JP2017183018A - バナジウムレドックス二次電池 - Google Patents

Abstract

【課題】正極ユニット及び負極ユニットをケース内に効率よく収容することができるバナジウムレドックス二次電池を提供する。【解決手段】バナジウムレドックス二次電池は、負極電極１０と、第１導電体１１と、第１シーラント１３と、イオン交換膜１４とを有する負極ユニット１、正極電極２０と、第２導電体２１とを有し、負極ユニット１に対向する正極ユニット２、負極ユニット１及び正極ユニット２を挟持する二枚の挟持板６，６、酸性の正極用電解液１０４、及び負極ユニット１、正極ユニット２、二枚の挟持板６，６及び正極用電解液１０４を封入するケースを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、バナジウムイオン又はバナジウムを含むイオンを含有する活物質を用いたバナジウムレドックス二次電池に関する。

電池は、家電製品、電気自動車、ハイブリッド自動車及び太陽光発電設備等に広く用いられている。この電池として、バナジウムレドックス二次電池（例えば、特許文献１参照）又はリチウムイオン二次電池等が挙げられる。

バナジウムレドックス二次電池は、セルをケースに収容することにより構成される。セルは、二つのシート部の周縁部を接合することにより形成される外装と、該外装の内部に配され、交互に重ねられた複数の平板状の正極ユニット及び負極ユニットとを備える。

各負極ユニットは、負極電極と、平板状をなし、一平面に前記負極電極が設けられた第１導電体とを有する。正極ユニットは同様に第２導電体及び正極電極を有する。正極電極及び負極電極は、活物質、導電助剤としての炭素材料、バインダ及び電解液を有する。活物質は、バナジウムイオン又はバナジウムを含むイオンを含有している。セル内においては、正極電極及び負極電極が対向している。バナジウムレドックス二次電池は、正極電極及び負極電極間における酸化還元反応を利用して充放電を行う。

また、負極電極及び第１導電体、正極電極及び第２導電体における接触抵抗の上昇を防止するため、セルを、正極ユニット及び負極ユニットの対向方向において外装の外側から押圧部材により挟みケース内に収容することにより、押圧する場合がある。

特開２０１４−２３５８３３号公報

しかしながら、上記の構成では正極ユニット及び負極ユニットを配する外装において、シート部の周縁部に接合部分が必要となり、全体の体積が大きくなる。また、セルを外装の外側から押圧部材により挟むため、外装の厚み分かさばる。したがって、正極ユニット及び負極ユニットをケース内に収容する効率が悪くなるという問題がある。

本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、正極ユニット及び負極ユニットをケース内に効率よく収容することができるバナジウムレドックス二次電池を提供することにある。

本発明に係るバナジウムレドックス二次電池は、バナジウム又はバナジウムイオンを含有する活物質及び酸性の電解液を含有する負極電極と、平板状をなし、一平面に前記負極電極が設けられた第１導電体と、電解液非透過性であり、前記第１導電体の側面及び前記一平面の周縁部を覆い、前記負極電極を囲むシーラントと、前記負極電極を覆い、前記シーラントに固着された隔膜とを有する負極ユニット、バナジウム又はバナジウムイオンを含有する活物質を含有しており、前記隔膜に接し、前記負極電極に対向する正極電極と、該正極電極が一平面に設けられた第２導電体とを有し、前記負極ユニットに対向する正極ユニット、前記負極ユニット及び正極ユニットを挟持する二枚の挟持板、酸性の正極用電解液、及び前記負極ユニット、前記正極ユニット、前記二枚の挟持板及び前記正極用電解液を封入するケースを備えることを特徴とする。

本発明によれば、正極ユニット及び負極ユニットをケース内に効率よく収容することができる。

実施の形態１に係る電池を示す断面図である。 セルの構造を示す断面図である。 実施の形態２に係るセルの構造を示す断面図である。 実施の形態３に係るセルが備える正極ユニットの断面図である。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る電池を示す断面図である。バナジウムレドックス二次電池は、複数の四角形平板状のセル１００と、酸性の正極用電解液１０４と、セル１００及び酸性の正極用電解液１０４とが封入されたケース１１０を有する。ケース１１０は、直方体状をなし、チタン製である。ケース１１０は、長手方向が設置面に対して水平方向となるように設置される。各セル１００は、一側面をケース１１０の底面に対向させて、ケース１１０の長手方向に並べて収容されている。

ケース１１０の長手方向の一端側（図１の紙面の左側）におけるセル１００は、一側面に平行な他側面から突出するチタン製の正極端子１０２を有しており、正極端子１０２は、ケース１１０の外部に引き出される。また、前記長手方向の他端側のセル１００は、前記他側面から突出する負極端子１０５を有し、負極端子１０５は、ケース１１０の外部に引き出される。前記他端側のセル１００以外の各セル１００は、他側面から突出するチタン製の端子１０３を有する。各端子１０３は、前記一端側のセル１００から順に隣り合う一のセル１００に接続されている。正極端子１０２、端子１０３及び負極端子１０５は、チタン製である。
なお、各セル１０は、ケース１１０の短手方向に並べて収容されていてもよい。

酸性の正極用電解液１０４は、図１に示すように底面からセル１００の他側面及び端子１０３が浸る高さまで注がれている。なお、後述する正極電極２０及び電極６０の少なくとも一部が、正極用電解液１０４に浸っていれば、セル１００の他側面及び端子１０３は、正極用電解液１０４に浸っていなくともよい。

図２は、セル１００の構造を示す断面図である。図２においては、ケース１１０の前記長手方向の一端側（図１の紙面の左側）のセル１００を示しているが、上記の正極端子１０２、端子１０３及び負極端子１０５の接続構成以外は、他のセル１００も同様である。 セル１００は、２つの負極ユニット１，１と、１つの正極ユニット２とを有する。負極ユニット１及び正極ユニット２は、四角形平板状をなしている。１つの正極ユニット２は、平面同士が対向するように２つの負極ユニット１，１に挟まれている。

セル１００は、負極ユニット１及び正極ユニット２の対向方向において対向し、負極ユニット１及び正極ユニット２を挟持している二枚の挟持板６，６を有する。各挟持板６は、四角形状をなし、チタン製である。各挟持板６の対向面には、電極６０が配されている。電極６０は正極をなす。

また、セル１００は、二枚の挟持板６，６を接続する二つのジョイント７，７を有する。各ジョイント７は、板状をなし、二つの嵌合孔７０，７０が設けられている。一のジョイント７は、各嵌合孔７０に各挟持板６の一辺部分が挿入され、嵌合することにより各挟持板６を接続している。他のジョイント７は、同様に、各嵌合穴７０に各挟持板６における前記一辺部分の反対側の対辺部分が挿入され、嵌合することにより、各挟持板６を接続している。各ジョイント７は、チタン製であり、これにより、各挟持板６及び各ジョイント７は、電気的に接続される。

上記構成のセル１００において、負極ユニット１及び正極ユニット２は、二枚の挟持板６，６の対向方向においては各挟持板６により覆われ、ジョイント７，７の対向方向においては各ジョイント７に覆われている。
負極ユニット１及び正極ユニット２において、各挟持板６及び各ジョイント７に覆われていない部分（図２の紙面の垂直方向に係る部分）には、当該部分を覆う部材は設けられていない。即ち、セル１００は密閉されていない。
負極ユニット１及び正極ユニット２は、前記部分において正極用電解液１０４に接している。

なお、各挟持板６に複数の孔を設け、ジョイント７を、該孔に挿通される角棒又は丸棒等の複数の棒状体とし、挿通されたジョイント７を各挟持板６に対し、電極６０が配されていない側から、かしめて固定してもよい。また、同様に棒状体としたジョイント７の先端にねじ部を設け、挿通されたジョイント７を各挟持板６に対し、電極６０が配されていない側から、ナットにより固定してもよい。これにより、負極ユニット１及び正極ユニット２を挟持板６により挟む方向に付勢して挟持でき、接触抵抗の上昇を良好に抑止できる。

負極ユニット１は、２つの負極電極１０，１０と、第１導電体１１と、２枚の被覆シート１２，１２とを備える。

第１導電体１１は、四角形状をなし、第１導電体１１の両面夫々は、全面において二枚の被覆シート１２，１２に覆われている。各負極ユニット１の第１導電体１１は、第１導電体１１の周縁部の一部に接続されたチタン製のタブ部１１ｂを有し、端子１０３は、各タブ部１１ｂに接続されている。また、端子１０３は挟持板６及びジョイント７との絶縁を確保した状態で隣り合うセル１００の挟持板６に電気的に接続されている。

ここで、図２においては、ケース１１０の長手方向の一端側（図１の紙面の左側）のセル１００を示しているが、他端側（図１の紙面の右側）のセル１００は、正極端子１０２を有しておらず、また、端子１０３に代えて、負極端子１０５がタブ部１１ｂに接続され、ケース１１０の外部に引き出される。また、前記長手方向の一端側及び他端側のセル１００以外のセル１００は、正極端子１０２を有さず、端子１０３を有している。端子１０３は、隣接するセル１００の挟持板６に接続されている。

第１導電体１１は、銅、アルミニウム、ニッケル又はチタン等の高導電性の金属であることが好ましい。被覆シート１２は、導電性及び電解液非透過性を有しており、例えば、グラファイトシート及び接着用の導電性シートを重ねたシート、導電性フィルム及びシート状の導電性ゴムを用いてもよい。また、被覆シート１２に代えて、第１導電体１１の両面に黒鉛コーティングを行ってもよい。

負極電極１０は、活物質、導電助剤としての炭素材料、バインダ及び非水系溶媒を含有する溶液又は半固体状物等を被覆シート１２に塗布し、非水系溶媒を揮発させた後、酸性の電解液を含ませることにより形成される。なお、非水系溶媒としては、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）等が例示される。一の負極電極１０は、第１導電体１１の正極ユニット２側の一平面に、一の被覆シート１２を介して周縁部を残して積層され、正極ユニット２に対向している。他の負極電極１０（第２の負極電極に相当）は、第１導電体１１の他平面に、他の被覆シート１２を介して、周縁部を残して積層され、挟持板６に配された電極６０に後述するイオン交換膜１４を介して対向している。以上のように、被覆シート１２の一平面は、負極電極１０に対向し、他平面は、第１導電体１１に対向している。

負極として機能する負極ユニット１の負極電極１０の活物質に含まれるバナジウムイオン又はバナジウムを含むイオンは、酸化還元反応によって、２価及び３価の間で酸化数が変化するバナジウムイオンであるのが好ましい。２価及び３価の間で酸化数が変化するバナジウムイオンとしては、Ｖ²⁺（II）、Ｖ³⁺（III ）が例示される。

負極用の活物質であるバナジウム化合物としては、硫酸バナジウム（II）（ＶＳＯ₄ ・ｎＨ₂ Ｏ）、硫酸バナジウム（III ）（Ｖ₂ （ＳＯ₄ ）₃ ・ｎＨ₂ Ｏ）が挙げられる。これらの混合物を用いてもよい。ｎは、０又は１〜１０の整数である。

また、負極電極１０に含まれる電解液は、硫酸水溶液であるのが好ましい。硫酸水溶液として、例えば濃度が９０質量％未満の硫酸水溶液を用いることができる。電解液の量は、例えばバナジウム化合物１００ｇに対して、２Ｍ（ｍｏｌ／Ｌ）の硫酸７０ｍＬである。

バインダとしては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）及びフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体（ＰＶＤＦ／ＨＦＰ）等が挙げられる。
炭素材料としては、アセチレンブラック、ケッチェンブラック（登録商標）等のカーボンブラック、及びグラファイト等が挙げられる。炭素材料は１種又は２種以上を用いることができる。

負極ユニット１は、更に、四角形枠状の第１シーラント１３を有する。第１シーラント１３は、第１導電体１１の側面と、二枚の被覆シート１２，１２夫々の周縁部とを覆っている。タブ部１１ｂは、シーラント１３から突出している。

第１シーラント１３は、負極ユニット１の厚さ方向に並ぶ二つの分体１３ａ，１３ｂから形成され、分体１３ａは、一の被覆シート１２の一平面の周縁部を覆い、分体１３ｂは、他の被覆シート１２の一平面の周縁部を覆っている。また、第１導電体１１の側面は、分体１３ａ，１３ｂに覆われている。

更に、負極ユニット１は、四角形状をなし、水素イオン透過性を有する２枚のイオン交換膜１４，１４を有する。各イオン交換膜１４は、一平面を、その周縁部を残して負極電極１０に接触させ、負極電極１０を覆っている。イオン交換膜１４の周縁部は、シーラント１３に固着されている。したがって、負極電極１０は、第１導電体１１に配された被覆シート１２、第１シーラント１３及び隔膜１４に覆われている。ここで、第１導電体１１の前記他平面に設けられた他の負極電極１０を覆う隔膜１４が第２の隔膜に相当する。

イオン交換膜１４は、水素イオンに加えて硫酸イオンを透過してもよい。また、イオン交換膜１４は、水素イオンを透過する隔膜の一例であり、負極ユニット１において、イオン交換膜１４に代えて、イオン選択性を有さず、イオン透過性を有する多孔質膜等を用いてもよい。

正極ユニット２は、２つの正極電極２０，２０と、第２導電体２１とを備える。
第２導電体２１は、四角形状の本体部２１ａ及び該本体部２１ａの周縁部の一部から延設されたタブ部２１ｂを有する。第２導電体２１はチタン製である。タブ部２１ｂは、ジョイント７に接続されている。これにより、第２導電体２１、挟持板６，６及びジョイント７，７は、電気的に接続される。

正極電極２０は、負極電極１０と同様に形成され、活物質、導電助剤としての炭素材料、及びバインダを含有しているが、負極電極１０と異なり、正極用の活物質を含有している。一の正極電極２０は、本体部２１ａの一平面に、周縁部を残して積層されている。他の正極電極２０は、本体部２１ａの他平面に、周縁部を残して積層されている。

正極として機能する正極ユニット２の正極電極２０の活物質に含まれるバナジウムイオン又はバナジウムを含むイオンは、酸化還元反応によって、５価及び４価の間で酸化数が変化するバナジウムを含むイオンであるのが好ましい。５価及び４価の間で酸化数が変化するバナジウムを含むイオンとしては、ＶＯ²⁺（IV）、ＶＯ₂ ⁺（V ）が例示される。

正極用の活物質であるバナジウム化合物は、酸化硫酸バナジウム（IV）（ＶＯＳＯ₄ ・ｎＨ₂ Ｏ）、酸化硫酸バナジウム（V ）（（ＶＯ₂ ）₂ ＳＯ₄ ・ｎＨ₂ Ｏ）を挙げることができる。これらの混合物を用いてもよい。ｎは、０〜５の整数である。

ここで、挟持板６に配される電極６０の材質は、正極電極２０の材質と同様である。また、正極用電解液１０４は、負極ユニット１の電解液と同様、硫酸水溶液であることが好ましい。

図２に示すように、負極ユニット１は、夫々の負極電極１０が対向するように配され、正極電極２０に負極ユニット１の負極電極１０がイオン交換膜１４を介して対向するように、正極ユニット２を挟んでいる。正極ユニット２における正極電極２０は、負極ユニット１のイオン交換膜１４に接している。

イオン交換膜１４を介して対向する負極電極１０及び正極電極２０間、負極電極１０及び正極電極６０間において、下記式（１）及び（２）の反応が生じる。
正極：ＶＯＸ₂ ・ｎＨ₂ Ｏ（ｓ）⇔ＶＯ₂ Ｘ・（ｎ−１）Ｈ₂ Ｏ（ｓ）＋ＨＸ＋Ｈ⁺ ＋ｅ^- …（１）
負極：ＶＸ₃ ・ｎＨ₂ Ｏ（ｓ）＋Ｈ⁺ ＋ｅ^- ⇔ＶＸ₂ ・ｎＨ₂ Ｏ（ｓ）＋Ｘ^- …（２）
式中、Ｘは１価の陰イオンを表す。Ｘがｍ価の陰イオンである場合、結合係数（１／ｍ）が考慮される。ｎはバナジウム化合物の種類に応じた種々の値をとり得る。

式（１）及び式（２）の反応を利用してセル１００を有するバナジウムレドックス二次電池の充放電が行われる。式（１）及び式（２）の反応においてイオン交換膜１４を介して、負極電極１０及び正極電極２０間、負極電極１０及び正極電極６０間でプロトンが移動する。また、ケース１１０の長手方向の一端側のセル１００の正極端子１０２及び他端側のセル１００の負極端子１０５により、外部の負荷又は充電器等との電子のやり取りが行われる。

上記の構成によれば、正極ユニット２及び負極ユニット１を、ジョイント７，７により接続された二枚の挟持板６，６により挟持し、正極ユニット２及び負極ユニット１を覆う部材を別に設けることなく、ケース１１０に収容している。したがって、余分にかさばることがないので、セル１００をケース１１０内に効率よく収容できる。

また、正極ユニット２及び負極ユニット１を挟持板６，６により挟持することにより、正極電極２０及び第２導電体２１における接触抵抗の上昇を防止し、また、負極電極１０及び第１導電体１１における接触抵抗の上昇を防止することができる。これにより、セル１００及び該セル１００を備えるバナジウムレドックス二次電池の性能の低下を防止することができる。ジョイント７により二枚の挟持板６，６を接続し、正極ユニット２及び負極ユニット１をケース１１０内に安定して配置することができる。

更に、負極電極１０は、第１導電体１１、第１シーラント１３及び隔膜１４に覆われている。したがって、負極電極１０が含有する電解液及びケース１１０内の正極用電解液１０４が混合することを防止できる。

挟持板６に電極６０を配することにより、正極ユニット２及び負極ユニット１の数を増加させることなく、容易に電池の容量を増大させることが可能となる。また、挟持板６に配された電極６０は、正極をなすので、ケース１１０内の正極用電解液１０４を含ませることができる。更に、挟持板６に配された電極６０と、負極電極１０との間において、イオン交換膜１４を介して酸化還元反応を生じさせることができる。

挟持板６がチタン製であるので、挟持板６に配された電極６０を、導電体を別に設けることなく機能させることができるので、スペースを省略することができる。

チタンは正極用電解液１０４に腐食されないので、チタン製の第２導電体２１がケース１１０内の正極用電解液１０４により腐食することを防止できる。また、チタン製の挟持板６がケース１１０内の正極用電解液１０４により腐食することを防止することができる。

ケース１１０は、チタン製であるので、強度を確保でき、正極用電解液１０４により腐食することを防止することができる。また、正極端子１０２、端子１０３及び負極端子１０５はチタン製であるので、正極用電解液１０４に腐食されない。

（実施の形態２）
実施の形態２においては、実施の形態１とセル１００の構造及び配置が異なる。図３は実施の形態２に係るセル１００の断面図である。実施の形態２に係るセル１００の構成について、実施の形態１と同様な構成については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。

正極ユニット２における導電体２１の本体部２１ａの両平面夫々は、全面において二枚の被覆シート２２，２２に覆われている。一の正極電極２０は、一の被覆シート２２に、周縁部を残して積層されている。他の正極電極２０は、他の被覆シート２２に、周縁部を残して積層されている。即ち、被覆シート２２の一平面は、正極電極２０に対向し、他平面は第２導電体２１に対向している。

正極ユニット２は、更に、四角形枠状の第２シーラント２３を有する。第２シーラント２３は、第２導電体２１の側面と、二枚の被覆シート２２，２２夫々の一平面の周縁部とを覆っている。

第２シーラント２３は、正極ユニット２の厚さ方向に並ぶ二つの分体２３ａ，２３ｂから形成され、分体２３ａは、一の被覆シート２２の一平面の周縁部を覆い、分体２３ｂは、他の被覆シート２２の一平面の周縁部を覆っている。また、第２導電体２１ａの側面は、分体２３ａ，２３ｂに覆われている。また、タブ部２１ｂは、先端部以外が分体２３ａ，２３ｂに覆われている。

正極ユニット２の第２導電体２１、正極端子１０２及び端子１０３は、チタン以外の金属により形成されている。

図３において、ケース１１０内の正極用電解液１０４の高さは、破線に示す位置であり、セル１００は、ケース１１０内において、タブ部１１ｂが正極用電解液１０４に浸らないように収容される。したがって、各タブ部１１ｂは、正極用電解液１０４の外で互いに接続されている。
また、タブ部２１ｂの先端部は、正極用電解液１０４に浸っておらず、タブ部２１ｂ及びジョイント７は電解液外で接続されている。端子１０３は、正極用電解液１０４に浸っておらず、正極用電解液１０４の外で挟持板６に接続されている。更に、正極端子１０２は、ケース１１０内の正極用電解液１０４に浸っていない。

上記の構成によれば、負極ユニット１のタブ部１１ｂ、正極ユニット２の第２導電体２１、正極端子１０２及び端子１０３において、チタン以外の金属を用いた場合であっても、ケース１１０内の正極用電解液１０４に腐食されず、設計性が向上する。

（実施の形態３）
実施の形態３においては、実施の形態１及び実施の形態２と正極ユニット２の構造が異なる。図４は実施の形態３に係るセル１００が備える正極ユニット２の断面図である。実施の形態３に係るセル１００の構成について、実施の形態１及び実施の形態２と同様な構成については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。

実施の形態３に係る正極ユニット２においては、タブ部と、導電体とは別部材である。第２導電体２１は、四角形平板状をなし、第２導電体２１の両平面夫々の一辺部分を残して、被覆シート２２，２２に覆われている。前記一辺部分における一部には、矩形箔状をなすチタン製のタブ部２１ｃが設けられ、タブ部２１ｃの基端部が第２導電体２１の一平面に接続されている。

実施の形態２同様、第２シーラント２３は、正極ユニット２の厚さ方向に並ぶ二つの分体２３ａ，２３ｂから形成されている。第２シーラント２３は、被覆シート２２，２２の一平面の周縁部と、第２導電体２１の側面とを覆っている。また、第２シーラント２３は、タブ部２１ｃの先端部以外の部分であって、前記第２導電体２１への接触部分以外の部分を覆っている。更に、第２シーラント２３は、第２導電体２１の前記一辺部分において、タブ部２１ｃが対向する部分以外を覆っている。

上記の構成によれば、タブ部２１ｃ及びジョイント７の接続は電解液内及び電解液外のいずれでも可能である。また、第２導電体２１は、導電性を確保できればいかなる材質であってもよい。したがって、セル１００及びバナジウムレドックス二次電池における設計の自由度が増大する。

なお、実施の形態１及び実施の形態２において、負極ユニット１及び正極ユニット２の個数は、合計３個であるがこれに限られず、積層数を３個より多くしてもよく、また、少なくしてもよい。

また、実施の形態１から実施の形態３までにおいて、負極ユニット１、正極ユニット２、挟持板６、第１導電体１１、第２導電体２１、第１シーラント１３、第２シーラント２３及びイオン交換膜１４は四角形状に限られず、四角形以外の多角形状又は円形状等であってもよい。また、タブ部２１ｃは，矩形箔状に限られず、外部との電子のやり取りが可能であればいかなる形状であってもよい。

更に、ジョイント７は、チタン製でなくともよく、例えば、任意の金属にフッ素コートを施したものであってもよい。このとき、第２導電体２１及び挟持板６の電気的接続は、ジョイント７ではなく、別に設けられたタブ等により行われる。また、挟持板６は、チタン製でなくともよく、対向面に電極６０を配していなくてもよい。更に、外装ケース１１０は樹脂製であってもよい。

更に、ジョイント７は、嵌合孔７０でなく、ねじにより挟持板６に接続される構成その他の構成であってもよい。また、各挟持板６は、ジョイント７を介さず、例えばねじにより、互いに直接接続されてもよい。以上のようにねじを用いる場合、ねじをチタン製とすることにより正極用電解液１０４中における腐食を防止することができる。

以上のように、本発明に係るバナジウムレドックス二次電池は、バナジウム又はバナジウムイオンを含有する活物質及び酸性の電解液を含有する負極電極と、平板状をなし、一平面に前記負極電極が設けられた第１導電体と、電解液非透過性であり、前記第１導電体の側面及び前記一平面の周縁部を覆い、前記負極電極を囲むシーラントと、前記負極電極を覆い、前記シーラントに固着された隔膜とを有する負極ユニット、バナジウム又はバナジウムイオンを含有する活物質を含有しており、前記隔膜に接し、前記負極電極に対向する正極電極と、該正極電極が一平面に設けられた第２導電体とを有し、前記負極ユニットに対向する正極ユニット、前記負極ユニット及び正極ユニットを挟持する二枚の挟持板、酸性の正極用電解液、及び前記負極ユニット、前記正極ユニット、前記二枚の挟持板及び前記正極用電解液を封入するケースを備えることを特徴とする。

本発明によれば、正極ユニット及び負極ユニットを二枚の挟持板により挟持し、正極ユニット及び電極ユニットを覆う部材を挟持板とは別に設けることなく、ケースに収容している。したがって、余分にかさばることがないので、正極ユニット及び負極ユニットをケース内に効率よく収容できる。

また、正極ユニット及び負極ユニットを挟持板により挟持することにより、正極電極及び第１導電体における接触抵抗の上昇を防止し、また、負極電極及び第２導電体における接触抵抗の上昇を防止することができる。これにより、電池の性能の低下を防止することができる。

更に、負極電極は、導電体、シーラント及び隔膜に覆われている。したがって、負極電極が含有する電解液及びケース内の正極用電解液が混合することを防止できる。

本発明に係るバナジウムレドックス二次電池は、前記二枚の挟持板の対向面には電極が配されていることを特徴とする。

本発明によれば、挟持板に電極を配することにより、正極ユニット及び負極ユニットの数を増加させることなく、容易に電池の容量を増大させることが可能となる。

本発明に係るバナジウムレドックス二次電池は、前記挟持板は導電性であることを特徴とする。

本発明によれば、挟持板に配された電極を、導電体を別に設けることなく機能させることができるので、スペースを省略することができる。

本発明に係るバナジウムレドックス二次電池は、前記挟持板に配された前記電極は正極をなしていることを特徴とする。

本発明によれば、前記挟持板に配された前記電極にケース内の正極用電解液を含ませることができる。

本発明に係るバナジウムレドックス二次電池は、前記負極ユニットは、更に前記第１導電体の他平面に設けられた第２の負極電極と、該第２の負極電極を覆う第２の隔膜とを備え、前記シーラントは、更に前記第１導電体の前記他平面の周縁部を覆い、前記第２の負極電極を囲み、前記第２の隔膜は、前記シーラントに固着されており、前記挟持板に配された前記電極は、正極をなし、前記第２の隔膜を介して前記第２の負極電極に対向していることを特徴とする。

本発明によれば、挟持板に配された電極と、第２の負極電極とを、第２の隔膜を介して対向させており、酸化還元反応を生じさせることができる。更に、第２の負極電極は、導電体、シーラント及び第２の隔膜に覆われている。したがって、第２の負極電極が含有する電解液及びケース内の正極用電解液が混合することを防止できる。

本発明に係るバナジウムレドックス二次電池は、前記挟持板はチタン製であることを特徴とする。

本発明によれば、チタンは正極用電解液に腐食されないので、挟持板がケース内の正極用電解液により腐食することを防止することができる。

本発明に係るバナジウムレドックス二次電池は、前記第２導電体はチタン製であることを特徴とする。

本発明によれば、チタンは正極用電解液に腐食されないので、第２導電体がケース内の正極用電解液により腐食することを防止することができる。

本発明に係るバナジウムレドックス二次電池は、前記二枚の挟持板を接続する接続部材を備えることを特徴とする。

本発明によれば、接続部材により二枚の挟持板を接続し、正極ユニット及び負極ユニットをケース内に安定して配置することができる。

本発明に係るバナジウムレドックス二次電池は、前記接続部材はチタン製であることを特徴とする。

本発明によれば、チタンは正極用電解液に腐食されないので、接続部材の正極用電解液による腐食を防止することができる。

本発明に係るバナジウムレドックス二次電池は、前記ケースはチタン製であることを特徴とする。

本発明によれば、ケースの強度を確保でき、また、チタンは正極用電解液に腐食されないので、正極用電解液により腐食することを防止することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。即ち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

１ 負極ユニット
２ 正極ユニット
６ 挟持板
７ ジョイント（接続部材）
１０ 負極電極
１１ 第１導電体
１３ 第１シーラント（シーラント）
１４ イオン交換膜（隔膜、第２の隔膜）
２０ 正極電極
２１ 第２導電体
６０ 電極
１０４ 正極用電解液
１１０ ケース

Claims (10)

1. バナジウム又はバナジウムイオンを含有する活物質及び酸性の電解液を含有する負極電極と、平板状をなし、一平面に前記負極電極が設けられた第１導電体と、電解液非透過性であり、前記第１導電体の側面及び前記一平面の周縁部を覆い、前記負極電極を囲むシーラントと、前記負極電極を覆い、前記シーラントに固着された隔膜とを有する負極ユニット、
   バナジウム又はバナジウムイオンを含有する活物質を含有しており、前記隔膜に接し、前記負極電極に対向する正極電極と、該正極電極が一平面に設けられた第２導電体とを有し、前記負極ユニットに対向する正極ユニット、
   前記負極ユニット及び正極ユニットを挟持する二枚の挟持板、
   酸性の正極用電解液、及び
   前記負極ユニット、前記正極ユニット、前記二枚の挟持板及び前記正極用電解液を封入するケース
   を備えることを特徴とするバナジウムレドックス二次電池。
2. 前記二枚の挟持板の対向面には電極が配されていることを特徴とする請求項１に記載のバナジウムレドックス二次電池。
3. 前記挟持板は導電性であることを特徴とする請求項２に記載のバナジウムレドックス二次電池。
4. 前記挟持板に配された前記電極は正極をなしていることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のバナジウムレドックス二次電池。
5. 前記負極ユニットは、更に前記第１導電体の他平面に設けられた第２の負極電極と、該第２の負極電極を覆う第２の隔膜とを備え、
   前記シーラントは、更に前記第１導電体の前記他平面の周縁部を覆い、前記第２の負極電極を囲み、
   前記第２の隔膜は、前記シーラントに固着されており、
   前記挟持板に配された前記電極は、正極をなし、前記第２の隔膜を介して前記第２の負極電極に対向している
   ことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のバナジウムレドックス二次電池。
6. 前記挟持板はチタン製であることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか一つに記載のバナジウムレドックス二次電池。
7. 前記第２導電体はチタン製であることを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか一つに記載のバナジウムレドックス二次電池。
8. 前記二枚の挟持板を接続する接続部材を備えることを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれか一つに記載のバナジウムレドックス二次電池。
9. 前記接続部材はチタン製であることを特徴とする請求項８に記載のバナジウムレドックス二次電池。
10. 前記ケースはチタン製であることを特徴とする請求項１から請求項９までのいずれか一つに記載のバナジウムレドックス二次電池。

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