11的长度方向的规定间隔配置在配设于正极部件22与负极部件35之间的电解质层25，与该正极部件22或负极部件35或者其二者抵接用以防止变形。
防变形部件17配设在四个防变形部件12的中央，形成为其上端面17a与其他防变形部件12共面且下端面17b与集电板40的上表面抵接的高度。
根据该构成，即使通过放电而使负极部件35耗尽，防变性部件17也能够负担将空气电池彼此重叠时的负荷，并且能够抑制空气电池的变形。
以上对本发明进行了详细地说明，但在上述各实施方式中说明的各构成不限于仅适用于上述各实施方式，能够将在一实施方式中说明的构成比照适用或适用于其他实施方式，另外能够将其任意地组合。
在上述实施方式中，以在防变形部件形成有电解液流通部为例进行了说明，但也可以将防变形部件由在其两侧划分形成的两电解液空间中使电解液流通的多孔质材料形成。
由此，由于能够使相邻的两个电解液空间等内的电解液相互流动，故而能够有效地进行电解液的扩散，并且能够在注入电解液后迅速地启动。
根据本发明，在受到使相互的接触电阻降低这样大的负荷而相互重叠使用时也不产生变形。另外，即使设置防变形部件，由于不产生电解液不能够浸透的区域，故而能够迅速地启动，另外，在电极的整个面上能够进行电化学反应，故而发电效率高。
(美国指定)
关于本国际专利申请在美国的指定，基于美国专利法第11条(a)的规定，要求2012年2月7日在日本提出申请的日本专利申请第2012－023775号以及2013年2月1日在日本提出申请的日本专利申请第2013－018072号的优先权，在此引用其内容。

Claims (11)

1.一种空气电池，其作为电池组而相互重叠使用，其特征在于，
配设有外框部件和一个或两个以上的防变形部件，
所述外框部件围绕在正极部件与负极部件之间的电解液层，
所述防变形部件在构成所述外框部件的侧壁间一体地架桥形成，将被所述外框部件围绕的电解液层划分成多个电解液空间，并且与所述正极部件或所述负极部件或其二者抵接用以防止变形，
在防变形部件的端面形成有与正极部件或负极部件的至少一方抵接并允许电解液在所述多个电解液空间之间流动的流动允许部，
在由防变形部件划分形成的电解液空间中的一个或两个以上的空间形成有用于注入电解液的注入孔，
从外部注入的电解液的流动的主轴方向不与防变形部件的延伸方向正交，
形成有流动允许部，以在正极部件或负极部件的整个面上进行电化学反应。
2.如权利要求1所述的空气电池，其特征在于，
对防变形部件与正极部件抵接的面实施亲水化处理。
3.如权利要求1所述的空气电池，其特征在于，
在防变形部件形成有多个电解液流通部，该电解液流通部用于使在所述防变形部件的两侧划分形成的两电解液空间内的电解液彼此流通。
4.如权利要求1所述的空气电池，其特征在于，
防变形部件由使电解液在所述防变形部件的两侧划分形成的两电解液空间流通的多孔质材料形成。
5.如权利要求1所述的空气电池，其特征在于，
在所述外框部件的侧壁，在与由所述防变形部件划分的各电解液空间相对的各位置分别形成注入孔。
6.如权利要求1所述的空气电池，其特征在于，
防变形部件由聚丙烯、氟树脂、丙烯酸树脂、聚氯乙烯、聚偏氯乙烯、聚异丁烯、氯化聚醚、呋喃树脂、环氧树脂、尼龙或聚苯硫醚、聚醚醚酮形成。
7.如权利要求1所述的空气电池，其特征在于，
在正极部件上层积形成的液密通气膜上，相互平行地形成有用于使空气流通的多个流路，使这些流路方向和框体的防变形部件交叉地配置。
8.如权利要求1所述的空气电池，其特征在于，
形成有将由防变形部件划分形成的电解液空间进一步进行划分的第二防变形部件，在该第二防变形部件上形成有用于使由该第二防变形部件划分的电解液空间内的电解液相互流通的电解液流通部。
9.如权利要求1所述的空气电池，其特征在于，
与负极部件邻接而配设有集电板，
使任一防变形部件与该集电板直接抵接。
10.如权利要求1所述的空气电池，其特征在于，
流动允许部具有多个微细的凸部。
11.一种电池组，其特征在于，将权利要求1所述的空气电池相互重叠。
CN201380008269.8A 2012-02-07 2013-02-06 空气电池和使用该空气电池的电池组 Active CN104106177B (zh)

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