JPH02142069A - 液循環式金属−ハロゲン電池 - Google Patents

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］ 本発明は液循環式金属−ハロゲン電池、特に反応槽内に
おいて正極側と負極側との隔離作用を果たすセパレータ
の構造に関する。

［従来の技術］ 電解液への溶解度が高く電極反応特性の優れた臭素を正
極活物質とし、亜鉛などの金属を負極活物質とする金属
−臭素電池が開発されており、貯蔵・取扱いの容易性や
高エネルギー密度等多くの利点から例えば電気自動重用
駆動源としての期待を集めている。

第３図に特開昭５７−１９９１６７号公報に開示されて
いる一般的な金属−臭素電池の原理構成を示す。

図示例における負極側金属には亜鉛が用いられており、
正極１０及び負極１２がそれぞれ配設された正極側反応
槽１４及び負極側反応槽１６間で電解液１８を介して次
式で示される電気化学反応が行われる。

（正極）２Ｂｒ　　：Ｂｒ２＋２ｅ （負極）Ｚｎ２＋＋２ｅ　　；：　２口　　・・・（１
）充電 （全体）Ｚｎ”＋２Ｂｒ−；：　Ｚｎ　＋Ｂｒ２放電 このような金属−臭素電池では電解液１８として臭化亜
鉛Ｚ　ｎ　Ｂ　ｒ　２水溶液が用いられ、必要に応じて
電導変向上剤、臭素錯化剤、デンドライト抑制剤等が添
加される。

充電時には反応槽１４．１６内において前記第１式に−
で示す充電反応が行われ正極１０側では臭素Ｂ　ｒ　２
が生成され電解液１８内に溶解し、他方負極１２側では
亜鉛Ｚｎが析出し負極１２上に亜鉛の析出層が形成され
ていく。

また、放電時には−で示す前記充電時と逆の反応が行わ
れ、正極１０側では臭素Ｂ　ｒ　２が還元されて臭素イ
オンＢｒ　　となって電解液１８中に溶解し、負極１２
側では亜鉛の析出層が酸化されて亜鉛イオンＺ　ｎ　２
＋となって電解液１８中に溶解する。

このような電気反応が行われる反応槽１４゜１６内は充
電時に生成する臭素Ｂ　ｒ　２により自己放電を招くこ
とがないようその内部がセパレータ膜２０により分離さ
れている。

このセパレータ膜２０は自己放電を防止するために電解
液１８中の各種イオンは通すがこれに溶解している臭素
Ｂ　ｒ　２の透過は阻止するものである。セパレータ膜
２０としては、一般にイオン交換膜あるいは多孔質膜が
用いられるが、電池の内部抵抗を少なくするという観点
からは多孔質膜が望ましい。

そして、電解液循環型の電池では、充電時における化学
反応によって得たエネルギーを貯蔵するだめの正極側電
解液貯蔵槽２２と負極側電解液貯蔵槽２４とを含む。

前記正極側電解液貯蔵槽２２は正極側反応槽１４との間
で配管２６．２８を介して電解液循環経路を形成してお
り、循環経路に設けたポンプ３０により正極側反応槽１
４内において反応した正極側電解液１８ａを貯蔵槽２２
へ送り出し、貯蔵槽２２内の電解液１８ａを反応槽１４
に供給している。

ここにおいて、電解液１８内に臭素錯化剤が添加されて
いる場合には、充電時に発生した臭素Ｂ　ｒ　２は錯体
化され、電解液１８に不溶な錯体化合物３２となって析
出し、該錯体化合物３２は貯蔵槽２２の底部を錯体貯蔵
部３４として順次沈澱して貯蔵されていく。

また、この錯体貯蔵部３４と配管２８との間はバルブ３
６を有する錯体供給管３８により連絡されている。そし
て、このバルブ３６は通常解放されており、錯体貯蔵部
３４に沈澱した錯体化合物３２を配管２８を介して正極
側反応槽１４に向けて放電用に送り出す。

また、前記負極側電解液貯蔵槽２４は、同様にして負極
側反応槽１６との間で配管４０．４２を介して電解液循
環経路を形成しており、循環経路に設けたポンプ４４を
用い負極側反応槽１６内にて反応した負極側電解液１８
ｂを貯蔵槽２４へ向は送り出し貯蔵槽２４から新たな電
解液１８ｂを反応槽１６に向は供給している。

このように、この金属−臭素電池は、貯蔵槽２２．２４
内に電解液１８を充分に貯蔵し、該貯蔵電解液１８を用
いて充電時には前記第１式に示す充電反応を行い、錯体
貯蔵部３４に臭素の錯体化合物を貯蔵し負極１２上に亜
鉛の析出層を形成して電力を貯蔵することができる。

また、放電時には錯体貯蔵部３４に貯蔵されている臭素
の錯体化合物３２を正極側反応槽１４に向は送り出し、
該錯体化合物３２と負極１２上に形成されている亜鉛の
析出層とを用いて、前記第１式に示す放電反応を行いそ
の充電電力を放出することができる。

ところで、以上のような原理構成を取る金属−ハロゲン
電池が実際に電気自動車用駆動源として用いられる場合
、反応槽は画電極及びセパレータから成る基本単位とし
てのセルが複数個積層配設され、反応槽内における複数
のセルに対して共通の両極側電解液貯蔵槽から電解液が
循環供給されることになる。

このため、第４図（Ａ）に示すように、電極及びセパレ
ータ膜２０は枠体５０によりその周縁が保持されるよう
形成され、この枠体５０に形成されたマニホールド５０
ａを介して積層された各セルに電解液が流れ込むことに
なる。

通常、セパレータ膜２０に対してこれを保持するセパレ
ータ枠５０の製造には射出成形法が用いられ、セパレー
タ膜２０を上下の金型にて固定保持した状態で金型の中
空部に溶融プラスチック等を注入してセパレータ膜２０
の端部と枠部５０とを接合させていた。

ここで、前述したごとく反応槽内では両極側電極とセパ
レータとから成るセルが複数個積層されており、このた
め、各セル内における電解液の存在部であるセパレータ
枠５０と両極側電極１０゜２０とにより形成される空間
は非常に狭い。従って、平滑なセパレータ膜２０と各電
極とを直接的に露出状態に対向させた場合には、電池運
転時に生じるセパレータ膜２０の撓み等によってこれが
近接している電極１０．１２とｗｉ着してしまい、当該
極側における円滑な電解液の流れを疎外するという不都
合が生じる。

このため、第４図（Ａ）に示すごとく、一般にセパレー
タ膜２０には近接する電極との間隔を保持するためのポ
スト（突起）２０ａがその両面に所定間隔で一体形成さ
れており、これによって電極に対してセパレータ膜２０
が張り付くことを防止している。

［発明が解決しようとする課題］ 以上のように、セパレータ膜２０と一体形成されたポス
ト２０ａが電極１０．２０に対して一定の間隔を電池運
転中も保持する役割を果たす。しかしながら、前述した
セパレータ膜２０に対する枠体５０の射出成形時にセパ
レータ膜２０の周縁部近傍が上下の金型により抑圧保持
されなければならないため、この部分のセパレータポス
ト２０ａが潰れてしまうという問題が生じる。

第４図（Ａ）において、射出成形時にセパレータ膜２０
の周縁を保持する金型の位置を点線１００で示し、この
金型によって保持された部分に位置するセパレータポス
ト２０ａ１が・で示すように潰されてしまうことがわか
る。同図（Ｂ）は同図（Ａ）のＢ−Ｂ断面を示し、金型
で保持される部分に位置するセパレータポスト２０ａ１
は潰されてその両側に位置する電極との間隔保持作用を
果たすことができなくなっている。

そして、こうして構成されたセパレータをそのまま電池
に組み込んで使用すれば、ポストは潰された部分が両側
に近接する電極板に癒着し、セル内における電解液の流
れを妨げる結果として電池全体の性能を著しく低下させ
てしまうという欠点があった。

こうした不都合の対応策として、特開昭６１−５８１６
１号公報にはセパレータを保持する金型にセパレータ膜
の凸状突起に対応した凹状のにげ穴を形成し、これによ
って上下の金型でセパレータ膜を押圧挟持してもセパレ
ータポストが破損されないようにしたセパレータ枠の射
出成形手法が開示されている。

この方法を実行すれば確かにセパレータポストが潰れる
ことなく枠体の形成が可能であるが、このためにはセパ
レータ膜を金型と同程度の基準の高い精度で形成してお
かなければ、前記金型のにげ穴との嵌合がうまく行われ
ず、セパレータポストの確実な保護は不可能となる。

ところが、こうしたポスト付きセパレータ膜というのは
長いシート状の素材にエンボス加工等を施すことによっ
て一括的かつ連続的に行われるため、個々のセパレータ
ポストの寸法精度を高く保持するということが非常に難
しい。

従って、上述のような金型ににげ穴を設ける方法はセパ
レータポストとの寸法面における相互の位置関係に問題
があり、セパレータポストの確実な保護作用を果たすこ
とができないというのが実情であった。

本発明は上記従来の課題に鑑みなされたものであり、そ
の目的は簡単な構成でセパレータ枠射出成形時に破損さ
れたセパレータポストの作用を補償し、電池使用時にお
けるセパレータ膜とその両側に位置する電極との癒着に
起因する電解液流れの劣化を確実に防止可能とした液循
環式金属−ノ＼ロゲン電池を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明は自己放電防止用の
セパレータと該セパレータの両側に配設された正極側電
極及び負極側電極とからなるセルが複数個積層され各極
側で独立的に循環供給される電解液を介して所定の充放
電反応を行う反応槽を備えた液循環式金属−ハロゲン電
池において、前記セパレータは側電極を所定間隔で保持
するポストがその両面に形成されたセパレータ膜と該セ
パレータ膜の周縁を保持するよう取り囲む形に射出成型
されたセパレータ枠とを含み、射出成型型で潰された前
記セパレータ膜の型鋳部にセパレータ膜と電極との接触
防止用支持板を装着したことを特徴とする。

［作用コ 以上の如く構成される本発明に係る電池構成によれば、
セパレータ枠の射出成型時にセパレータ膜の周縁部が上
下の金型に保持されることによってその表面に形成され
ている電極との接触防止用のセパレータポストがつぶさ
れても、射出成型後に型鋳に装着される接触防止用支持
板によって電池稼働時におけるセパレータ膜と電極板と
の癒着を未然に防止することができ、電解液の流路を確
実に保持して電池性能の低下を有効に回避可能である。

［実施例］ 以下、図面に基づき本発明の好適な実施１例を説明する
。なお、セパレータ構造以外は前記従来装置と同等であ
るため、その図示並びに説明は省略する。

第１図に本発明に係る液循環式金属−ノ＼ロゲン電池を
構成するセパレータの正面図を示す。同図（Ｂ）は同図
（Ａ）のＢ−Ｂ断面である。同図（Ａ）において、不図
示の反応槽内に積層配設された複数の各セルを構成する
セパレータは、セパレータ膜５１とセパレータ枠５２か
ら構成される。

セパレータ枠５２には電解液貯蔵槽から送り込まれる電
解液をセパレータ膜５１の両側に流し込むためのマニホ
ールド５２ａ及び、該マニホールド５２ａを介してセパ
レータ膜５１両側の側電極側に到達した電解液をその両
出口のみに偏らせること無くセパレータ膜５１の全幅に
亘って均一に各電極側へ流すための整流突起５２ｂが形
成されている。

セパレータ膜５１の表面には突起形状を有するセパレー
タポスト５１ａがその全域に亘って形成されており、電
池稼働中におけるセパレータ膜５１とその両側に近接配
置されている電極板との癒着を防ぎ、両者間に所定の間
隔を保持する作用を果たしている。

セパレータ膜５１とセパレータ枠５２との接合は、予め
セパレータポスト５１ａの形成されているセパレータ膜
５１の周縁部を上下の金型によって保持し、この状態で
金型の中空部に溶融をプラスチック等を注入する射出成
型が通常採用されている。

従って、このとき金型に保持されている部分のセパレー
タ膜５１上に形成されているセパレータポストがつぶさ
れた形となり、この部分のセパレータ膜５１がむきだし
となってセル中で両側に位置する電極板と癒合し易くな
ってしまうという問題があった。

本発明において特徴的なことは、金型によりつぶされた
セパレータポストに代わる接触防止用支持板５４を電池
組立時に装着するように構成したことであり、この接触
防止用支持板５４は具体的にはセパレータポスト５１ａ
と同等の突起がその表面に形成された構造をとる。

第１図（Ｂ）に示すごとく、射出成型後のセパレータ膜
５１の周縁部にはつぶされたセパレータポストに代わる
接触防止用支持板５４が装着されており、この接触防止
用支持板５４はセパレータ膜５１の両側でセパレータポ
スト５１ａと同等の突起を所定間隔で有している。

第２図に前記接触防止用支持板５４の斜視図を示す。コ
の字状を呈する接触防止用支持板５４の突出部５４ａが
つぶされたポスト５１ａに代わりセパレータ膜５１と電
極板との間隔を保持する機能を果たす。そして、装着時
にセパレータ膜５１と接する背部５４ｂに多数形成され
た各孔部５４Ｃによって両極側電解液が連通ずることが
できる。

従って、電池組立時にセパレータ膜５１の型鋳部に上記
接触防止用支持板５４を装着すれば、セパレータ膜５１
と電極板との接触がこの接触防止用支持板によって確実
に回避され、電極板と当接する突起５４ｂ間に形成され
た流路を通して電解液を円滑に反応槽内に流すことがで
き、電解液の流れが滞ることに伴う電池性能の低下を未
然に防止することができる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、セパレータ枠の射
出成型時に上下の金型によってつぶされたセパレータ膜
周縁部のセパレータポストに代わる接触防止用支持板を
電池組込み時に型鋳に装着するよう構成したので、電池
稼働時におけるセパレータ膜の撓みの発生を抑制してセ
パレータ膜と電極板との接触を防ぎ、電解液の分布を両
極側で均一化することができ、電解液流れの滞りによる
電池性能の低下を有効に回避可能である。

また、このような接触防止用支持板はセパレータの形成
後電池への組込み時に装着されるものであり、別個に製
造すれば良いので現状の製造設備変更することが不要で
あり、また構成も簡単であるので容易に実施可能である
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る液循環式金属−ハロゲン電池のセ
パレータの構成図、 第２図は第１図における接触防止用支持板の外観斜視図
、 第３図は従来装置の構成図、 第４図は従来のセパレータの構造図である。 ５１　・・・　セパレータ膜 ５１ａ　　・・・　セパレータボス ５２　・・・　セパレータ枠 ５４　・・・　接触防止用支持板 ト

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）自己放電防止用のセパレータと該セパレータの両
   側に配設された正極側電極及び負極側電極とからなるセ
   ルが複数個積層され各極側で独立的に循環供給される電
   解液を介して所定の充放電反応を行う反応槽を備えた液
   循環式金属−ハロゲン電池において、 前記セパレータは両電極を所定間隔で保持するポストが
   その両面に形成されたセパレータ膜と該セパレータ膜の
   周縁を保持するよう取り囲む形に射出成型されたセパレ
   ータ枠とを含み、 射出成型型で潰された前記セパレータ膜の型跡部にセパ
   レータ膜と電極との接触防止用支持板を装着したことを
   特徴とする液循環式金属−ハロゲン電池。