JPH01264166A

JPH01264166A - セル構造体

Info

Publication number: JPH01264166A
Application number: JP63089694A
Authority: JP
Inventors: Onori Kawachi; 河内　大典; Kishio Miwa; 輝之男三輪
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1988-04-12
Filing date: 1988-04-12
Publication date: 1989-10-20

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、レドックス７０一型二次電池や亜鉛−臭素
型二次電池等の二次電池や、有機化合物の電解に使用す
る電解槽や、電解による合成、酸化、還元反応に使用す
る電解槽等を構成するのに適したセル構造体に関する。

（従来の技術）電池、たとえばレドックスフロー型二次電池は、特開昭
６１−２８４０５７号公報ほかに記載されているように
、また、よく知られているように、セル枠とそのセル枠
内に配置された反応電極とからなるユニットと、イオン
交換膜と、集電極とを、ユニット、イオン交換膜、ユニ
ット、集電極、ユニット、イオン交換膜、ユニット、集
電極、・・・・・・といったように繰り返し積層するこ
とによって構成されている。上記集電極は、銅板を、樹
脂にアセチレンブラック等を混入してなる導電性樹脂で
被覆してなる。ところか、このような構成のものは、以
下において説明するような問題がある。

すなわち、集電極は、上述したように銅板を導電性樹脂
で被）１してなるが、銅板は、極く普通の圧延銅板のよ
うなものからなっているので、被覆される導電性樹脂と
の接着性が大変悪い。この問題を解決するため、上記特
開昭６１−２８４０５７号発明においては、導電性樹脂
の、いわゆる母材として、圧延銅板との接着性に優れた
アイオノマー樹脂等を選択、使用しているが、アイオノ
マー樹脂は電解液に対する耐食性に劣るので、結局、電
池特性を長期にわたって安定させるのが難しい。

（発明が解決しようとする課題）この発明の目的は、従来のレドックスフロー型二次電池
等における上述した問題点を解決し、電池特性を長期に
わたって安定さｔ！ろことかできるばかりか、電池等を
軽量かつコンパクトにすることができるセル構造体を提
供するにある。

（課題を解決するための手段）上記目的を達成するために、この発明においては、互い
に対向する一対のセル枠と、各上記セル枠内に配置され
た反応電極と、一対の上記セル枠間に配置された導電性
電解液分離板と、各上記セル枠の外面に配置されたイオ
ン交換膜とを有し、かつ、上記電解液分離板は、電解銅
箔と、その電解鋼箔の各面に形成された導電性樹脂層と
を有していることを特徴とするセル構造体が提供される
。

また、この発明においては、互いに対向する一対のセル
枠と、各上記セル枠内に配置された反応電極と、一対の
上記セル枠間に配置されたイオン交換膜と、各上記セル
枠の外面に配置された集電極とを有し、かつ、上記集電
極は、電解銅箔と、その電解銅箔の各面に形成された導
電性樹脂層とを有していることを特徴とするセル構造体
が提供される。

この発明のセル構造体は、レドックスフロー型二次電池
等の電解液流通型電池を組み立てるのに使用することが
できるものである。電解液は、連続的に流されるものも
あり、間歇的に流されるものもある。また、流さないで
、単に電池内に保持されるものもある。電解液保持型二
次電池と呼ばれるものである。また、上述した各種の電
解槽を組み立てるのに使用することができるものである
。

この発明をさらに詳細に説明するに、セル構造体は、互
いに対向する一対のセル枠を有する。

セル枠は、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、フ
ッ素樹脂等の熱可塑性樹脂、なかでも、融点が比較的低
いポリエチレン樹脂やポリプロピレン樹脂、それも、後
述する、熱プレス等による熱Ｖ＆着が容易であり、しか
も低比重であるために電池等の重量を大きく低減するこ
とができる、独立気泡を有する発泡ポリエチレン樹脂や
発泡ポリプロピレン樹脂で構成されているのが好ましい
。

なお、電解液流通型二次電池に供するものである場合に
は、セル枠に、好ましくはポリエチレン樹脂やポリプロ
ピレン樹脂等の、やはり合成樹脂からなる、電解液の供
給管と排出管とが、好ましくはセル枠と熱融着すること
によって設けられる。

各セル枠内には、反応電極が配置されている。

この反応電極は、よく知られた、たとえば、二次元的ま
たは三次元的にランダム配向ぜしめてなる炭素短繊維を
炭素で結着してなるようなものＡ″）、炭素繊維の織物
や編物、不織イト（フェルト）等からなっている。

一対のセル枠間には、導電性の電解液分離板か、イオン
交換膜が配置されている。電解液分離板は、電解鋼箔と
、その電解銅箔の各面に形成された導電性樹脂層とを有
している。

電解鋼箔は、よく知られているように、銅イオンを含む
溶液を電解し、銅を薄膜状に析出させてなるものである
。そのため、銅の結晶が厚み方向に延びており、圧延銅
板等にくらべて、表面粗さが、中心線平均粗さで２〜１
０μｍと大きいので、その面に形成される導電性樹脂層
との接着面積を大きくとることができるようになる。電
解銅箔は、必要であれば、電解処理によってざらに粗面
とすることもできる。また、耐熱処理や、防錆処理等の
表面処理を施すこともできる。

電解銅箔の各面に形成される導電性樹脂層は、電解液に
対して安定な、ポリエチレン樹脂、ボリプロピレン樹脂
、ポリ−４−メチルペンテン−１樹脂等のポリオレフィ
ン樹脂や、ポリフェニレン丈ルフフイド樹脂、ポリエー
テルエーテルケトン樹脂、ポリテトラフルオロエチレン
樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエ
ーテルスルホン樹脂等の熱可塑性樹脂や、エポキシ樹脂
、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂に、１０〜７５Φ量
％程度の範囲で、カーボンブラック粉末やグラファイト
粉末等の導電性粉末を混入せしめてなるものである。厚
みは、３０〜５００μｍ程度でよい。

イオン交換膜としては、通常、ポリスチレン系、ポリオ
レフィン系、フルオロカーボン系等の陽イオン交換膜を
使用することができる。

さて、互いに対向する一対のセル枠は、それが熱可塑性
樹脂で構成されている場合、熱プレス等によって好まし
くは熱融着されている。このとき、セル枠間に上述した
電解液分離板またはイオン交換膜が介在され、セル枠の
熱融着に伴ってセル枠間に配置される。しかして、熱融
着は、いわゆるスポット融看ではなく、セル枠の外縁に
沿って枠状に、あるいはセル枠の対向する全面にわたっ
て施されるものである。熱融着によらない場合は、ポル
１〜等によって締め付ければよい。なお、セル枠同士を
熱融着する場合、使用材料によっては、イオン交換膜や
電解液分離板をもセル枠と熱融着することができる。

一対のセル枠間に電解液分離板が配置されるものにあっ
ては、各セル枠の外面にイオン交換膜を配置しながら積
層し、二次電池等を構成する。また、一対のセル枠間に
イオン交換膜が配置されるものにあっては、各セル枠の
外面に集電極を配置しながら積層し、二次電池等を構成
する。

（実施態様）第１図および第２図は、電解液流通型二次電池を構成す
る場合に使用するセル構造体を示すもので、互いに対向
する、熱可塑性樹脂からなる一対のセル枠１．２が、熱
融着されている。このセル枠１には電解液の供給管８と
排出管９とが設けられ、同様に、セル枠２にも電解液の
供給管１０と排出管１１とが設けられている。これらの
供給管や排出管もまた、熱可塑性樹脂からなり、セル枠
と熱融着されている。また、セル枠１．２間には、やは
りセル枠１．２と熱融着された電解液分離板３が配置さ
れている。この電解液分離板３は、電解銅部の各面に導
電性樹脂層を設けてなるもので必る。ざらに、セル枠１
内には反応電極４が、セル枠２内には反応電極５が、そ
れぞれ配置されている。ざらにまた、セル枠１の外面に
はイオン交換膜４が、セル枠２の外面にはイオン交換！
Ｉ！４７が、それぞれ配置されている。このようなセル
構造体を、多数積層することによって上述した二次電池
を構成することができるものである。このとき、隣接す
るセル構造体にはイオン交換膜を設けない。

イオン交換膜は、隣接する２個のセル構造体で共用され
るものである。なお、積層に際しては、隣接するセル構
造体間においても、やはりセル枠同士が熱融着される。

第３図は、別のセル構造体を上記第２図に対応して示す
もので、セル枠１．２間には、第２図に示したものにお
ける電解液分離板に代えて、セル枠１．２に熱融着され
たイオン交換膜１２が配置されている。しかして、セル
枠１の外面には集電極１３が、セル枠２の外面には集電
極１４が配置されている。この集電極１３．１４は、上
述した電解液分離板と全く同一の構造を有するものであ
る。この場合も、積層に際しては、隣接するセル構造体
においては集電極は設けず、隣接する２個のセル構造体
でこれを共用する。

第４図は、第１図および第２図、または、第３図に示し
たセル構造体を多数積層、使用して構成した電解液流通
型二次電池を示すもので、ｎ個の、上述したセル構造体
１５１〜１５ｎｋ：ついて、各セル構造体が並列をなす
ように、陽極用の電解液タンク１６と循環ポンプ１７と
を有する配管系に電解液の供給管８と排出管９とを接続
し、同様に、陰極用の電解液タンク１Ｂと循環ポンプ１
９とを有する配管系に電解液の供給管１０と排出管１１
とを接続し、各セル構造体の、第２図や第３図に示した
電極４（５）に循環ポンプ１７（１９）によって電ｗ？
、Ｍタンク１６（１８）の電解液を循環、接触させなが
ら充放電を行わせるようにしたものである。セル構造体
１５１〜１５ｎは、電気的には直列に接続されている。

電解液としては、陽極用には塩化鉄の塩酸溶液等が、陰
極用には塩化クロムの塩酸溶液等がそれぞれ使用される
。

（発明の効果）この発明のセル構造体は、電解液分離板または集電極が
、電解銅箔と、その電解鋼箔の各面に形成された導電性
樹脂層とを有するものであり、電解鋼箔は銅の結晶が厚
み方向に延びていて、通常の圧延銅板等にくらべて、表
面粗さを、中心線平均粗さで２〜１０μｍと大きくとれ
るから、その面に形成される導電性樹脂層との接着面積
を大きくとることができ、導電性樹脂層を形成する、い
わゆる母材樹脂の制限が大きく緩和される。そのため、
上述した従来の電池のようにアイオノマー樹脂等を使う
必要はあえてなくなり、より耐食性等に優れたポリエチ
レン樹脂やポリプロピレン樹脂等を使用することができ
るようになって、電池等の特性を長期にわたって安定さ
せることかできる。また、銅箔は軽量でおるから、銅板
を使用する場合にくらべて電池等を軽量かつコンパクト
にできるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、この発明のセル４Ｉ４造体の一
実ＩＭ態様を示す概略図で、第１図は斜視図、第２図は
第１図のＡ−Ａ断面図、第３図は、この発明のセル構造
体の別の実ＦＭ態様を上記第２図に対応して示す概略断
面図、第４図は、上記第１図および第２図、または、第
３図に示したセル構造体を使用した電解液流通型二次電
池を示す概略フロー図である。１：セル枠２：セル枠３：電解液分離板４：電極５：電極６：イオン交換膜７：イオン交換膜８：Ｎ解液供給管９：電解液排出管１０：電解液供給管１１：電解液排出管１２：イオン交換膜１３：集電極１４：集電極１５１〜１５ｎ：セル構造体１６：電解液タンク１７：循環ポンプ１８：電解液タンク１９：循環ポンプ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）互いに対向する一対のセル枠と、各前記セル枠内
に配置された反応電極と、一対の前記セル枠間に配置さ
れた導電性電解液分離板と、各前記セル枠の外面に配置
されたイオン交換膜とを有し、かつ、前記電解液分離板
は、電解銅箔と、その電解銅箔の各面に形成された導電
性樹脂層とを有していることを特徴とするセル構造体。
（２）互いに対向する一対のセル枠と、各前記セル枠内
に配置された反応電極と、一対の前記セル枠間に配置さ
れたイオン交換膜と、各前記セル枠の外面に配置された
集電極とを有し、かつ、前記集電極は、電解銅箔と、そ
の電解銅箔の各面に形成された導電性樹脂層とを有して
いることを特徴とするセル構造体。
（３）請求項（１）または（２）記載のセル構造体を有
する電解液流通型二次電池。
（４）請求項（１）または（２）記載のセル構造体を有
するレドックスフロー型二次電池。