JP2585159B2 - 電気化学的特性評価装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電池等の電気化学的特
性を測定するために用いられる特性評価装置に関するも
ので、特に、液状の電解質を使用する電池等のための電
気化学的特性評価装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば電池を設計するときには、正極物
質、負極物質、及び電解質物質として適切なものを選定
することが必要となる。そのために、種々の物質によっ
て電池を形成し、その電池の電気化学的特性を評価する
ことが求められる。その場合、電解質としては液状のも
のが用いられることも多い。そのように液状の電解質を
用いる電池の電気化学的特性を評価する場合、従来は、
上面が開放された容器内に正極と負極とを対向させて配
置し、その容器内に電解質溶液を収容して、正極と負極
との間に生ずる起電力等を測定するようにしていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、そのよ
うに電解質溶液を開放容器内に収容するものでは、例え
ば長時間の測定を行う場合、その電解質溶液が揮発して
しまう。また、容器に振動などが加わることによって電
解質溶液が漏れることもある。そのために、電解質溶液
を補充することが必要となり、測定期間中、そのメンテ
ナンスを続けなければならないという問題がある。ま
た、電池特性を評価するためには、その起電力のみでな
く、各々の電極電位を測定することも求められる。その
ためには、容器内の所定の位置に基準電位を示す参照電
極を配置することが必要となるが、従来のものでは、そ
のような参照電極の取り付けが困難であった。更に、光
電気化学的な特性を測定することが求められることもあ
る。その場合には、例えば電池の正極を構成する正極物
質に光を照射することが必要となる。しかしながら、従
来のものでは、その電池部の上方が正極及び負極を支持
する支持部材によって覆われるために、そのように正極
に光を照射するということはできなかった。

【０００４】本発明は、このような実情に鑑みてなされ
たものであって、その目的は、電解質溶液の揮発や漏れ
を伴うことなく、長時間にわたって電気化学的特性の測
定を行うことができ、しかも光電気化学的特性の評価も
可能な、参照電極を用いた三電極方式による電気化学的
特性評価装置を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明では、非導電性材料からなり、上下両端が開
放された筒形ケースと、その下端側に配置される透光体
と、筒形ケースの上端部に着脱可能に結合され、その筒
形ケースの上端側を液密に閉塞する導電性材料からなる
蓋体とによって、電解質溶液を収容するセルを構成する
ようにしている。透光体上には、正極層と負極層との間
に多孔質材料からなるセパレータを挟んだ複層構造の電
池部材が、その正極層を下側として載置されるようにな
っている。筒形ケースと透光体とは、その電池部材の正
極層に対する電気的接続を行う正極集電体によって液密
に結合され、それによって筒形ケースの下端側が液密に
閉塞されるようになっている。蓋体には、電池部材の負
極層との電気的接続を行う負極集電体と、筒形ケース内
に配置される参照電極を支持するとともに、その参照電
極との電気的接続を行う参照極集電体とが上下動可能に
支持されている。その蓋体と参照極集電体との間は電気
的に絶縁されるようになっている。そして、電池部材の
セパレータが、セル内に封入された電解質溶液を含浸す
るようにされている。

【０００６】

【作用】このように構成することにより、正極層及び負
極層として測定すべき物質を用いた電池部材を透光体上
に載置し、その透光体と筒形ケースとを正極集電体によ
って結合した後、その筒形ケース内に測定すべき電解質
溶液を注入すると、その電解質溶液は電池部材のセパレ
ータに含浸される。したがって、それら正極層、負極
層、及び電解質溶液によって電池が形成される。そし
て、その正極層には正極集電体が電気的に接続される。
また、筒形ケースの上端部に蓋体を結合すると、その蓋
体に取り付けられた負極集電体が負極層に接続される。
したがって、それら正極集電体及び蓋体間に生ずる電圧
等を検出することにより、電池の起電力等を測定するこ
とができる。更に、蓋体に支持された参照極集電体を上
下動させて参照電極を筒形ケース内の所定位置に位置さ
せ、正極集電体、蓋体、及び参照極集電体の相互間の電
圧を検出するようにすれば、正極及び負極の電極電位も
測定される。そして、そのようにして形成されたセルは
密閉構造となるので、長時間にわたって測定するときに
も、内部に封入された電解質溶液が外部に揮発したり漏
れたりすることがない。また、透光体を通して外部から
正極層に光を照射することができるので、電池の光電気
化学的特性の評価を行うことも可能となる。

【０００７】

【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。図１は本発明による電気化学的特性評価装置の一実
施例を示す縦断面図である。この図から明らかなよう
に、この電気化学的特性評価装置１は、ベースとなる正
極集電体２を備えている。その正極集電体２はステンレ
ス等の導電性材料からなるもので、その本体部３はほぼ
円筒形に形成されている。そして、その本体部３の下端
外周にフランジ部４が設けられ、そのフランジ部４に形
成された取付孔５によって、装置１全体が基台に固定さ
れるようになっている。正極集電体２の本体部３内に
は、その上下方向の中央部に、内方に向かって突出する
環状のシール部６が形成されている。そして、そのシー
ル部６の下面側に、石英等からなる円板状の透光体７が
配置されている。また、その下方には、中心部に案内窓
８を有するリング状の透光体押さえ９が配置されてい
る。その透光体押さえ９の外周面には雄ねじ部９ａが形
成されている。一方、本体部３のシール部６より下方の
内周面には、その雄ねじ部９ａと螺合する雌ねじ部３ａ
が形成されている。こうして、それらのねじ部３ａ，９
ａを介して透光体押さえ９を締め付けることによって、
透光体７がシール部６に押し付けられるようになってい
る。シール部６と透光体７との間、及び透光体７と透光
体押さえ９との間にはそれぞれＯリング等のシール部材
１０，１１が設けられており、透光体押さえ９によって
透光体７をシール部６との間で挟み付けたとき、それら
の間が液密にシールされるようになっている。

【０００８】正極集電体２の本体部３に設けられている
シール部６の上面側には、上下両端が開放された円筒状
の筒形ケース１２が配置されている。その筒形ケース１
２は四フッ化エチレン樹脂等の非導電性材料からなるも
ので、その外周面の上下部にはそれぞれ雄ねじ部１２
ａ，１２ｂが形成されている。一方、集電体本体部３の
シール部６より上方の内周面には、その筒形ケース１２
の下側の雄ねじ部１２ｂと螺合する雌ねじ部３ｂが形成
されている。そして、それらのねじ部３ｂ，１２ｂを介
して筒形ケース１２を集電体本体部３に締め付けること
によって、その筒形ケース１２の下端面が正極集電体２
のシール部６に押し付けられるようになっている。その
シール部６の上面にはＯリング等のシール部材１３が設
けられており、筒形ケース１２を正極集電体２に組み付
けたとき、その筒形ケース１２の下端面とシール部６と
の間が液密にシールされるようになっている。こうし
て、筒形ケース１２と透光体７とは正極集電体２によっ
て互いに液密に結合され、筒形ケース１２の下端側がそ
の透光体７によって閉塞されるようになっている。

【０００９】筒形ケース１２の上端側には締結体１４が
設けられている。その締結体１４は、上側の小径筒部１
５と下側の大径筒部１６とをフランジ１７によって連結
した段付き筒形のもので、大径筒部１６の内周面には雌
ねじ部１６ａが形成されており、その雌ねじ部１６ａと
筒形ケース１２の上側の雄ねじ部１２ａとを螺合させる
ことによって筒形ケース１２の上端部に締結されるよう
になっている。そして、その締結体１４のフランジ１７
と筒形ケース１２の上端面との間に設けられたシール部
材１８によって、その間が液密にシールされるようにな
っている。また、締結体１４の上端面上には、シール部
材１９を介して円板状のキャップ２０が載置されてい
る。そのキャップ２０は、締結体１４の上端部外周面に
形成された雄ねじ部１４ａと螺合する雌ねじ部２１ａを
内周面に有するリング状の結合体２１によって、締結体
１４の上端面に押し付けた状態で固定されるようになっ
ている。こうして、締結体１４及びキャップ２０によっ
て、筒形ケース１２の上端側が液密に閉塞されるように
なっている。しかも、その締結体１４は筒形ケース１２
に対して着脱可能となっている。すなわち、それら締結
体１４、キャップ２０、及びそれらを結合する結合体２
１によって、筒形ケース１２の上端部に着脱可能に結合
されてその筒形ケース１２の上端側を液密に閉塞する蓋
体２２が構成されている。締結体１４、キャップ２０、
及び結合体２１は導電性材料からなるものとされてい
る。そして、そのキャップ２０の上面には、ジャック等
の電気接続具が差し込まれる凹陥部２３が設けられてい
る。

【００１０】このようにして、正極集電体２、透光体
７、筒形ケース１２、及び蓋体２２によって、密閉構造
のセル２４が構成されている。そのセル２４内には、測
定すべき材質の電解質溶液２５が収容されるようになっ
ている。また、そのセル２４の底板をなす透光体７の上
面には、測定すべき電池部材２６が載置されるようにな
っている。その電池部材２６は正極層２７、セパレータ
２８、負極層２９、及び負極層押さえ３０を順に積層し
た四層状の複層構造とされている。その正極層２７は測
定すべき材料、例えばジルコニウムセレン化物（ＺｒＳ
ｅ₂ ）等によって形成され、負極層２９は測定すべき材
料のリチウム等によって形成されている。また、セパレ
ータ２８は不織布等の多孔質材料からなり、電解質溶液
２５がそのセパレータ２８に含浸するようにされてい
る。負極層押さえ３０は適宜の導電性材料からなるもの
とされている。電池部材２６は、その正極層２７が下側
となるようにして透光体７上に載置される。正極集電体
２のシール部６内端にはその正極層２７に接触する端子
部６ａが設けられており、それによって正極集電体２と
正極層２７とが電気的に接続されるようになっている。

【００１１】一方、セル２４の蓋体２２を構成する締結
体１４の小径筒部１５内には、導電性材料からなる小径
円板状の支持体３１が配置されている。その支持体３１
の外周面には雄ねじ部３１ａが形成されている。また、
小径筒部１５の内周面には、その雄ねじ部３１ａが螺合
する雌ねじ部１５ａが形成されている。したがって、支
持体３１を回転させることにより、その支持体３１が上
下動するようになっている。支持体３１の下面中心部に
はねじ孔３２が設けられている。そして、そのねじ孔３
２に、棒状の負極集電体３３の上端部に形成された雄ね
じ部３３ａが螺合され、それによってその負極集電体３
３が垂直状態で固定されるようになっている。負極集電
体３３の表面は、その上端部及び下端部を除いて、四フ
ッ化エチレン樹脂等の非導電性材料からなる絶縁性被膜
３４によって覆われている。そして、その下端が電池部
材２６の負極押さえ３０に接触するようにされている。
こうして、負極集電体３３は、支持体３１を介して蓋体
２２により上下動可能に支持され、電池部材２６の厚さ
に合わせてその高さを調整することにより、その電池部
材２６の負極層２９に電気的に接続されるようになって
いる。

【００１２】蓋体２２のキャップ２０及び支持体３１に
は、互いに対向する位置にそれぞれ貫通孔３５，３６が
設けられている。そして、それらの貫通孔３５，３６に
導電性材料からなる棒状の参照極集電体３７が挿通さ
れ、その集電体３７がセル２４の内部から外部まで上下
に貫通する状態で支持されるようになっている。その参
照極集電体３７は、キャップ２０及び支持体３１に対し
て上下方向に摺動可能とされるとともに、その間は液密
にシールされるようになっている。参照極集電体３７の
表面は、その上端部及び下端部を除いて、四フッ化エチ
レン樹脂等の非導電性材料からなる絶縁性被膜３８によ
って覆われている。したがって、その参照極集電体３７
とキャップ２０及び支持体３１との間は電気的に絶縁さ
れるようになっている。参照極集電体３７の露出上端部
には、ジャック等の電気接続具が接続されるようになっ
ている。また、下端部には、導電性材料からなる参照極
支持体３９が取り付けられている。そして、その参照極
支持体３９に、リチウム等からなる参照電極４０が取り
付けられている。こうして、参照極集電体３７は、セル
２４の蓋体２２によって電気的に絶縁した状態で上下動
可能に支持され、セル２４の内部に配置される参照電極
４０を支持するとともに、その参照電極４０に電気的に
接続されるようになっている。

【００１３】次に、このように構成された電気化学的特
性評価装置１の作用について説明する。電池材料の特性
を評価するときには、まず、その正極物質及び負極物質
によりそれぞれ正極層２７及び負極層２９を成形する。
そして、それら正極層２７及び負極層２９の間にセパレ
ータ２８を挟み、負極層２９上に負極層押さえ３０を重
ねて電池部材２６を形成する。次いで、その電池部材２
６を、正極集電体２に組み付けられた透光体７上に、正
極層２７が下側となるようにして載置する。その場合、
その正極層２７には正極集電体２の端子部６ａが接触す
るようにする。このようにして電池部材２６をセットし
た後、その正極集電体３上に筒形ケース１２を組み付け
る。すると、その筒形ケース１２の下端側が透光体７に
よって液密に閉塞される。そこで、その筒形ケース１２
内に電解質溶液２５を注入する。次いで、負極集電体３
３を取り付けた支持体３１を蓋体２２の締結体１４に螺
合して、その負極集電体３３の下端が電池部材２６の負
極層押さえ３０の上面に接触する高さに調整する。その
場合、蓋体２２のキャップ２０を固定する結合体２１は
緩めておく。そして、支持体３１の貫通孔３６とキャッ
プ２０の貫通孔３５とを整合させ、それらの貫通孔３
５，３６に参照極集電体３７を挿通する。その参照極集
電体３７の下端には、参照極支持体３９を介して参照電
極４０を取り付けておく。このようにして負極集電体３
３及び参照極集電体３７を蓋体２２にセットした後、そ
の蓋体２２を筒形ケース１２の上端部に締結する。ま
た、結合体２１を締め付けてキャップ２０を締結体１４
に固定する。

【００１４】こうして、電池部材２６及び電解質溶液２
５を収容した密閉構造のセル２４が組み立てられる。そ
の電池部材２６のセパレータ２８には電解質溶液２５が
含浸されている。したがって、その正極層２７、負極層
２９、及び電解質溶液２５によって電池が形成され、そ
の間に電気化学的反応が生ずる。その正極層２７は正極
集電体２に電気的に接続されている。また、負極層２９
は負極層押さえ３０を介して負極集電体３３に電気的に
接続され、その負極集電体３３は導電性材料からなる支
持体３１及び締結体１４を介してキャップ２０に電気的
に接続されている。したがって、適宜の手段により正極
集電体２にリード線を接続するとともに、蓋体２２のキ
ャップ２０に設けられた凹陥部２３にジャック等を差し
込んで他のリード線を接続し、それらのリード線を電圧
計などに接続すると、その正極層２７、負極層２９、及
び電解質溶液２５に用いられている物質からなる電池の
起電力等が計測される。また、参照極集電体３７を上下
動させて参照電極４０の位置を調整した後、その参照極
集電体３７の上端にジャック等を接続し、リード線を介
して参照電極４０に基準電位を与えると、正極層２７及
び負極層２９の電極電位が測定される。

【００１５】このように、この評価装置１によれば、正
極、負極、及び参照極の三電極が用いられるので、電池
等の種々の電気化学的特性を評価することが可能とな
る。また、装置１の下方から光を照射すると、その光が
透光体押さえ９の案内窓８及び透光体７を通して正極層
２７に導入されるので、その電池等の光電気化学的な特
性を評価することもできる。そして、その評価装置１を
構成するセル２４は密閉構造とされるので、内部に収容
される電解質溶液２５が揮発したり漏れたりすることが
ない。したがって、長期間にわたって測定する場合にも
電解質溶液２５を補充する必要がなく、そのメンテナン
スが不要となる。

【００１６】なお、上記実施例においては、負極集電体
３３を支持する支持体３１を蓋体２２に螺合することに
より、その負極集電体３３が上下動されるようにしてい
るが、その支持体３１は蓋体２２によって摺動可能に支
持させるようにすることもできる。

【００１７】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、電気化学的特性評価装置を密閉構造のセルと
して構成するようにしているので、用いられる電解質溶
液の外部への揮発や漏れを防止することができる。した
がって、長期間の測定作業も容易に行うことができる。
また、そのセルの下面を透光体によって形成するように
しているので、その透光体上に載置される電池部材に外
部から光を照射することができる。したがって、その電
池部材によって形成される電池等の光電気化学的な特性
評価を行うことも可能となる。更に、セルの蓋体に参照
電極を支持する参照極集電体を上下動可能に支持させる
ようにしているので、セル内の電解質溶液量のいかんに
かかわらず、その液面下に参照電極を配置することがで
き、電池特性を評価する際に各々の電極電位を測定する
ことも可能となる。しかも、その参照極集電体は蓋体に
取り付けられるので、セルから蓋体を取り外せば、その
参照極集電体に支持されている参照電極もともに取り出
される。したがって、電解質溶液や電池部材を構成する
試料の交換も容易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による電気化学的特性評価装置の一実施
例を示す縦断面図である。

【符号の説明】

１ 電気化学的特性評価装置 ２ 正極集電体 ７ 透光体 １２ 筒形ケース １４ 締結体 ２０ キャップ ２１ 結合体 ２２ 蓋体 ２４ セル ２５ 電解質溶液 ２６ 電池部材 ２７ 正極層 ２８ セパレータ ２９ 負極層 ３１ 支持体 ３３ 負極集電体 ３７ 参照極集電体 ４０ 参照電極

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 非導電性材料からなり、上下両端が開放
   された筒形ケースと、 その筒形ケースの下端側に配置され、正極層と負極層と
   の間に多孔質材料からなるセパレータを挟んだ複層構造
   の電池部材が、その正極層を下側として載置される板状
   の透光体と、 それら筒形ケースと透光体とを液密に結合して前記筒形
   ケースの下端側が前記透光体によって液密に閉塞される
   ようにするとともに、前記電池部材の正極層に対する電
   気的接続を行う正極集電体と、 前記筒形ケースの上端部に着脱可能に結合され、その筒
   形ケースの上端側を液密に閉塞する導電性材料からなる
   蓋体と、 その蓋体によって上下動可能に支持され、前記電池部材
   の負極層との電気的接続を行う負極集電体と、 前記蓋体により電気的に絶縁した状態で上下動可能に支
   持され、前記筒形ケース内に配置される参照電極を支持
   するとともに、その参照電極との電気的接続を行う参照
   極集電体と、を備え、 前記筒形ケース内に電解質溶液が封入され、前記電池部
   材のセパレータがその電解質溶液を含浸するようにされ
   ていることを特徴とする、 電気化学的特性評価装置。