JP6156627B2 - 空気電池とこれを積み重ねた組電池 - Google Patents

Description

本発明は、空気電池とこれを積み重ねた組電池に関する。

従来、この種の空気電池として、特許文献１に「予備電池」とした名称において開示されたものがある。
特許文献１に開示された「予備電池」は、電気化学電池システムで使用する構造のものであり、複数の乾燥コンポーネントとともに正極と負極とを含み、その乾燥コンポーネント構造の一端に凝縮電解液の貯槽を有するものである。
上記の構成においては、液体が凝縮電解液の貯槽に加えられ、電解液が電解液流動管理構造を通して乾燥コンポーネントに導入され、それによって正極と負極間の電気化学反応を起させるようにしたものである。

特表２００５−５２７０６９号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示されている予備電池では、負極部材と空気流路の部品とを別個に形成していたために、部品点数が多いためにコスト高になるという課題が未解決のままであった。

そこで本発明は、部品点数を減らしてコストの低減を図った空気電池とこれを積み重ねた組電池の提供を目的としている。

上記課題を解決するための本発明に係る空気電池は、正極と負極とを、これらの間に電解液層を区画形成するようにして枠体内に収容し、かつ、組電池として互いに積み重ねて用いられるものである。
本発明においては、上記負極が負極材から成り、上記負極材が、他の空気電池の正極に当接する側の一方の面に空気流路を備え、他方の面が上記電解液層に当接するものである。
同上の課題を解決するための本発明に係る組電池は、上記の空気電池を積み重ねたものである。

本発明によれば、負極材を他の空気電池の正極に当接させるようにし、かつ、その負極材の他の空気電池の正極との当接面に空気流路を一体に形成しているので、部品点数を減らしてコストの低減を図ることができる。

本発明の一実施形態に係る空気電池を積み重ねた組電池の断面図である。 （Ａ）は、同上の空気電池の断面図、（Ｂ）は、同上の平面図である。 （Ａ）は、同上の空気電池の正極構成部品の製造工程を示す説明図、（Ｂ）は、同上の空気電池の負極材の製造工程を示す説明図である。 枠体に負極材を固定したものに正極構成部品を取り付ける様子を示す分解断面図である。 負極材に枠体をモールド成型したものを示す断面図である。

以下に、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る空気電池を積み重ねた組電池の断面図、図２（Ａ）は、図１に示す空気電池の断面図、（Ｂ）は、その平面図である。また、図３は、その一実施形態に係る空気電池の正極構成部品の製造工程を示す説明図、図４は、その一実施形態に係る空気電池の負極材の製造工程を示す説明図である。

一例に係る組電池Ａは、図１に示すように、二つの空気電池Ｂ１，Ｂ１を互いに積み重ねたものである。
本発明の一実施形態に係る空気電池Ａ１は、正極１０と負極材２０とを、これらの間に電解液層３０を区画形成するようにして枠体４０内に収容したものである。
枠体４０は、絶縁性を有するポリプロピレン製のものであり、所要の高さにし、かつ、側板４１〜４４（図２（Ｂ）参照）により、平面視において正方枠形に形成されている。

枠体４０としては、上記したポリプロピレンの他、ポリイソブチレン等のポリオレフィン系樹脂や、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレンエチレン共重合体等のフッ素樹脂を用いることができる。また、強度や寸法精度等の要求に応じて、ミネラル、ガラス繊維で強化することができる。

本実施形態において示す正極１０は、正極支持板１１と正極材１２を有して構成されている。
正極支持板１１は、平面視長方形にしたステンレス（ＳＵＳ３０４）製のものであり、中央部に化学エッチングにより所定の直径にした複数の貫通孔１１ａを所要の密度で穿設開口したものである。
なお、化学エッチングに限らず金網、パンチングメタル等でもよく、作り方を限定するものではない。

正極材１２は、触媒を含んだ導電性、かつ、多孔質な材料で形成されており、例えば、カーボン材料とバインダー樹脂とで形成され、多導電多孔体内に二酸化マンガン等の触媒が含まれているものである。

上記した側板４１〜４４の上端面４１ａ〜４４ａの各内半部側には、正極支持板１１の外周縁部を保持するための保持部４１ｂ〜４４ｂ（図２（Ｂ）参照）が段差として形成されている。
各保持部４１ｂ〜４４ｂの深さＨ１は、正極支持板１１の厚みＴ１と同等かやや浅めに形成されており、その正極支持板１１が他の空気電池Ａ１の負極材２０に当接するようになっている。

側板４１〜４４のうち、側板４２，４４には、枠体１０内外に空気を流通させるための空気流通口４２ｅ，４４ｅ（図２（Ｂ）参照）が互いに対向する位置に横長にして形成されているとともに、側板４１には、外部から電解液を注入するための二つの電解液注入口４１ｃ，４１ｃが互いに間隔をおき、かつ、その側板４１内外に貫通させて形成されている。
空気流通口４２ｅ，４４ｅは、後述する負極材２０の空気流通路２３に対向する高さ位置に配設されている。

負極材２０は、図１，２に示すように、これに空気流通路２３を一体に形成しているとともに、他の空気電池Ａ１の正極１０に当接して集電する集電材として機能を兼ね備えたものである。

負極材２０は、アルミ、マグネシウム又はそれらの合金よりなる金属材で形成されており、電解液と電気化学的反応により腐食され（負極反応）、電子を外部に取り出すことができるものである。

本実施形態において示す負極材２０は、上記側板４１〜４４の内壁面４１ｄ〜４４ｄに、側壁２１ａ〜２１ｄが当接する大きさにした本体２１と、その側壁２１ａ〜２１ｄ（２１ｂ，２１ｄについては図示していない）の中間部分に、鍔部２２を一体に突設したものである。

鍔部２２は、負極材２０を枠体４０に埋設固定するためのものであり、側壁４１〜４４の板厚の略半分の寸法にして形成され、本実施形態においては、上下両面に微細な凹凸を形成している。これにより、枠体４０との接触面積が増大して、枠体４０との固定状態をより強固にすることができる。

本体２１の厚みＴ２は、負極材２０を鍔部２２によって枠体４０に固定したときに、下面２１ｅが、他の空気電池Ａ１の正極支持板１１とほぼ面一かやや突出するようにしている。
「厚みＴ２」は、鍔部２２の下面と本体２１の下面２１ｅとの寸法である。

また、本実施形態においては、本体２１の上面２１ｆ、従ってまた、電解液層３０に臨む面を平坦面に形成しているが、当該上面２１ｆに凸凹を形成してもよい。この場合、電解液との接触面が増大して、反応速度を速めることができる。

本体２１の略下半部には、他の空気電池Ａ１の正極材１２に送気するための空気流路２３が形成されている。
空気流路２３は、上記した空気流通口４２ｅ，４４ｅを形成した側板４２，４４間にわたり、互いに平行にして形成された４つの溝２３ａからなる。なお、図１，２には、４つの溝２３ａを示しているが、実際にはもっと多数の溝からなる。

本実施形態において示す溝２３ａは、基底面２３ｂから開口２３ｃにかけて同じ寸法にしたものを示しているが、これに限らず、基底面２３ｂから開口２３ｃにかけて次第に幅広になる断面形状にしてもよい。この場合、放熱効果を高めることができる。
また、放熱を高くする部位の溝の幅を大きくする等、適宜溝の幅や形状を変化させるようにしてもよい。

上記した各溝２３ａには、漏液防止部材５０が配設されている。
漏液防止部材５０は、溝２３ａの基底面２３ｂ及び側壁面２３ｄ，２３ｄの上半部を覆う下向き凹形に形成されている。このように溝２３ａの上半部だけを被覆して、下半部を露出させていることによって、負極材２０の放熱性を確保することができる。

本実施形態において示す漏液防止部材５０は、上記した枠体４０を形成するときに同時に形成されるようになっている。換言すると、その枠体４０と同じ材質により形成されているが、下記のような樹脂により、枠体４０とは別に形成することができる。
具体的には、ポリオレフィン系樹脂、フッ素系樹脂、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴムを採用することができる。また、伝熱要求に応じて、カーボンブラック、カーボン繊維、金属繊維等を追加することができる。

図３は、正極の製造工程を示す説明図、図４は、負極材を製造する工程を示す説明図、図５は、枠体に負極材を固定したものに正極構成部品を取り付ける様子を示す分解断面図である。なお、上述した実施形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。

図３（Ａ）に示すように、正極支持板１１に貫通孔１１ａを形成した後、（Ｂ）に示すように、その正極支持板１１の下面１１ｂに正極材１２を固定するとともに触媒層１２ａを形成する。これにより、正極１０ができる。
一方、負極材２０は、図３（Ｂ）に示す金属ブロック２０´を切削して、本体２１に鍔部２２と空気流路２３とを形成する。
なお、切削に限らず鋳造、プレス等でもよく、作り方を限定するものではない。

そして、図４に示すように、枠体４０に負極材２０を鍔部２２を介して埋設固定するとともに、空気流路２３の各溝２３ａに漏液防止材５０を同時に形成する。
そして、負極材２０を固定した枠体４０に正極１０を取り付けることにより、正極１０と負極材２０との間に電解液層３０が区画形成される。換言すると、それら正極１０と負極材２０とが電解液層３０を挟む両側に対設した状態になって、本発明に係る空気電池Ａ１を製作することができる。

以上の構成からなる空気電池Ｂ１と組電池Ａによれば、次の効果を得ることができる。
・従来は別部材として形成していた、負極材，集電材，流路形成部品を一つの負極材で形成し負極としているので部品点数を減らすことができるとともに、コストの低減を図ることができる。
・また、負極を構成する負極材、集電材、流路形成部品を１つの負極材で形成することにより、小型化を図ることができる。

・空気流路に漏出防止部材を被覆形成しているので、負極材が腐食によって薄肉になったときにも、電解液層内の電解液が漏出することを防止することができる。
・負極材に枠体をモールド成型しておき、これに正極を固定すればよいので、その組み立てを容易に行なうことができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限るものではなく、次のような変形実施が可能である。
図５は、負極材に枠体をモールド成型したものを示す断面図である。なお、上述した実施形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。
図５に示す負極材２０は、空気流路２３の溝２３ａの内壁全面を漏出防止部材５０Ａで被覆形成したものである。空気流路２３をなす溝２３ａの内壁全面を漏出防止部材５０Ａで被覆形成することにより、負極材１０の腐食が大きく進んだときにも、電解液の漏出を防止することができる。

１２ 正極材
２０ 負極材
２１ 本体
２２ 鍔部
２３ 空気流路
３０ 電解液層
４０ 枠体
５０ 漏出防止部材
Ａ 組電池
Ｂ１ 空気電池

Claims (7)

1. 正極と負極とを、これらの間に電解液層を区画形成するようにして枠体内に収容し、かつ、組電池として互いに積み重ねて用いられる空気電池であって、
   上記負極が負極材から成り、
   上記負極材が、他の空気電池の正極に当接する側の一方の面に空気流路を備え、他方の面が上記電解液層に当接することを特徴とする空気電池。
2. 上記空気流路に、電解液層内の電解液が漏出することを防止する漏出防止部材を被覆形成している請求項１に記載の空気電池。
3. 上記漏出防止部材を、上記空気流路内の電解液層側のみに被覆形成している請求項２に記載の空気電池。
4. 上記負極材の電解液層に臨む面を平坦面に形成している請求項１〜３のいずれか１項に記載の空気電池。
5. 上記負極材の電解液層に臨む面に凸凹を形成している請求項１〜３のいずれか１項に記載の空気電池。
6. 上記負極材が、枠体に固定するための鍔部を本体に突設したものであり、その鍔部に凹凸を形成している請求項１〜５のいずれか１項に記載の空気電池。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の空気電池を積み重ねた組電池。

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