JP5488434B2

JP5488434B2 - Battery current collection structure, battery cell stack, and redox flow battery

Info

Publication number: JP5488434B2
Application number: JP2010270952A
Authority: JP
Inventors: 博之中石
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2010-12-03
Filing date: 2010-12-03
Publication date: 2014-05-14
Anticipated expiration: 2030-12-03
Also published as: JP2012119288A

Description

本発明は、大容量の蓄電池として利用されるレドックスフロー電池などの電池の集電構造、電池用セルスタック、および、そのセルスタックを利用したレドックスフロー電池に関するものである。特に、電気を入出力するための集電板と双極板との界面における接触抵抗を低減することができる電池の集電構造に関するものである。 The present invention relates to a current collecting structure of a battery such as a redox flow battery used as a large-capacity storage battery, a battery cell stack, and a redox flow battery using the cell stack. In particular, the present invention relates to a current collecting structure for a battery that can reduce the contact resistance at the interface between a current collecting plate and a bipolar plate for inputting and outputting electricity.

太陽光発電や風力発電といった新エネルギーを蓄電する大容量の蓄電池の一つにレドックスフロー電池（ＲＦ電池）がある。ＲＦ電池は、正極用電解液に含まれるイオンと負極電解液に含まれるイオンの酸化還元電位の差を利用して充放電を行う電池である。図４のＲＦ電池の動作原理図に示すように、ＲＦ電池は、水素イオンを透過させる隔膜１０１で正極セル１０２と負極セル１０３とに分離されたセル１００を備える。正極セル１０２には正極電極１０４が内蔵され、かつ正極用電解液を貯留する正極電解液用タンク１０６が導管１０８、１１０を介して接続されている。同様に、負極セル１０３には負極電極１０５が内蔵され、かつ負極用電解液を貯留する負極電解液用タンク１０７が導管１０９、１１１を介して接続されている。各タンク１０６、１０７に貯留される電解液は、ポンプ１１２、１１３によりセル１０２、１０３に循環される。 One of the large-capacity storage batteries that store new energy such as solar power generation and wind power generation is a redox flow battery (RF battery). An RF battery is a battery that charges and discharges using a difference in oxidation-reduction potential between ions contained in a positive electrode electrolyte and ions contained in a negative electrode electrolyte. As shown in the operational principle diagram of the RF battery in FIG. 4, the RF battery includes a cell 100 separated into a positive electrode cell 102 and a negative electrode cell 103 by a diaphragm 101 that transmits hydrogen ions. A positive electrode 104 is built in the positive electrode cell 102, and a positive electrode electrolyte tank 106 for storing a positive electrode electrolyte is connected via conduits 108 and 110. Similarly, the negative electrode cell 103 contains a negative electrode 105 and is connected to a negative electrolyte tank 107 for storing a negative electrolyte through conduits 109 and 111. The electrolyte stored in the tanks 106 and 107 is circulated to the cells 102 and 103 by the pumps 112 and 113.

上記ＲＦ電池には、通常、図５に示す複数のセル１００を積層させたセルスタック２００と呼ばれる構成が利用されている。このセルスタック２００は、フレーム１２２に一体化された双極板１２１を備えるセルフレーム１２０、正極電極１０４、隔膜１０１、および負極電極１０５を、この順番で積層することで形成される積層体である。この構成の場合、隣接するセルフレーム１２０の双極板１２１の間に一つのセルが形成されることになる。そして、各セルフレーム１２０間にＯリングや平パッキンなどの環状のシール部材１２７を配置した状態で、積層体をその両側から２枚のエンドプレート２１０、２２０で挟み込んで締め付けている。この締め付けにより、積層体をその積層方向に圧縮する内向きの圧力で締め付けることで、各セルフレーム１２０間に隙間ができないようにしている。このセルスタック２００における電解液の流通は、フレーム１２２に形成される給液用マニホールド１２３，１２４と、排液用マニホールド１２５，１２６により行われる。例えば、正極用電解液は、給液用マニホールド１２３からフレーム１２２の一面側（紙面表側）に形成される溝を介して正極電極１０４に供給され、フレーム１２２の上部に形成される溝を介して排液用マニホールド１２５に排出される。同様に、負極用電解液は、給液用マニホールド１２４からフレーム１２２の他面側（紙面裏側）に形成される溝を介して負極電極１０５に供給され、フレーム１２２の上部に形成される溝を介して排液用マニホールド１２６に排出される。 For the RF battery, a configuration called a cell stack 200 in which a plurality of cells 100 shown in FIG. The cell stack 200 is a stacked body formed by stacking a cell frame 120 including a bipolar plate 121 integrated with a frame 122, a positive electrode 104, a diaphragm 101, and a negative electrode 105 in this order. In the case of this configuration, one cell is formed between the bipolar plates 121 of the adjacent cell frames 120. Then, in a state where an annular seal member 127 such as an O-ring or a flat packing is disposed between the cell frames 120, the laminate is sandwiched and clamped between the two end plates 210 and 220 from both sides. With this tightening, the stacked body is tightened with an inward pressure that compresses the stacked body in the stacking direction so that no gap is formed between the cell frames 120. The flow of the electrolytic solution in the cell stack 200 is performed by the liquid supply manifolds 123 and 124 and the drainage manifolds 125 and 126 formed in the frame 122. For example, the positive electrode electrolyte is supplied from the liquid supply manifold 123 to the positive electrode 104 via a groove formed on one surface side (the front surface side of the paper) of the frame 122, and via the groove formed on the upper portion of the frame 122. The liquid is discharged to the drainage manifold 125. Similarly, the negative electrode electrolyte is supplied from the liquid supply manifold 124 to the negative electrode 105 through a groove formed on the other surface side (the back side of the paper) of the frame 122, and the groove formed in the upper portion of the frame 122 is supplied. Then, the liquid is discharged to the drainage manifold 126.

上記セルスタック２００には、外部機器と電気を入出力させるための導電性材料からなる集電板が配置されている。例えば、特許文献１には、セルスタックの端部に配置される銅電極板（集電板）と、その電極板に双極板を導通させて電気を入出力する構成が記載されている。特に、集電板と双極板との抵抗を低減して損失を低減するために、双極板における集電板と対向する面は、錫などからなる金属層が被覆されている。 In the cell stack 200, a current collector plate made of a conductive material for inputting / outputting electricity to / from an external device is disposed. For example, Patent Document 1 describes a copper electrode plate (current collector plate) disposed at an end of a cell stack and a configuration in which electricity is input / output by connecting a bipolar plate to the electrode plate. In particular, in order to reduce the resistance by reducing the resistance between the current collector plate and the bipolar plate, the surface of the bipolar plate facing the current collector plate is covered with a metal layer made of tin or the like.

特開２００１−１８９１５６号公報JP 2001-189156 A

しかし、上述した構成であっても、集電板と双極板との間の抵抗が上昇する場合があった。 However, even with the above-described configuration, the resistance between the current collector plate and the bipolar plate may increase.

通常、集電板と双極板との押圧には、セルスタックを締め付ける内向きの圧力の反作用として生じる反発力を利用している。この反発力は、締付に対する正・負の両電極、セルフレーム、シール部材によるものや、あるいは電解液の圧力などがある。しかし、電解液の温度低下や、セルスタックとタンクの配置によっては、上記反発力が不十分となる場合があり、セル内が大気圧よりも低い圧（負圧）になることがある。その場合、集電板と双極板との圧縮が不十分となり、その結果、集電板と双極板との間における抵抗が上昇する虞がある。 Usually, a repulsive force generated as a reaction of an inward pressure that tightens the cell stack is used to press the current collecting plate and the bipolar plate. This repulsive force includes both positive and negative electrodes against tightening, a cell frame, a seal member, and a pressure of an electrolytic solution. However, depending on the temperature drop of the electrolytic solution and the arrangement of the cell stack and the tank, the repulsive force may be insufficient, and the pressure in the cell may be lower than the atmospheric pressure (negative pressure). In that case, the current collector plate and the bipolar plate are not sufficiently compressed, and as a result, the resistance between the current collector plate and the bipolar plate may increase.

また、セルスタックやタンクを、上記内向きの圧力が十分となるように配置した場合であっても、セルスタックの構成部材の経年劣化により、集電板と双極板との接触が不十分となって、集電板と双極板との間における抵抗が上昇する虞がある。 Further, even when the cell stack or tank is arranged so that the inward pressure is sufficient, the contact between the current collector plate and the bipolar plate is insufficient due to aging of the constituent members of the cell stack. Thus, the resistance between the current collector plate and the bipolar plate may increase.

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的の一つは、負圧下において、集電板と双極板との間における抵抗の上昇を抑制することができる電池の集電構造を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and one of its purposes is a current collecting structure for a battery that can suppress an increase in resistance between the current collecting plate and the bipolar plate under a negative pressure. Is to provide.

本発明のもう一つの目的は、上記電池の集電構造を具える電池用セルスタックを提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a battery cell stack having the battery current collecting structure.

本発明の他の目的は、上記セルスタックを具えるレドックスフロー電池を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a redox flow battery comprising the cell stack.

本発明の電池の集電構造は、セルと外部機器との間で電気を入出力するためのものである。この集電構造は、上記セルを構成する正極電極と負極電極のどちらか一方の電極が接触する一面を有する双極板と、上記双極板の他面と導通される集電板と、上記双極板と集電板との間に介在されるクッション層とを具える。上記双極板は、他面の少なくとも一部に双極板よりも導電率の高い金属材料から構成される金属層を有する。上記クッション層は、セル内が大気圧の場合の双極板と集電体との間の抵抗値Ｒｐ、セル内が負圧の場合の双極板と集電体との間の抵抗値をＲｍとするとき、Ｒｍ≦１．４Ｒｐを満たすような変形能を有する。 The battery current collecting structure of the present invention is for inputting and outputting electricity between a cell and an external device. The current collecting structure includes a bipolar plate having one surface with which one of the positive electrode and the negative electrode constituting the cell contacts, a current collecting plate electrically connected to the other surface of the bipolar plate, and the bipolar plate And a cushion layer interposed between the current collector plate and the current collector plate. The bipolar plate has a metal layer made of a metal material having higher conductivity than the bipolar plate on at least a part of the other surface. The cushion layer has a resistance value Rp between the bipolar plate and the current collector when the cell is at atmospheric pressure, and a resistance value Rm between the bipolar plate and the current collector when the cell is under negative pressure. When it does, it has the deformability which satisfy | fills Rm <= 1.4Rp.

本発明の電池の集電構造によれば、金属層は、双極板よりも導電率の高い金属材料から構成されることで、双極板と集電板とが導通し易くなる。そして、上記抵抗値の範囲を満たす可撓性を有するクッション層を双極板と集電板との間に介在させることで、負圧下でも集電板と双極板との導通面積を多くとることができる。したがって、集電板と双極板の界面における抵抗の上昇を抑えることができる。 According to the current collecting structure of the battery of the present invention, the metal layer is made of a metal material having a higher conductivity than the bipolar plate, so that the bipolar plate and the current collecting plate are easily conducted. And by interposing a flexible cushion layer satisfying the above resistance value range between the bipolar plate and the current collector plate, it is possible to increase the conduction area between the current collector plate and the bipolar plate even under negative pressure. it can. Accordingly, an increase in resistance at the interface between the current collector plate and the bipolar plate can be suppressed.

本発明の集電構造の一形態として、上記抵抗値Ｒｍが、１０ｍΩ・１００ｃｍ^２以下であることが挙げられる。 As one form of the current collection structure of the present invention, the resistance value Rm is 10 mΩ · 100 cm ² or less.

上記の構成によれば、抵抗値Ｒｍが１０ｍΩ・１００ｃｍ^２以下であれば、双極板と集電板との間の抵抗が低く、抵抗による損失を低減することができる。 According to said structure, if resistance value Rm is 10 m (ohm) * 100 cm < ² > or less, resistance between a bipolar plate and a current collecting plate is low, and the loss by resistance can be reduced.

本発明の集電構造の一形態として、上記クッション層は、メッシュ、箔、フェルト、および液体金属の中から選択される１つ以上の部材で構成されていることが挙げられる。 As one form of the current collection structure of this invention, it is mentioned that the said cushion layer is comprised with 1 or more members selected from a mesh, foil, felt, and a liquid metal.

上記の構成によれば、上記の部材は変形能、つまりメッシュ、箔、フェルトの場合は可撓性を有し、液体金属の場合は流動性を有する形態なので、そのような部材からクッション層が構成されることで、負圧下において、集電板と双極板との導通面積を多く確保することができる。そのため、双極板と集電板との間の抵抗の上昇を抑制することができる。 According to the above configuration, the member is deformable, that is, in the case of mesh, foil, and felt, it has flexibility, and in the case of liquid metal, it has fluidity. By being configured, it is possible to secure a large conduction area between the current collector plate and the bipolar plate under negative pressure. Therefore, an increase in resistance between the bipolar plate and the current collector plate can be suppressed.

本発明の集電構造の一形態として、上記金属層は、金、銀、銅、ニッケル、錫、アルミニウム、これらのいずれかの元素を主成分とする合金および半田の中から選択される１種以上の材料からなることが挙げられる。 As one form of the current collecting structure of the present invention, the metal layer is selected from gold, silver, copper, nickel, tin, aluminum, an alloy mainly containing any one of these elements, and solder. It consists of the above materials.

上記の構成によれば、金属層は導電性に優れる材料からなるので、双極板を構成する導電性材料と導通し易くなる。そのため、双極板と集電板との間の抵抗を低減することができる。 According to said structure, since a metal layer consists of a material excellent in electroconductivity, it becomes easy to conduct | electrically_connect with the electroconductive material which comprises a bipolar plate. Therefore, the resistance between the bipolar plate and the current collector plate can be reduced.

本発明の集電構造の一形態として、上記金属層は、錫の溶射層からなり、上記クッション層は、錫メッキした銅メッシュからなる。そして、上記クッション層は、上記金属層と集電板との間に介在されていることが挙げられる。 As one form of the current collecting structure of the present invention, the metal layer is formed of a tin sprayed layer, and the cushion layer is formed of a tin-plated copper mesh. The cushion layer is interposed between the metal layer and the current collector plate.

上記の構成によれば、錫は低融点金属であるため、溶射時に双極板を劣化・損傷させる虞が少なく、双極板に対して密着性の高い金属層を容易に形成することができる。また、金属層が錫の溶射層からなることで、双極板の導電性材料と金属層とが強固に密着して、電池の繰り返し充放電に対して、金属層が双極板から剥離することなく、両者の導通を長期に亘って確保し続けることができる。一方、錫メッキした銅メッシュは導電性に優れるため、そのような材料からなるクッション層を金属層と集電板との間に介在させることで、集電板と金属層とが導通し易くなる。加えて、錫メッキした銅メッシュは可撓性にも優れるため、負圧下においても集電板と金属層との導通面積を確保することができる。したがって、大気圧下における集電体と双極板との間の抵抗をより低減することに加えて、負圧下における集電体と双極板との間の抵抗の上昇を抑制することができる。 According to said structure, since tin is a low melting metal, there is little possibility that a bipolar plate will deteriorate and damage at the time of thermal spraying, and a metal layer with high adhesiveness with respect to a bipolar plate can be formed easily. In addition, since the metal layer is made of a sprayed layer of tin, the conductive material of the bipolar plate and the metal layer are firmly adhered, and the metal layer does not peel from the bipolar plate against repeated charge and discharge of the battery. The conduction between the two can be ensured over a long period of time. On the other hand, since the tin-plated copper mesh is excellent in electrical conductivity, the current collector plate and the metal layer are easily conducted by interposing a cushion layer made of such a material between the metal layer and the current collector plate. . In addition, since the tin-plated copper mesh is also excellent in flexibility, a conductive area between the current collector plate and the metal layer can be secured even under a negative pressure. Therefore, in addition to further reducing the resistance between the current collector and the bipolar plate under atmospheric pressure, it is possible to suppress an increase in resistance between the current collector and the bipolar plate under negative pressure.

本発明の集電構造の一形態として、上記金属層は、錫の溶射層からなり、上記クッション層は、錫箔からなる。そして、上記クッション層は、上記金属層と集電板との間に介在されていることが挙げられる。 As one form of the current collecting structure of the present invention, the metal layer is a sprayed layer of tin, and the cushion layer is made of a tin foil. The cushion layer is interposed between the metal layer and the current collector plate.

上記の構成によれば、錫は低融点金属であるため、溶射時に双極板を劣化・損傷させる虞が少なく、双極板に対して密着性の高い金属層を容易に形成することができる。また、金属層が錫の溶射層からなることで、双極板を構成する導電性材料と金属層とが強固に密着して、電池の繰り返し充放電に対して、金属層が双極板から剥離することなく両者の導通を長期に亘って確保し続けることができる。そして、錫箔は導電性に優れるため、そのような材料からなるクッション層を金属層と集電板との間に介在させることで、集電板と金属層とが導通し易くなる。加えて、錫箔は可撓性にも優れるため、負圧下においても集電板と金属層との導通面積を確保することができる。したがって、大気圧下における集電体と双極板との間の抵抗をより低減することに加えて、負圧下における集電体と双極板との間の抵抗の上昇を抑制することができる。 According to said structure, since tin is a low melting metal, there is little possibility that a bipolar plate will deteriorate and damage at the time of thermal spraying, and a metal layer with high adhesiveness with respect to a bipolar plate can be formed easily. In addition, since the metal layer is composed of a tin sprayed layer, the conductive material constituting the bipolar plate and the metal layer are firmly adhered to each other, and the metal layer is peeled off from the bipolar plate due to repeated charge and discharge of the battery. It is possible to keep the conduction between the two over a long period of time. And since tin foil is excellent in electroconductivity, it becomes easy to conduct | electrically_connect a current collector plate and a metal layer by interposing the cushion layer which consists of such a material between a metal layer and a current collector plate. In addition, since the tin foil is also excellent in flexibility, it is possible to secure a conduction area between the current collector plate and the metal layer even under a negative pressure. Therefore, in addition to further reducing the resistance between the current collector and the bipolar plate under atmospheric pressure, it is possible to suppress an increase in resistance between the current collector and the bipolar plate under negative pressure.

本発明の電池用セルスタックは、双極板を有する複数のセルフレームと、正極電極、隔膜、および負極電極を具える複数のセルと、上記各セルフレームの間に上記各セルを挟む積層体における両端部の双極板と導通される集電板とを具える。上記両端部の双極板、および集電板は、本発明の電池の集電構造を構成している。 The battery cell stack of the present invention includes a plurality of cell frames having bipolar plates, a plurality of cells having positive electrodes, a diaphragm, and a negative electrode, and a laminate in which the cells are sandwiched between the cell frames. A bipolar plate at both ends and a current collector plate are provided. The bipolar plates and current collector plates at both ends constitute the current collecting structure of the battery of the present invention.

本発明のセルスタックによれば、集電板と双極板との間の抵抗を低減できると共に、負圧下でも抵抗の上昇を抑制することができる本発明の集電構造を具えているため、抵抗による損失を低減することができるセルスタックとすることができる。 According to the cell stack of the present invention, since the resistance between the current collector plate and the bipolar plate can be reduced and the current collector structure of the present invention that can suppress an increase in resistance even under a negative pressure is provided, Therefore, the cell stack can reduce the loss due to the above.

本発明のレドックスフロー電池は、上記本発明セルスタックと、正極用循環機構と、負極用循環機構とを具える。上記正極用循環機構は、上記セルスタックに正極用電解液を循環させる。上記負極用循環機構は、上記セルスタックに負極用電解液を循環させる。 The redox flow battery of the present invention includes the cell stack of the present invention, a positive electrode circulation mechanism, and a negative electrode circulation mechanism. The positive electrode circulation mechanism circulates the positive electrode electrolyte in the cell stack. The negative electrode circulation mechanism circulates the negative electrode electrolyte in the cell stack.

本発明のレドックスフロー電池によれば、負圧においても抵抗の低いセルスタックを具えているので、電池出力や電池容量の低下などの電気的損失を低減することができる。 According to the redox flow battery of the present invention, since it has a cell stack having a low resistance even at a negative pressure, it is possible to reduce electrical losses such as a decrease in battery output and battery capacity.

本発明の電池の集電構造は、双極板と集電板との間の抵抗を低減できると共に、負圧下においても、両者の間の抵抗の上昇を抑制することができる。 The current collecting structure of the battery of the present invention can reduce the resistance between the bipolar plate and the current collecting plate, and can suppress an increase in resistance between the two even under negative pressure.

本発明の電池用セルスタックは、負圧においても抵抗の上昇を抑制することができる集電構造を具えているため、抵抗による損失の少ないセルスタックとすることができる。 Since the battery cell stack of the present invention has a current collecting structure that can suppress an increase in resistance even at a negative pressure, the cell stack can have a low loss due to resistance.

本発明のレドックスフロー電池は、負圧においても抵抗の上昇を抑制することができるセルスタックを具えているので、電池出力や電池容量の低下などの電気的損失を低減することができる。 Since the redox flow battery of the present invention includes a cell stack that can suppress an increase in resistance even at a negative pressure, it is possible to reduce electrical loss such as a decrease in battery output and battery capacity.

実施形態に係るセルスタックの部分断面図である。It is a fragmentary sectional view of the cell stack concerning an embodiment. 試験例１において、負圧下における双極板と集電板との間の抵抗値を示すグラフである。In Test Example 1, it is a graph showing a resistance value between a bipolar plate and a current collector plate under a negative pressure. 試験例２において、加圧下における双極板と集電板との間の抵抗値を示すグラフである。In Test Example 2, it is a graph showing a resistance value between a bipolar plate and a current collector plate under pressure. レドックスフロー電池の動作原理図である。It is an operation | movement principle figure of a redox flow battery. 従来のセルスタックの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the conventional cell stack.

以下、本発明の集電構造を具えるレドックスフロー電池（ＲＦ電池）の実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, an embodiment of a redox flow battery (RF battery) having a current collecting structure of the present invention will be described with reference to the drawings.

＜＜レドックスフロー電池＞＞
本発明ＲＦ電池は、ＲＦ電池に備わるセルスタックの一部に特徴がある。それ以外の構成は、図４を用いて説明した従来のＲＦ電池と同様、セルスタックに正極用電解液を循環させるためのポンプ１１２、導管１０８、１１０、タンク１０６を有する正極用循環機構と、セルスタックの負極用電解液を循環させるためのポンプ１１３、導管１０９、１１１、タンク１０７を有する負極用循環機構とを具える。したがって、以下の実施形態では、従来のＲＦ電池（セルスタック）との相違点を中心に説明し、従来と同様の構成については、図４、５と同一符号を付してその説明を省略する。 << Redox Flow Battery >>
The RF battery of the present invention is characterized by a part of the cell stack provided in the RF battery. Other configurations are similar to the conventional RF battery described with reference to FIG. 4, a positive electrode circulation mechanism including a pump 112 for circulating the positive electrode electrolyte in the cell stack, conduits 108 and 110, and a tank 106, A negative electrode circulation mechanism having a pump 113 for circulating the negative electrode electrolyte in the cell stack, conduits 109 and 111, and a tank 107. Therefore, in the following embodiment, it demonstrates centering around difference with the conventional RF battery (cell stack), about the structure similar to the past, the same code | symbol as FIG. 4, 5 is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted. .

＜セルスタック＞
図１に示す本発明のセルスタック２０は、図４を参照した従来のセルスタック２００と同様に、正極電極１０４と隔膜１０１と負極電極１０５を具えるセル１００とセルフレーム１２０とを交互に積層した積層体を具える。その積層体の両側には、複数のセル１００と外部機器との間で電気を入出力するための集電板１０が配され、さらにその外側にはエンドプレート２１０、２２０が設けられている。これら積層体、集電板１０、およびエンドプレート２１０、２２０が締付機構で締め付けられて、セルスタック２０が構成される。本発明の特徴は、セルフレーム１１を構成する双極板１１ｂと集電板１０とを導通させるための集電構造にある。以下、図１の紙面左側の集電構造１について説明する。 <Cell stack>
A cell stack 20 of the present invention shown in FIG. 1 is formed by alternately stacking cells 100 and cell frames 120 each including a positive electrode 104, a diaphragm 101, and a negative electrode 105, as in the conventional cell stack 200 shown in FIG. A laminated body. On both sides of the laminate, current collecting plates 10 for inputting and outputting electricity between the plurality of cells 100 and external devices are arranged, and end plates 210 and 220 are provided on the outer sides thereof. The laminated body, the current collector plate 10, and the end plates 210 and 220 are tightened by a tightening mechanism to constitute the cell stack 20. A feature of the present invention resides in a current collecting structure for electrically connecting the bipolar plate 11b constituting the cell frame 11 and the current collecting plate 10. Hereinafter, the current collecting structure 1 on the left side of FIG. 1 will be described.

［集電構造］
本発明の集電構造１は、セル１００を構成する正極電極１０４と負極１０５のどちらか一方の電極が接触する一面を有する双極板１１ｂと、双極板１１ｂの他面と導通される集電板１０とを具える。双極板１１ｂにおいて、他面の少なくとも一部には金属層１２が形成されている。そして、双極板１１ｂと集電板１０との間には、クッション層１３が介在されている。 [Current collection structure]
The current collecting structure 1 of the present invention includes a bipolar plate 11b having one surface where one of the positive electrode 104 and the negative electrode 105 constituting the cell 100 contacts, and a current collecting plate electrically connected to the other surface of the bipolar plate 11b. 10 and so on. In the bipolar plate 11b, a metal layer 12 is formed on at least a part of the other surface. A cushion layer 13 is interposed between the bipolar plate 11 b and the current collector plate 10.

（集電板）
集電板１０は、双極板１１ｂを介して外部機器とセル１００とで電気の入出力を行う導電部材である。この集電板１０には、例えばインバータなどの外部機器に接続するための端子（図示せず）が具えられている。集電板１０の材料は、電気抵抗の小さい金属材料からなることが好ましく、具体的には、銅が挙げられる。その他にも鉄、ニッケル、クロム、錫、アルミニウム、およびこれらのいずれかの元素を主成分とする合金などから形成されていてもよい。 (Current collector)
The current collector plate 10 is a conductive member that inputs and outputs electricity between the external device and the cell 100 via the bipolar plate 11b. The current collector plate 10 is provided with a terminal (not shown) for connection to an external device such as an inverter. The material of the current collector plate 10 is preferably made of a metal material having a low electric resistance, and specifically includes copper. In addition, it may be formed of iron, nickel, chromium, tin, aluminum, and an alloy containing any of these elements as a main component.

（双極板）
双極板１１ｂは、積層体の両端部以外では正極電極１０４と負極電極１０５との間に介在されて各セル１００間を直列につなぐ導電接続板で、集電構造１を構成する積層体の両端部においては外部機器とセル１００とで電気の入出力を行う集電用導電板として機能する。集電構造１において、この双極板１１ｂは、プラスチック製のフレーム１１ｆの内側に装着されて、一方の面にセル１００を構成する正極電極１０４（負極電極１０５）が接触し、他方の面で集電板１０と導通される。そして、他面の少なくとも一部には後述する金属層１２を有している。 (Bipolar plate)
The bipolar plate 11b is a conductive connection plate that is interposed between the positive electrode 104 and the negative electrode 105 and connects the cells 100 in series except at both ends of the stacked body. Both ends of the stacked body constituting the current collecting structure 1 are connected to each other. The unit functions as a current collecting conductive plate that inputs and outputs electricity between the external device and the cell 100. In the current collecting structure 1, the bipolar plate 11 b is mounted inside the plastic frame 11 f, and the positive electrode 104 (negative electrode 105) constituting the cell 100 is in contact with one surface and collected on the other surface. It is electrically connected to the electric plate 10. And it has the metal layer 12 mentioned later in at least one part of the other surface.

双極板１１ｂの材料は、導電性に優れることが好ましく、加えて耐酸性および可撓性を有することがより好ましい。例えば、炭素を含有する導電性材料からなることが挙げられ、具体的には、黒鉛と塩素化有機化合物とからなる導電性プラスチックが挙げられる。その黒鉛の一部をカーボンブラックとダイヤモンドライクカーボンの少なくとも一方に置換した導電性プラスチックでもよい。この塩素化有機化合物には、塩化ビニル、塩素化ポリエチレン、塩素化パラフィンなどが挙げられる。このような材料からなることで、双極板１１ｂの電気抵抗を小さくすることができる上に、耐酸性および可撓性に優れる。 The material of the bipolar plate 11b is preferably excellent in conductivity, and more preferably has acid resistance and flexibility. For example, it can be made of a conductive material containing carbon, specifically, a conductive plastic made of graphite and a chlorinated organic compound. A conductive plastic in which a part of the graphite is replaced with at least one of carbon black and diamond-like carbon may be used. Examples of the chlorinated organic compound include vinyl chloride, chlorinated polyethylene, and chlorinated paraffin. By being made of such a material, the electric resistance of the bipolar plate 11b can be reduced and the acid resistance and flexibility are excellent.

（金属層）
金属層１２は、双極板１１ｂと集電板１０とを導通させ易くするための層で、双極板１１ｂにおいて電極が接触しない他方の面の少なくとも一部に形成されている。 (Metal layer)
The metal layer 12 is a layer for facilitating electrical connection between the bipolar plate 11b and the current collector plate 10, and is formed on at least a part of the other surface of the bipolar plate 11b where the electrodes do not contact.

金属層１２の材料は、双極板１１ｂよりも導電率の高い金属材料で形成されていればよい。具体的には、金、銀、銅、ニッケル、クロム、錫、アルミニウム、これらのいずれかの元素を主成分とする合金、および半田の中から選択される１種以上の材料からなることが好ましい。これらの材料から形成されることで、双極板１１ｂを構成する導電性材料と導通し易くなる。 The material of the metal layer 12 should just be formed with the metal material whose electrical conductivity is higher than the bipolar plate 11b. Specifically, it is preferably made of one or more materials selected from gold, silver, copper, nickel, chromium, tin, aluminum, an alloy mainly containing any of these elements, and solder. . By forming from these materials, it becomes easy to conduct | electrically_connect with the electroconductive material which comprises the bipolar plate 11b.

金属層１２の形成領域は、上記他方の面のうち、双極板１１ｂの一方の面において電極が接触する領域に対応する領域（以下、電極接触領域）と同等程度とすることが好ましい。金属層１２の厚さは、０．１μｍ以上１０００μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以上１００μｍ以下であればより好ましい。厚さが０．１μｍ以上あれば、双極板１１ｂとの導通を確保し易い。一方、厚さが１０００μｍ以下であれば、電池の繰り返し充放電や、エンドプレート２１０、２２０による締め付ける内向きの圧力、および内向きの圧力の反作用として生じる反発力に対して、金属層１２の剥離や割れが生じ難い。 It is preferable that the formation region of the metal layer 12 be approximately the same as the region corresponding to the region where the electrode contacts on one surface of the bipolar plate 11b among the other surfaces (hereinafter referred to as electrode contact region). The thickness of the metal layer 12 is preferably 0.1 μm or more and 1000 μm or less, and more preferably 10 μm or more and 100 μm or less. If thickness is 0.1 micrometer or more, it will be easy to ensure conduction | electrical_connection with the bipolar plate 11b. On the other hand, if the thickness is 1000 μm or less, peeling of the metal layer 12 against repetitive charge and discharge of the battery, inward pressure tightened by the end plates 210 and 220, and repulsive force generated as a reaction of the inward pressure And cracks are difficult to occur.

金属層１２を双極板１１ｂの他面に形成する手段として、双極板１１ｂと密着した金属層１２を形成できる方法が好ましい。より具体的には、電気めっき法、無電解メッキ法、溶射法、スパッタリング、および真空蒸着法の中から選択される方法が挙げられる。これらの方法により、双極板１１ｂの導電性材料と金属層１２とを強固に密着させることができ、電池の繰り返し充放電に対して、金属層１２が双極板１１ｂから剥離することなく、両者の導通を長期に亘って確保し続けることができる。特に、金属層１２を溶射法で形成すると、双極板１１ｂの構成材料のうち、黒鉛やカーボンブラックなどの導電性材料と金属層１２とがより密着し易く、効果的である。 As a means for forming the metal layer 12 on the other surface of the bipolar plate 11b, a method capable of forming the metal layer 12 in close contact with the bipolar plate 11b is preferable. More specifically, a method selected from an electroplating method, an electroless plating method, a thermal spraying method, sputtering, and a vacuum deposition method can be given. By these methods, the conductive material of the bipolar plate 11b and the metal layer 12 can be firmly adhered, and the metal layer 12 does not peel from the bipolar plate 11b with respect to repeated charge and discharge of the battery. The continuity can be kept for a long time. In particular, when the metal layer 12 is formed by a thermal spraying method, a conductive material such as graphite or carbon black and the metal layer 12 among the constituent materials of the bipolar plate 11b are more likely to adhere to each other, which is effective.

（クッション層）
クッション層１３は、集電板１０と双極板１１ｂとの間の抵抗を低減し、さらに負圧下において、両者の間の抵抗の上昇を抑制するためのもので、集電板１０と双極板１１ｂとの間に介在されている。 (Cushion layer)
The cushion layer 13 is for reducing the resistance between the current collector plate 10 and the bipolar plate 11b and further suppressing the increase in resistance between the current collector plate 10 and the bipolar plate 11b under negative pressure. It is interposed between.

このクッション層１３は、セル内が大気圧の場合の双極板１１ｂと集電体１０との間の抵抗値をＲｐ、セル内が負圧の場合の双極板１１ｂと集電体１０との間の抵抗値をＲｍとするとき、Ｒｍ≦１．４Ｒｐを満たすような変形能を有している。ここでいう双極板と集電体との間の抵抗値とは、双極板に正極電極と負極電極のいずれか一方の電極を接触させて測定した抵抗値を言う。そして、変形能とは、セル内が負圧下の圧力変動に対して、クッション層１３が集電板１０と双極板１１ｂの両者に接触するように両者の動きに追従することをいう。そして負圧とは、大気圧（≒０．１ＭＰａ）を基準（０）としたとき、−０．０２ＭＰａ（≒０．０８ＭＰａ）のときを指す。もちろん、大気圧と負圧との間における減圧下においても、Ｒｍ≦１．４Ｒｐを満たす。このＲｐとＲｍの抵抗値の比は、Ｒｍ≦１．１Ｒｐ以下であることがより好ましい。この抵抗値の比は、Ｒｍ＝Ｒｐに近づくほど、負圧下における集電板１０と双極板１１ｂとの間の抵抗の上昇を抑制することができる。この抵抗値の測定方法は後述する。 The cushion layer 13 has a resistance value Rp between the bipolar plate 11b and the current collector 10 when the cell is at atmospheric pressure, and between the bipolar plate 11b and the current collector 10 when the cell is under negative pressure. When the resistance value of Rm is Rm, it has a deformability that satisfies Rm ≦ 1.4Rp. Here, the resistance value between the bipolar plate and the current collector means a resistance value measured by bringing either the positive electrode or the negative electrode into contact with the bipolar plate. The deformability means that the cushion layer 13 follows the movement of both of the current collector plate 10 and the bipolar plate 11b against the pressure fluctuation under negative pressure in the cell. The negative pressure refers to a case where the atmospheric pressure (≈0.1 MPa) is set to the reference (0) and −0.02 MPa (≈0.08 MPa). Of course, Rm ≦ 1.4Rp is satisfied even under reduced pressure between atmospheric pressure and negative pressure. The ratio of the resistance values of Rp and Rm is more preferably Rm ≦ 1.1Rp or less. As the ratio of the resistance values approaches Rm = Rp, an increase in resistance between the current collector plate 10 and the bipolar plate 11b under negative pressure can be suppressed. A method of measuring this resistance value will be described later.

クッション層１３は、上記抵抗値の比を満たすことに加えて、上記抵抗値Ｒｍが１０ｍΩ・１００ｃｍ^２以下となるものであることが好ましい。この抵抗値Ｒｍは、低いほど好ましく、５ｍΩ・１００ｃｍ^２以下が特に好ましい。抵抗値Ｒｍが、低いほど、電池出力や電池容量の低下を低減することができる。 In addition to satisfying the resistance value ratio, the cushion layer 13 preferably has a resistance value Rm of 10 mΩ · 100 cm ² or less. The resistance value Rm is preferably as low as possible, and is particularly preferably 5 mΩ · 100 cm ² or less. The lower the resistance value Rm, the more the battery output and battery capacity can be reduced.

このクッション層１３の部材形態としては、例えば、メッシュ、箔、フェルト、および液体金属の中から選択される１つ以上からなることが好ましい。このような部材からなることで、メッシュ、箔、フェルトの場合、可撓性を有し、液体金属の場合、流動性を有する形態なので、負圧下において、集電板１０と双極板１１ｂとの導通面積を多く確保することができる。例えば、メッシュと液体金属との両方を組み合わせてクッション層１３として使用してもよい。その場合、メッシュを集電板１０と双極板１１ｂとの間に予め介在させておいて、後から液体金属を注入することが挙げられる。このように、上記部材を種々組み合わせてクッション層１３として利用することもできる。 The member form of the cushion layer 13 is preferably made of, for example, one or more selected from mesh, foil, felt, and liquid metal. By being made of such a member, in the case of mesh, foil, and felt, it has flexibility, and in the case of liquid metal, it has fluidity, so that under negative pressure, the current collector plate 10 and the bipolar plate 11b A large conduction area can be secured. For example, both the mesh and the liquid metal may be combined and used as the cushion layer 13. In that case, a mesh is previously interposed between the current collector plate 10 and the bipolar plate 11b, and liquid metal is injected later. Thus, various combinations of the above members can be used as the cushion layer 13.

上記部材の具体的な材料としては、次に示すものが挙げられる。クッション層１３がメッシュの場合は、金、銀、銅、これらのいずれかの元素を主成分とする合金、それらの材料に錫をメッキしたものの中から選択される１種以上の材料からなることが好ましい。銅メッシュに錫をメッキしたものとして、例えば、市販のシールドメッシュを使用してもよい。同様に、箔の場合は、金、銀、銅、錫、アルミニウム、これらのいずれかの元素を主成分とする合金、および半田の中から選択される１種以上の材料からなることが好ましい。フェルトの場合は、金、銀、銅、錫、およびこれらのいずれかの元素を主成分とする合金の中から選択される１種以上の材料からなることが好ましい。液体金属の場合は、水銀が好ましい。このような材料から各々の部材が構成されることで、集電板１０と双極板１１ｂとの間の抵抗を低減することができる。 Specific examples of the material include the following materials. When the cushion layer 13 is a mesh, the cushion layer 13 is made of one or more materials selected from gold, silver, copper, an alloy containing any one of these elements as a main component, and tin plated on these materials. Is preferred. For example, a commercially available shield mesh may be used as the copper mesh plated with tin. Similarly, the foil is preferably made of one or more materials selected from gold, silver, copper, tin, aluminum, an alloy containing any one of these elements as a main component, and solder. In the case of felt, it is preferably made of one or more materials selected from gold, silver, copper, tin, and an alloy mainly composed of any of these elements. In the case of a liquid metal, mercury is preferred. By configuring each member from such a material, the resistance between the current collector plate 10 and the bipolar plate 11b can be reduced.

クッション層１３の配置箇所は、金属層１２と集電板１０との間とすることが好ましい。このとき、クッション層１３の形成領域は、金属層１２と同等程度有していればよい。クッション層１３の厚さは、１μｍ以上５０００μｍ以下であることが好ましく、５μｍ以上１００μｍ以下であることが特に好ましい。この厚さが、１μｍ以上あることで、負圧下においても双極板１１ｂと集電板１０との導通面積を多くすることができる。一方、この厚さが、５０００μｍ以下であることで、集電板１０と双極板１１ｂとの導通を十分確保することができる。 The location of the cushion layer 13 is preferably between the metal layer 12 and the current collector plate 10. At this time, the formation region of the cushion layer 13 only needs to have the same degree as the metal layer 12. The thickness of the cushion layer 13 is preferably 1 μm or more and 5000 μm or less, and particularly preferably 5 μm or more and 100 μm or less. When the thickness is 1 μm or more, the conduction area between the bipolar plate 11b and the current collector plate 10 can be increased even under negative pressure. On the other hand, when the thickness is 5000 μm or less, sufficient conduction between the current collector plate 10 and the bipolar plate 11b can be ensured.

クッション層の他の配置箇所としては、双極板と集電板との間における金属層とほぼ同一の平面上が挙げられる。具体例としては、双極板の中央部に金属層が形成され、双極板の残部に金属層を囲む枠状のクッション層を配置することや、双極板の中央部に金属層を形成し、双極板上における金属層の左右部にクッション層を並べて形成することが挙げられる。この形態の場合、クッション層は金属層と同一平面上にありながら、金属層と接触するように配置することが好ましい。クッション層の厚みは、金属層の厚み以上有していることが好ましい。そうすることで、負圧下において、双極板と集電板との導通を確保し易くなる。 As another arrangement | positioning location of a cushion layer, on the plane substantially the same as the metal layer between a bipolar plate and a current collecting plate is mentioned. As a specific example, a metal layer is formed at the center of the bipolar plate, and a frame-like cushion layer surrounding the metal layer is disposed at the remaining portion of the bipolar plate, or a metal layer is formed at the center of the bipolar plate. For example, the cushion layer may be formed side by side on the left and right sides of the metal layer on the plate. In the case of this form, the cushion layer is preferably arranged so as to be in contact with the metal layer while being on the same plane as the metal layer. The cushion layer preferably has a thickness equal to or greater than that of the metal layer. By doing so, it becomes easy to ensure conduction between the bipolar plate and the current collector plate under a negative pressure.

［セルスタックの製造方法］
上述したセルスタック２０は、以下に示す準備工程、積層工程の各工程を施して製造することができる。以下、各工程について説明する。 [Cell stack manufacturing method]
The cell stack 20 described above can be manufactured by performing the following preparation steps and lamination steps. Hereinafter, each step will be described.

（準備工程）
まず、準備工程では、セルスタック２０の構成部材を用意する。図１に示すセルスタック２０を作製するには、セルスタック２０の構成部材、即ち、複数の正極電極１０４、隔膜１０１、負極電極１０５、セルフレーム１２０、一対の集電板１０、一対のクッション層１３、金属層１２が形成された双極板１１ｂおよびその外周に装着されたフレーム１１ｆを有するセルフレーム１１を一対、一対のエンドプレート２１０、２２０、および、そのエンドプレート２１０、２２０を締め付ける締付機構２３０を用意する。この締付機構２３０は、締付軸２３１と、締付軸２３１の両端に螺合されるナット２３２，２３３と、ナット２３２とエンドプレート２１０の間に介在される圧縮バネ２３４とを具える。 (Preparation process)
First, in the preparation step, the constituent members of the cell stack 20 are prepared. In order to produce the cell stack 20 shown in FIG. 1, constituent members of the cell stack 20, that is, a plurality of positive electrodes 104, a diaphragm 101, a negative electrode 105, a cell frame 120, a pair of current collector plates 10, and a pair of cushion layers 13. A cell plate 11 having a bipolar plate 11b on which a metal layer 12 is formed and a frame 11f mounted on the outer periphery thereof, a pair of end plates 210, 220, and a tightening mechanism for tightening the end plates 210, 220 230 is prepared. The tightening mechanism 230 includes a tightening shaft 231, nuts 232 and 233 screwed to both ends of the tightening shaft 231, and a compression spring 234 interposed between the nut 232 and the end plate 210.

（積層工程）
積層工程では、上記各構成部材を積層する。この工程では、まず、エンドプレート２２０に締付軸２３１とナット２３３を取り付ける。締付軸２３１を取り付けたエンドプレート２２０を設置面に平行において、そのエンドプレート２２０上に、集電板１０を配置し、その上にクッション層１３を介在させて、金属層１２が形成された双極板１１を具えるセルフレーム１１を積層する。続けて、正極電極１０４（負極電極１０５）、隔膜１０１、負極電極１０５（正極電極１０４）からなるセル１００、セルフレーム１２０の順に繰り返し積層する。この積層工程は、集電構造１の上に、順次正極電極１０４、隔膜１０１、負極電極１０５を一枚ずつ積み重ねていくことで行っても良いし、所定数のセルフレーム１２０や正極電極１０４、隔膜１０１、負極電極１０５を積層した積層体をエンドプレート２２０上の集電構造１の上に載せることを繰り返すことで行っても良い。そして、所望のセル数を積層した後、再び、金属層１２が形成された双極板１１を有するセルフレーム１１を、最後のセル１００の上に載せ、クッション層１３を介在させて集電板１０を積層する。その後、集電板１０の上に、エンドプレート２１０を配置して、締付軸２３１の端部に圧縮バネ２３４を配置してナット２３２を取り付ける。そうして、締付機構２３０で締め付けてセルスタックを完成させる。 (Lamination process)
In the laminating step, the respective constituent members are laminated. In this step, first, the fastening shaft 231 and the nut 233 are attached to the end plate 220. The metal plate 12 was formed by disposing the current collecting plate 10 on the end plate 220 with the end plate 220 attached with the fastening shaft 231 parallel to the installation surface and interposing the cushion layer 13 thereon. A cell frame 11 having a bipolar plate 11 is laminated. Subsequently, the cell 100 including the positive electrode 104 (negative electrode 105), the diaphragm 101, the negative electrode 105 (positive electrode 104), and the cell frame 120 are repeatedly laminated in this order. This stacking step may be performed by sequentially stacking the positive electrode 104, the diaphragm 101, and the negative electrode 105 one by one on the current collecting structure 1, or a predetermined number of cell frames 120, positive electrodes 104, You may repeat by mounting the laminated body which laminated | stacked the diaphragm 101 and the negative electrode 105 on the current collection structure 1 on the end plate 220 repeatedly. After stacking the desired number of cells, the cell frame 11 having the bipolar plate 11 on which the metal layer 12 is formed is again placed on the last cell 100, and the current collector plate 10 is interposed with the cushion layer 13 interposed therebetween. Are laminated. Thereafter, the end plate 210 is disposed on the current collector plate 10, the compression spring 234 is disposed at the end of the tightening shaft 231, and the nut 232 is attached. Then, the cell stack is completed by tightening with the tightening mechanism 230.

［作用効果］
上述した実施形態によれば、以下の効果を奏する。 [Function and effect]
According to embodiment mentioned above, there exist the following effects.

（１）双極板に双極板よりも導電率の高い金属材料からなる金属層を形成することで、集電板と双極板とを導通させ易くなる。加えて、可撓性を有するクッション層を双極板と集電板との間、特に、双極板に形成される金属層と集電板との間に介在させることで、負圧下においても、金属層と集電板との導通面積を多くとることができる。したがって、集電板と双極板との間における抵抗を低減できるとともに、抵抗の上昇を抑制することもできる。 (1) By forming a metal layer made of a metal material having a higher conductivity than the bipolar plate on the bipolar plate, the current collecting plate and the bipolar plate can be easily conducted. In addition, by interposing a flexible cushion layer between the bipolar plate and the current collector plate, in particular, between the metal layer formed on the bipolar plate and the current collector plate, even under negative pressure, the metal A large conduction area between the layer and the current collector can be obtained. Therefore, the resistance between the current collector plate and the bipolar plate can be reduced, and an increase in resistance can be suppressed.

（２）集電板と双極板との間の抵抗を低減でき、なおかつ、負圧下における抵抗の上昇を抑制できるので、電池出力の低下や、電池容量の低下など、抵抗による電気的損失を低減することができる。したがって、電気的損失の少ないＲＦ電池とすることができる。 (2) The resistance between the current collector plate and the bipolar plate can be reduced, and the increase in resistance under negative pressure can be suppressed, reducing the electrical loss due to resistance, such as a decrease in battery output and a decrease in battery capacity. can do. Therefore, an RF battery with little electrical loss can be obtained.

＜試験例１＞
試験例１として、次のＲＦ電池の各試料を作製し、負圧下における集電板と双極板との間の抵抗値を測定した。まず、正・負の両電極と、金属層が形成された双極板を有するセルフレームを一対と、一対の銅製の集電板と、一対のクッション層を用意する。続いてこれらの部材を積層する。集電板の上に、クッション層、クッション層と金属層が接触するようにセルフレーム、正極電極の順に積層してから、その逆順、つまり、負極電極、金属層が形成されていない面と電極が接触するようにセルフレーム、クッション層、集電板の順で積層する。その際、表１に示すように、双極板に形成した金属層の形成手段、材料、および層厚と、集電板と金属層との間に介在させたクッション層の材料、部材、および層厚とを種々選択して積層したものを試料１〜３とした。試料３のクッション層を構成するメッシュの素線の径は、０．０１ｍｍで、メッシュサイズは、１００ｍｍ×１００ｍｍである。さらに、試料３において、クッション層を介在させていないものを作製して試料４とし、同様に、双極板に金属層を形成していないものを作製して試料５とした。そのため、試料４は双極板に金属層が形成されているが、集電体と双極板との間にクッション層は介在されていない形態であり、試料５は双極板に金属層が形成されていないが、集電体と双極板との間にクッション層が介在されている形態である。 <Test Example 1>
As Test Example 1, each sample of the following RF battery was prepared, and the resistance value between the current collector plate and the bipolar plate under negative pressure was measured. First, a pair of cell frames having both positive and negative electrodes and a bipolar plate on which a metal layer is formed, a pair of copper current collector plates, and a pair of cushion layers are prepared. Subsequently, these members are laminated. On the current collector plate, the cell layer and the positive electrode are laminated in this order so that the cushion layer, the cushion layer and the metal layer are in contact, and then the reverse order, that is, the negative electrode and the surface and the electrode on which the metal layer is not formed Laminate the cell frame, cushion layer, and current collector plate in this order so that they come into contact with each other. At that time, as shown in Table 1, the metal layer forming means, material, and layer thickness formed on the bipolar plate, and the cushion layer material, member, and layer interposed between the current collector plate and the metal layer Samples 1 to 3 were formed by laminating various thicknesses. The diameter of the mesh wire constituting the cushion layer of Sample 3 is 0.01 mm, and the mesh size is 100 mm × 100 mm. Further, in Sample 3, a sample without a cushion layer interposed was prepared as Sample 4, and similarly, a sample in which a metal layer was not formed on a bipolar plate was prepared as Sample 5. Therefore, sample 4 has a metal layer formed on the bipolar plate, but no cushion layer is interposed between the current collector and the bipolar plate, and sample 5 has a metal layer formed on the bipolar plate. Although it is not, the cushion layer is interposed between the current collector and the bipolar plate.

［負圧抵抗測定試験］
上述のようにして作製された試料１〜５に対して、真空引きを施すことで負圧状況を作り出し、順次負圧を変えていきながら、双極板と集電板との間の抵抗値を測定した。その際、圧力は、負圧状況を作り出すために試料内部に直結したパイプに取り付けた連成計で確認した。この抵抗値は、常温において双極板と集電板とに端子を接続し、両端子間の抵抗を四端子法により求めた。その結果を表２、および図２に示す。 [Negative resistance measurement test]
The samples 1 to 5 produced as described above are evacuated to create a negative pressure situation, and while sequentially changing the negative pressure, the resistance value between the bipolar plate and the current collector plate is changed. It was measured. At that time, the pressure was confirmed by a coupled meter attached to a pipe directly connected to the inside of the sample in order to create a negative pressure situation. This resistance value was obtained by connecting terminals to the bipolar plate and the current collector plate at room temperature, and determining the resistance between the two terminals by the four-terminal method. The results are shown in Table 2 and FIG.

［結果］
以上の試験を行った結果、双極板に金属層を形成し、金属層と集電板との間にクッション層を介在させた試料１〜３は、集電板と双極板との間の抵抗が低い値となった上に、抵抗がほとんど上昇しなかった。つまり、抵抗を低減することができることに加えて、抵抗の上昇を抑制することができた。このような結果となったのは、双極板に金属層を形成したことで、双極板と導通し易くなったこと、および、クッション層を介在させたことで、負圧下においても、金属層と集電板との導通を確保することができたためであると考えられる。 [result]
As a result of the above test, samples 1 to 3 in which a metal layer was formed on the bipolar plate and a cushion layer was interposed between the metal layer and the current collector plate were the resistance between the current collector plate and the bipolar plate. In addition to a low value, the resistance hardly increased. That is, in addition to being able to reduce resistance, an increase in resistance could be suppressed. The result is that the formation of the metal layer on the bipolar plate facilitates conduction with the bipolar plate, and the presence of the cushion layer allows the metal layer to This is probably because conduction with the current collector plate could be secured.

＜試験例２＞
［加圧抵抗測定試験］
試験例２として、試験例１における試料２〜４に対して加圧下における集電板と双極板との間の抵抗を測定する。まず、各試料をその積層方向が、設置面と垂直となるように配置する。そして、最上部に位置する集電板の面上に錘を乗せて荷重を付加していき、集電板と双極板との間の抵抗値を試験例１と同様の測定方法により測定した。その際、測定圧は、付加した荷重をクッション層の面積で割って求めた数値とした。クッション層のない試料は、付加した荷重を金属層の面積（上記クッション層と同じ面積）で割って求めた数値を測定圧とした。また、集電板の面上に錘を乗せていない状態（自重のみ）を面圧０とした。その結果を表３、および図３に示す。
<Test Example 2>
[Pressure resistance measurement test]
As Test Example 2, the resistance between the current collector plate and the bipolar plate under pressure is measured for Samples 2 to 4 in Test Example 1. First, each sample is arranged so that its stacking direction is perpendicular to the installation surface. Then, a load was applied by placing a weight on the surface of the current collector plate located at the top, and the resistance value between the current collector plate and the bipolar plate was measured by the same measurement method as in Test Example 1. At that time, the measurement pressure was a value obtained by dividing the applied load by the area of the cushion layer. For the sample without the cushion layer, the value obtained by dividing the applied load by the area of the metal layer (the same area as the cushion layer) was taken as the measurement pressure. In addition, the surface pressure was 0 when the weight was not placed on the surface of the current collector plate (only its own weight). The results are shown in Table 3 and FIG.

［結果］
以上の試験を行った結果、双極板に金属層を形成し、金属層と集電板との間にクッション層を介在させた試料２、３は、加圧下においても集電板と双極板との間の抵抗値が低い値となった。このような結果となったのは、双極板に金属層を形成したことで、双極板と導通し易くなったこと、および、クッション層を介在させたことで、金属層と集電板との導通を確保することができたためであると考えられる。 [result]
As a result of the above tests, Samples 2 and 3 in which a metal layer was formed on the bipolar plate and a cushion layer was interposed between the metal layer and the current collector plate, the current collector plate and the bipolar plate were The resistance value between the values became low. The result is that the formation of the metal layer on the bipolar plate facilitates conduction with the bipolar plate, and the presence of the cushion layer allows the metal layer and the current collector plate to be connected. This is considered to be because conduction was ensured.

［まとめ］
以上の試験例１、２から、双極板に金属層を形成し、集電板と金属層との間にクッション層を介在させることで、集電板と双極板との間の抵抗を低減できると共に、負圧下において抵抗の上昇を抑制することができることがわかった。さらに、上記の構成を具えることで、加圧下においても、集電板と双極板との間の抵抗を低減できることが判明した。 [Summary]
From the above Test Examples 1 and 2, the resistance between the current collector plate and the bipolar plate can be reduced by forming a metal layer on the bipolar plate and interposing a cushion layer between the current collector plate and the metal layer. In addition, it was found that the increase in resistance can be suppressed under negative pressure. Furthermore, it has been found that the resistance between the current collector plate and the bipolar plate can be reduced by providing the above configuration even under pressure.

上述した実施形態は、本発明の要旨を逸脱することなく、適宜変更することが可能であり、上述した構成に限定されるものではない。 The above-described embodiment can be appropriately changed without departing from the gist of the present invention, and is not limited to the above-described configuration.

本発明の電池の集電構造は、本発明の電池用セルスタックや本発明のＲＦ電池に好適に利用できるとともに、燃料電池などの他の電池や熱交換器の構成部材の接合構造にも利用できる。また、本発明ＲＦ電池は、太陽光発電、風力発電などの新エネルギーの発電に対して、発電出力の変動の安定化、発電電力の余剰時の蓄電、負荷平準化などを目的とした用途に好適に利用することができる。そして、本発明ＲＦ電池は、一般的な発電所に併設されて、瞬低・停電対策や負荷平準化を目的とした大容量の蓄電池としても好適に利用することができる。 The current collecting structure of the battery of the present invention can be suitably used for the cell stack for the battery of the present invention and the RF battery of the present invention, and can also be used for the joining structure of other batteries such as fuel cells and heat exchanger components it can. In addition, the RF battery of the present invention is used for the purpose of stabilizing fluctuations in power generation output, storing electricity when surplus generated power, leveling load, etc., for power generation of new energy such as solar power generation and wind power generation. It can be suitably used. The RF battery of the present invention can be suitably used as a large-capacity storage battery that is installed in a general power plant and is intended for measures against instantaneous voltage drop / power failure and load leveling.

１集電構造
１０集電板１１セルフレーム１１ｂ双極板１１ｆフレーム
１２金属層１３クッション層
２０セルスタック
１００セル１０１隔膜１０２正極セル１０３負極セル
１０４正極電極１０５負極電極１０６正極電解液用タンク
１０７負極電解液用タンク１０８、１０９、１１０、１１１導管
１１２、１１３ポンプ
１２０セルフレーム１２１双極板１２２フレーム
１２３、１２４給液用マニホールド１２５、１２６排液用マニホールド
１２７シール部材
２００従来のセルスタック２１０、２２０エンドプレート
２３０締付機構
２３１締付軸２３２、２３３ナット２３４圧縮バネ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Current collection structure 10 Current collecting plate 11 Cell frame 11b Bipolar plate 11f Frame 12 Metal layer 13 Cushion layer 20 Cell stack 100 Cell 101 Separator 102 Positive electrode cell 103 Negative electrode cell 104 Positive electrode 105 Negative electrode 106 Positive electrode electrolyte tank 107 Negative electrode electrolysis Liquid tank 108, 109, 110, 111 Conduit 112, 113 Pump 120 Cell frame 121 Bipolar plate 122 Frame 123, 124 Manifold for liquid supply 125, 126 Manifold for drainage 127 Seal member 200 Conventional cell stack 210, 220 End plate 230 Tightening mechanism 231 Tightening shaft 232, 233 Nut 234 Compression spring

Claims

A battery current collecting structure for inputting and outputting electricity between a cell and an external device,
A bipolar plate having one surface in contact with either one of the positive electrode and the negative electrode constituting the cell;
A current collecting plate electrically connected to the other surface of the bipolar plate;
Comprising a cushion layer interposed between the bipolar plate and the current collector plate,
The bipolar plate has, on at least a part of the other surface, a metal layer made of a metal material having a higher conductivity than the bipolar plate,
The cushion layer has a resistance value Rp between the bipolar plate and the current collector when the inside of the cell is at atmospheric pressure, and a resistance value between the bipolar plate and the current collector when the inside of the cell is negative pressure is Rm. And a current collecting structure for a battery having a deformability satisfying Rm ≦ 1.4Rp.

^2. The battery current collecting structure according to claim 1, wherein the resistance value Rm is 10 mΩ · 100 cm ² or less.

3. The battery current collecting structure according to claim 1, wherein the cushion layer is composed of one or more members selected from a mesh, a foil, a felt, and a liquid metal.

The metal layer is made of one or more materials selected from gold, silver, copper, nickel, chromium, tin, aluminum, an alloy mainly containing any of these elements, and solder. The current collecting structure for a battery according to any one of claims 1 to 3.

The metal layer is a sprayed layer of tin,
5. The battery collection according to claim 1, wherein the cushion layer is made of a tin-plated copper mesh, and is interposed between the metal layer and a current collector plate. Electric structure.

The metal layer is a sprayed layer of tin,
5. The battery current collecting structure according to claim 1, wherein the cushion layer is made of tin foil and interposed between the current collecting plate and the metal layer. 6.

A plurality of cell frames having bipolar plates, a plurality of cells having a positive electrode, a diaphragm, and a negative electrode, and a bipolar plate at both ends of the laminate sandwiching the cells between the cell frames A battery cell stack comprising a current collector plate,
The battery cell stack according to any one of claims 1 to 6, wherein the bipolar plates and the current collecting plates at both ends constitute the battery current collecting structure according to any one of claims 1 to 6.

A cell stack according to claim 7;
A positive electrode circulation mechanism for circulating the positive electrode electrolyte in the cell stack;
A redox flow battery comprising a negative electrode circulation mechanism for circulating a negative electrode electrolyte in the cell stack.