JPH0615263U - 亜鉛−臭素電池の集電電極 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 熱応力及び外力に起因する集電電極の「反
り」を防止するとともに曲げ強度を高めて、電解液の水
密性を良好に維持して電池の性能を高めた亜鉛−臭素電
池の集電電極を提供する。 【構成】 集電電極７は、積層方向の中心に位置するシ
ート状絶縁枠材１６ｂの両側に、孔部１７，１７が額縁
状に中抜きされたシート状絶縁枠材１６ｃ，１６ｃを配
置して、上記孔部１７，１７内で且つ中心に位置する絶
縁枠材１６ｂの積層方向両側に複数枚のカーボンプラス
チック電極１５ａ，１５ａと集電メッシュ６を配置し、
所定の温度と圧力条件下でのヒートプレス手段に基づい
て一体化して構成する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は電解液循環型積層二次電池、特に亜鉛−臭素電池の構成部材である集 電電極に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

亜鉛−臭素電池は正極活物質に臭素、負極活物質に亜鉛を用いた２次電池であ り、この電池は例えば電力の昼と夜のアンバランスを解決させるために、電力需 要が少ない夜間に電力を貯蔵して、昼間に放出させるため等に使用される。

【０００３】 充電時に正極電極側で発生した臭素は電解液に添加した臭素錯化剤と反応し、 オイル状の沈殿物となって貯蔵タンクへ戻され、放電時はポンプで単電池内へ送 り込まれ還元される。電解液の成分はＺｎＢｒ₂水溶液と、抵抗を下げるための ＮＨ₄Ｃｌ等の塩と、負極亜鉛側のデンドライトを防止し、均一な電着を促進さ せるためのＰｂ，Ｓｎ，４級アンモニウム塩類と、臭素錯化剤とである。正極電 極と負極電極の間にはセパレータを介挿してあり、正極電極で発生した臭素が負 極電極へ拡散して亜鉛と反応することによる自己放電を防止している。

【０００４】 この亜鉛−臭素電池は、主に電極をバイポーラ型とし、複数個の単電池（単セ ル）を電気的に直列に積層した電池本体と、電解液貯蔵槽と、これらの間に電解 液を循環させるポンプおよび配管系とで構成されている。

【０００５】 図６は上記亜鉛−臭素電池を構成する電池本体の一例を示す分解斜視図であり 、矩形平板状のバイポーラ型中間電極１の電極部１ａの外周に絶縁性の枠体１ｂ が配置され、同様に矩形平板状のセパレータ板２は、セパレータ３の外周に枠体 ２ａが形成されている。そして上記中間電極１にセパレータ板２及び必要に応じ てパッキン４，スペーサメッシュ５を重ねて単セルを構成し、この単セルを複数 個積層して電池本体が構成されている。

【０００６】 積層された電池本体の両端部には、集電メッシュ６を有する集電電極７と、一 対の締付端板８と、その内側に位置する押さえ用の積層端板９とが配置されてい る。そして両締付端板８，８間に図示しないボルトを通して、このボルトを締め 付けることにより、一体的に積層固定された電池本体が構成される。

【０００７】 上記のように構成された電池本体の各単セル内には、各中間電極１及びセパレ ータ板２の枠体２ａの上下２箇所の隅角部に形成した正極マニホールド１０と、 負極マニホールド１１より、セパレータ板２の枠体２ａに設けられたチャンネル １２及びマイクロチャンネル１３を介して電解液が夫々流入排出する。

【０００８】 このように構成された亜鉛−臭素電池は、５０ＫＷ級電池における電池効率と して約８０％、総合エネルギー効率として約７０％が確認されている。

【０００９】 一方、上記の集電電極７は、図７に示したように絶縁枠１６にカーボンプラス チック電極１５と真ちゅう製の集電メッシュ６とを順次重ね合わせて、所定の温 度と圧力条件下でのヒートプレス手段に基づいて一体化されて製造されている。 ６ａは集電メッシュ６から導出された電力取出用の端子片であって、この端子片 ６ａは絶縁枠１６に形成されたスリット１６ａを挿通して外部に取り出されてい る。

【００１０】 通常、上記の集電電極７を製造するには、図８に示したように積層された略１ ｍｍ厚のシート状絶縁枠材１６ｂ，１６ｂ上に、この絶縁枠材１６ｂと同一厚で 孔部１７が額縁状に中抜きされた複数枚の絶縁枠材１６ｃ，１６ｃを積層し、こ の孔部１７内に略１ｍｍ厚のカーボンプラスチック電極１５ａと、真ちゅう製の 集電メッシュ６及び略３ｍｍ厚のカーボンプラスチック電極１５ｂとをサンドイ ッチ状に順次組み込み、図外の金型を利用して所定の温度と圧力条件下でのヒー トプレス手段に基づいて一体化して製造する。電池本体への組付時には、上記集 電メッシュ６から導出された電力取出用の端子片６ａがカーボンプラスチック１ ５ａと絶縁枠材１６ｂ内を通って外方に導出され、図外の集電ブスバーに連結さ れている。図８中の矢印Ａは接液側を、矢印Ｂは背面側を夫々示している。

【００１１】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながらこのような従来の亜鉛−臭素電池に用いられている集電電極７の 構成では、ヒートプレス手段による成形後の温度下降時に該集電電極７に「反り 」現象が発生し易く、且つ外部から加えられる力によっても上記の「反り」が発 生して、集電電極としての平面性が低下することがあるという課題があった。

【００１２】 即ち、従来の集電電極７は、構成部材であるカーボンプラスチック電極１５ａ ，１５ｂ、集電メッシュ６及び絶縁枠材１６ｂ，１６ｃとの厚み方向での熱膨張 係数がそれぞれ異なっており、且つ集電電極７の接液側Ａと背面側Ｂとの構造及 び材質の相違により、温度が低下する際の各材質の収縮率も当然異なるため、得 られた集電電極が湾曲化し易い状態となっている。

【００１３】 従ってこのような集電電極７を電池本体に組み付けてボルト締めを行ってから 電池の運転を開始すると、熱応力とか外力によって集電電極７自体の平坦度が低 下してしまい、電解液の液洩れが生じて蓄えられた電力の損失が生じてしまうと いう問題点を有している。

【００１４】 又、シール性を高めるために前記図６に示した締付端板８，８間に通したボル トの締付力を大きくする手段も考慮されるが、該ボルトに過大な締付力を加える と、一体的に積層された他の構成部材に応力破壊が生じてしまうという難点が発 生する。

【００１５】 本考案は上記の点に鑑みてなされたものであり、集電電極の反り現象と、この 反り現象に起因する電解液の液洩れ等の特性不良を誘発する原因をなくして電池 の性能を高めることができる亜鉛−臭素電池の集電電極を提供することを目的と するものである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】

本考案は上記目的を達成するために、矩形平板状の中間電極に、セパレータ板 を重ねて単セルを形成し、この単セルを複数個積層して電池本体を構成するとと もに、該電池本体の両端部に、集電メッシュを有する集電電極と、一対の締付端 板及び該締付端板の内側に位置する押さえ用の積層端板とを配置し、両締付端板 間をボルト締めすることによって一体的に積層固定された亜鉛−臭素電池の集電 電極において、上記集電電極は、積層方向の中心に位置するシート状絶縁枠材の 両側に、孔部が額縁状に中抜きされたシート状絶縁枠材を配置して、上記孔部内 で且つ中心に位置する絶縁枠材の積層方向両側に複数枚のカーボンプラスチック 電極と集電メッシュを配置し、所定の温度と圧力条件下でのヒートプレス手段に 基づいて一体化して得られる。

【００１７】

【作用】

かかる集電電極によれば、積層方向の中心に位置する絶縁枠材の両側に、孔部 が中抜きされた絶縁枠材とカーボンプラスチック電極とが略対称的に配置された ことにより、熱応力及び外力に起因する集電電極の「反り」の発生が最小限とな り、更に各集電電極の絶縁枠材とカーボンブラスチック電極との界面の曲げ強度 （破断応力）も改良される。

【００１８】 そして得られた集電電極を電池本体を構成する他の部材に積層し、ボルトを用 いて締付固定した際に、カーボンプラスチック電極と絶縁枠間の水密性が良好と なって電解液のシール性が充分に保持され、電池としての性能を高めることがで きる。

【００１９】

【実施例】

以下図面を参照しながら本考案にかかる亜鉛−臭素電池の集電電極の一実施例 を、図８に示した構成部分と同一の構成部分に同一の符号を付して詳述する。

【００２０】 図１に示した集電電極７の構成において、１６ｂは積層方向の中心に位置する 略１ｍｍ厚のシート状の絶縁枠材であり、図示例ではこの絶縁枠材１６ｂの略中 心部に孔部１８が形成されている。

【００２１】 上記絶縁枠材１６ｂの積層方向両側には、略１ｍｍ厚のシート状絶縁枠材１６ ｃ，１６ｃが複数枚配置されている。この絶縁枠材１６ｃ，１６ｃには、それぞ れ孔部１７，１７が額縁状に中抜きされている。

【００２２】 そして上記絶縁枠材１６ｃ，１６ｃに中抜きされた孔部１７内で且つ絶縁枠材 １６ｂを中心とする積層方向両側に、略１ｍｍ厚に形成された複数枚のカーボン プラスチック電極１５ａ，１５ａと、真ちゅう製の集電メッシュ６が配置されて いる。

【００２３】 そして図外の金型を利用して、所定の温度と圧力条件下でのヒートプレス手段 に基づいて一体化して集電電極７が得られる。電池本体への組付時には、上記集 電メッシュ６から導出された電力取出用の端子片６ａが各カーボンプラスチック １５ａと絶縁枠材１６ｂ内を通って外方に導出され、図外の集電ブスバーに連結 される。図１中の矢印Ａは集電電極７の接液側を示し、矢印Ｂは背面側を示して いる。

【００２４】 即ち、本実施例では絶縁枠材１６ｂを積層方向の中心として、各カーボンプラ スチック電極１５ａを積層方向に略対称的に配置したことが構造上の特徴となっ ている。換言すれば、絶縁枠材１６ｂから接液側Ａと背面側Ｂの構造が集電メッ シュ６を除いて略同一の構造を有している。

【００２５】 得られた集電電極７の「反り」発生の有無を確認するため、本実施例によって 得られた集電電極７と、従来の集電電極７（図８参照）について、それぞれ成形 後に大きめのアルミニウム板（約３ｍｍ厚）で挟み、５０ｋｇの錘りを２４時間 かけた後、フリー状態で２４時間放置し、図２に示す〜までの８点でこれら 集電電極７の反りの大きさを測定した。測定は図３に示したように定盤２０上に 集電電極７を載置し、ハイドゲージ２１による測定値Ｘを用いた。

【００２６】 その結果、従来の集電電極の７個のＸ測定値平均が２７．２ｍｍであったのに 対して、本実施例によって得られた集電電極７の７個のＸ測定値平均は１２．７ ｍｍであり、「反り」に関しては顕著に改良されたことが確認された。

【００２７】 又、各集電電極７の絶縁枠材１６ｂとカーボンブラスチック電極１５ａとの界 面の強度を比較するため、図４に示したように集電電極７から試験片７ａを切り 出して、この試験片７ａを図５に示す一対の支持台２２，２２上に載置し、上方 から荷重Ｅを加えた際の曲げ強度（破断応力）を測定した。

【００２８】 上記の測定によれば、従来の集電電極７の２０個の破断応力平均値が１．２２ ｋｇ／ｍｍ²であったのに対して、本実施例によって得られた同じく２０個の破 断応力平均値は１．２８ｋｇ／ｍｍ²であった。

【００２９】 以上の結果から、本実施例によって得られた集電電極７は、特に外力による「 反り」発生の有無と、「反り」の生じ易さの面で顕著な差異があることが確認さ れた。

【００３０】

【考案の効果】

以上詳細に説明したように、本考案にかかる集電電極は、積層方向の中心に位 置する絶縁枠材の両側に他の絶縁枠材及びカーボンプラスチック電極とが略対称 的に配置されたことを特徴としており、集電電極の接液側と背面側との構造が略 同一となって厚み方向での熱膨張及び収縮率が一致するとともに、熱応力及び外 力に起因する集電電極の「反り」の発生を最小限とすることができる。

【００３１】 更に各集電電極の絶縁枠材とカーボンブラスチック電極との界面の曲げ強度（ 破断応力）も改良され、且つシール性を高めるために電池の締付端板間に通した ボルトに過大な締付力を加える必要性をなくして一体的に積層された他の構成部 材に応力破壊を生じることがない。

【００３２】 そして得られた集電電極を電池本体を構成する他の部材に積層し、ボルトを用 いて締付固定した際に、カーボンプラスチック電極と絶縁枠間の水密性が良好と なって電解液のシール性が充分に保持され、前記集電電極の反り現象に起因する 特性不良を誘発する原因をなくして、亜鉛−臭素電池の性能を高めることができ るという大きな効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の具体的な実施例を概略的に説明するた
めの要部分解断面図。

【図２】本実施例における「反り」の測定箇所を示す平
面図。

【図３】上記「反り」を測定するゲージの概略側面図。

【図４】本実施例における曲げ強度を測定する試験片を
示す平面図。

【図５】上記曲げの測定原理を説明する概略側面図。

【図６】亜鉛−臭素電池の電池本体を示す要部分解斜視
図。

【図７】従来の集電電極の構造例を示す要部断面図。

【図８】従来の集電電極の組付構造例を示す要部分解断
面図。

【符号の説明】

１…中間電極 １ａ…電極部 １ｂ…枠体 ３…セパレータ ４…パッキン ５…スペーサメッシュ ６…集電メッシュ ６ａ…端子片 ７…集電電極 ７ａ…試験片 ８…締付端板 ９…積層端板 １０…正極マニホールド １１…負極マニホールド １２…チャンネル １３…マイクロチャンネル １５ａ…カーボンプラスチック電極 １６ｂ，１６ｃ…絶縁枠材 １７，１８…孔部 ２０…定盤 ２１…ハイドゲージ ２２…支持台

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 並木 康晴 東京都品川区大崎２丁目１番17号 株式会 社明電舎内 (72)考案者 細野 寛 東京都品川区大崎２丁目１番17号 株式会 社明電舎内

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 矩形平板状の中間電極に、セパレータ板
   を重ねて単セルを形成し、この単セルを複数個積層して
   電池本体を構成するとともに、該電池本体の両端部に、
   集電メッシュを有する集電電極と、一対の締付端板及び
   該締付端板の内側に位置する押さえ用の積層端板とを配
   置し、両締付端板間をボルト締めすることによって一体
   的に積層固定された亜鉛−臭素電池の集電電極におい
   て、 上記集電電極は、積層方向の中心に位置するシート状絶
   縁枠材の両側に、孔部が額縁状に中抜きされたシート状
   絶縁枠材を配置して、上記孔部内で且つ中心に位置する
   絶縁枠材の積層方向両側に複数枚のカーボンプラスチッ
   ク電極と集電メッシュを配置し、所定の温度と圧力条件
   下でのヒートプレス手段に基づいて一体化したことを特
   徴とする亜鉛−臭素電池の集電電極。