JPH0785899A - 積層型電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】隣設するセル１間の電気的接触性を安定させる
のに有利な積層型金属空気電池を提供すること。 【構成】この積層型電池では、電解液を介して互いに対
面する空気極１１及びアルミニウム電極２０とを備えた
セル１を積層してセル積層体２５が形成されている。第
１端子４０は各セル１の空気極１１に導通する。第２端
子５０は、各セル１のアルミニウム電極２０に導通する
と共に、隣設するセルの第１端子４０と導通する。第１
端子４０は、複数個並設されたバネ性を有する分割端子
板４２を備えている。各分割端子板４は独立して第２端
子５０の平坦端子面５１に圧接する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電池セルを積層した積層
型電池に関する。この電池は電気自動車用駆動電源に適
用できる。

【０００２】

【従来の技術】積層型電池の従来技術を金属空気電池を
例にとって説明する。金属空気電池は、空気中の酸素を
活物質として用いるものであり、空気極での酸素の還元
と金属極での電子放出を伴う金属の溶解とを組合わせて
発電を行う電池であり、アルミニウム空気電池、亜鉛空
気電池等がある。

【０００３】図９はアルミニウム空気電池の原理図を示
す。この電池では、空気極１００及びアルミニウム極２
００が電解液３００に接触している。この電池では空気
極１００で下記の（１）の反応が生じ、アルミニウム極
２００で（２）の反応が生じるとされ、かかる反応によ
り電気的エネルギが取り出される。なお反応生成物とし
てＡｌ（ＯＨ）₃ が生じるとされている。 （１）３／４０₂ ＋３／２Ｈ₂ Ｏ ＋３ｅ^- →３ＯＨ^- （２）Ａｌ＋３ＯＨ^- →Ａｌ（ＯＨ）₃ ＋３ｅ^- この様なアルミニウム空気電池では、セルを多数積層し
て直列に接続し、大電流が得られる様にした積層型電池
が開発されている（米国特許５０４９４５７、４８２８
９３９、特開平２−２９５０７２号公報）。

【０００４】ここで米国特許４８２８９３９では、隣設
するセルを直列に電気接続するに際して、アルミニウム
電極と空気極との間に導電材料製の板状のバネを介在さ
せ、そのバネをアルミニウム電極に直接圧接させ、バネ
を利用してアルミニウム電極と空気極とを電気的に接続
している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電池の
使用につれて、アノードであるアルミニウム電極は消費
されてその厚みが薄くなる。そのため、アルミニウム電
極の厚みの薄肉化につれてバネのバネ力が低下し、アル
ミニウム電極とバネとの間における電気的接触性が安定
しない問題がある。この場合接触抵抗の変動ひいては出
力電圧の低下を招来する。

【０００６】本発明は上記した実情に鑑みなされたもの
であり、その目的は、隣設するセルの端子同士の電気的
接触性を安定させ、これにより接触抵抗の変動、出力電
圧の変動を抑えるのに有利な積層型電池を提供すること
にある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者は大電流化した
積層型電池の各セル間における電気的接触性について鋭
意開発を進めた。端子が板状である場合、その端子が相
手側端子に外観上『面接触』していても、微視的にみれ
ばその接触点は数点であることがあり、基本的には３点
の微小突起が接触するとされている。そのため一枚の端
子板の面積をかなり大きくし外観上大きな面積で『面接
触』させても、大電流の導通には必ずしも適切でないこ
とに着目した。そして、一枚の端子板を複数に分割した
分割端子板をそれぞれ独立して相手側端子に接触させる
様にすれば、総計接触点の増加が期待でき、結果とし
て、接触抵抗が低減できると共に一つの接触点に流れる
電流値を低減できることに着目し、本発明を開発した。

【０００８】即ち、本発明の積層型電池は、電解質を介
して互いに対面する第１電極及び第２電極とを備えたセ
ルを２個以上積層したセル積層体と、セル積層体の各セ
ルの第１電極に導通する第１端子と、セル積層体の各セ
ルの第２電極に導通すると共に隣設するセルの第１端子
と接触する第２端子とで構成され、各セルの第１端子及
び第２端子の一方は平坦端子面を備え、各セルの第１端
子及び第２端子の他方は、２個以上並設され且つ平坦端
子面に圧接するバネ性を有する分割端子板からなる端子
板群を備えていることを特徴とするものである。

【０００９】

【作用】端子板群を構成する分割端子板のそれぞれは独
立して、相手側の端子の平坦端子面に接触するので、総
計接触点の数が増加する。

【００１０】

【実施例】以下、積層型金属空気電池を例にとって本発
明の実施例を説明する。 （実施例の構成）この積層型金属空気電池で用いる１個
のセルの主要部の斜視図を図１に示す。図１に示す様に
セル１を構成する盤状の樹脂体２には、電解液（ＫＯＨ
液）が収納される液室３が形成されている。液室３の底
壁部は電極載置部４とされ、電極載置部４はセル１の厚
み方向つまり矢印Ｘ１方向に向かうにつれて下降傾斜し
ている。液室３の上部には、液室３に連通する薄形の電
極挿入口５が形成されている。

【００１１】樹脂体２には、導電材料からなる枠状のカ
ソード集電フレーム１０が保持されている。カソード集
電フレーム１０は上部１０ａと下部１０ｂを備えてい
る。カソード集電フレーム１０にはカソードとなる第１
電極としての板状の空気極１１が接続されている。空気
極１１は樹脂体２と共に液室３を区画する。空気極１１
は金属網と触媒層と多孔性のフッ素樹脂からなる撥水膜
とを備えており、撥水性により液非透過性を有し、多孔
性により酸素透過性を有する様にされている。

【００１２】更に樹脂体２には導電材料からなる枠状の
アノード集電フレーム１４が配置されている。アノード
集電フレーム１４は上部１４ａと下部１４ｂを備えてい
る。アノード集電フレーム１４には、縦方向にのびる適
数本の集電ワイヤ１５が橋架状態に固定されている。図
１に示す様に樹脂体２にはステンレス鋼製の背押しバネ
１７が液室３に対面して配置されている。背押しバネ１
７には切り起こし片状のバネ突起板１７ａが複数個形成
されている。バネ突起板１７ａは下方に向かうにつれて
矢印Ｘ１方向に向かう様に傾斜している。

【００１３】アノードとなる第２電極としての板状のア
ルミニウム電極２０は電極挿入口５からセル１の高さ方
向にそってつまり矢印Ｙ１方向に挿入される。挿入され
ると、背押しバネ１７のバネ突起片１７ａのバネ力によ
りアルミニウム電極２０は矢印Ｘ１方向に付勢され、液
室３の電極載置部４にそって矢印Ｘ１方向に自動的に移
行され、集電ワイヤ１５に当接する。この様に背押しバ
ネ１７によりアルミニウム電極２０が電極載置部４にそ
って移行する際に、アルミニウム電極２０の下端が電極
載置部４を擦るので、電極載置部４に付着している反応
生成物を除去するのに有利である。なお本例ではアルミ
ニウム電極２０は、液室３に通常二枚挿入されている。

【００１４】図１に示す様に、この電極載置部４には排
液溝２１がセル１の幅方向つまり矢印Ｚ１方向にそって
所定間隔で多数個形成されている。排液溝２１は、アル
ミニウム電極２０の背面２０ｉ側の空間３ｈに進入した
電解液を空間３ｈから排出するためのものである。従っ
て排液溝２１の溝底面２１ｋは下降傾斜している。カソ
ードとなる空気極１１とアノードとなるアルミニウム電
極２０との間にはシート状をなす樹脂製のセパレータ２
３が配置されている。セパレータ２３は、空気極１１と
アルミニウム電極２０との短絡を回避しつつ、電池のエ
ネルギ密度を高めるためアノードとカソードとをできる
だけ接近させるものであり、含液性をもちイオン伝導性
を有する。

【００１５】本実施例では、図２に示す様に、この様な
セル１をその厚み方向につまり矢印Ｘ１方向に積層して
セル積層体２５を構成する。この例では図２に示す様に
３個のセル１（１ａ、１ｂ、１ｃ）を積層している。セ
ル１の積層個数は用途に応じて適宜選択できるものであ
る。セル積層体２５において空気極１１の側方は、空気
極１１に活物質としての酸素を供給する空気室２６とさ
れている。図示はしないが樹脂体２には外部と連通する
空気供給口が形成されており、図略のファンにより送風
された空気は、フィルタを通過し空気供給口を介して空
気室２６に供給される。

【００１６】図２に示す様にセル積層体２５の積層方向
の一方の端側には、プラス極となる第１電気取り出し部
３０を有する第１端板３１が取付けられている。セル積
層体２５の積層方向の他方の端側には、マイナス極とな
る第２電気取り出し部３５を有する第２端板３２が取付
けられている。なお第１端板３１及び第２端板３２は樹
脂製である。

【００１７】さて図３は図１のＷ−Ｗ線に沿う方向の断
面を示す。図１のＷ−Ｗ線はセル１の矢印Ｚ１方向にお
ける端側を縦方向にそって切るものである。図３に示す
様にセル１を構成する樹脂体２のうち液室３の上部に位
置して、導電材料（銅合金、リン青銅等）からなる第１
端子４０及び第２端子５０が設けられている。第１端子
４０はカソード集電フレーム１０に固定されており、カ
ソード集電フレーム１０を介して空気極１１と導通す
る。第２端子５０はアノード集電フレーム１４、集電ワ
イヤ１５を介してアルミニウム電極２０と導通する。

【００１８】図５に第１端子４０を示す。図５に示す様
に、第１端子４０は、基板４１と、基板４１に並設され
た多数個の分割端子板４２からなる端子板群４３とを備
えている。各分割端子板４２は『くの字』形状に曲成さ
れており、屈曲部４２ａを介して方向が異なる第１小板
部４２ｂと第２小板部４２ｃとを備えている。基板４１
はカソード集電フレーム１０にスポット溶接で結合され
ている。図４に示す様に第１端子４０はカソード集電フ
レーム１０と共に樹脂体２の取付孔２ｋに配置されてい
る。

【００１９】図６に第２端子５０を示す。図６に示す様
に、第２端子５０は、平坦端子面５１を有するフランジ
状の平盤５２と、平盤５２と一体的な円柱部５３と、円
柱部５３に突設されたかしめ片５４と、円柱部５３の外
周面に形成されたリング状のリング溝５５とを備えてい
る。そして図４から理解できる様に、アノード集電フレ
ーム１４の板部１４ｃの孔と第２端子５０のかしめ片５
４とを嵌合した状態で、かしめ片５４を径外側に折り曲
げてかしめ、第２端子５０とアノード集電フレーム１４
とを接続している。この様な第２端子５０は、リング溝
５５にシールリング５６を装着した状態で、樹脂体２の
取付孔２ｆに挿入されている。

【００２０】図４に示す様にセル積層体２５において
は、一方のセル１ａの第２端子５０の平坦端子面５１に
セル１ｂの第１端子４０の分割端子板４２の屈曲部４２
ａが接触し、電気的な導通が得られる。このとき分割端
子板４２はバネ力を有するので、バネ力でもって分割端
子板４２の屈曲部４２ａが平坦端子面５１に圧接し、か
つ第２小板部４２ｃの先端４２ｅがカソード集電フレー
ム１０に圧接する。このとき図４から理解できる様に、
第１端子４０の分割端子板４２のバネ力で押圧された第
２端子５０の平盤５２は樹脂体２の取付孔２ｆの規制面
２ｎに当接して位置規制される。ここで、かしめ処理に
おいてかしめ片５４の張り出し突出量ｔ（図４参照）が
変動するおそれがある。この点本実施例では、かしめ片
５４の突出量の変動を許容する空間２ｓを確保しても、
第２端子５０の矢印Ｘ１方向におけるがた、変位は抑止
される。この意味でも第１端子４０と第２端子５０との
良好な電気的接触が期待できる。

【００２１】図３に示す様に、一方の端側のセル１ａの
第１端子４０の屈曲部４２ａは第１電気取り出し部３０
のフランジ部３０ｉに圧接し、他方の端側のセル１ｃの
第２端子５０の平坦端子面５１に端子３２ｒが圧接す
る。なお端子３２ｒは第２電気取り出し部３５のフラン
ジ部３５ｉに固定されており、第１端子４０と同様な構
成とされている。

【００２２】図７はセル積層体２５における導電経路を
模式的に示す。図７に示す様に空気極１１とアルミニウ
ム電極２０との間は電解液中におけるイオン伝導であ
り、セル１ａ、１ｂ、１ｃは第１端子４０及び第２端子
５０を介して直列に電気接続されているのが理解でき
る。更に本実施例では図２に示す様にセル積層体２５の
下部には樹脂ブロック６０が配置されている。図８に示
す様に樹脂ブロック６０には、液入口６１、液供給口６
２が形成され、電解液は液供給口６２、液入口６１を介
して各セル１の液室３に供給される。更に樹脂ブロック
６０には、液出口６４、液吐出口６５が形成され、液室
３に収納されている電解液は液出口６４、液吐出口６５
を介して外部に吐出される。また図８に示す様に樹脂ブ
ロック６０には、空気出口６７、空気排出口６８が形成
され、空気室２６の空気は空気出口６７、空気排出口６
８を介して外部に排出される。各空気出口６７には下降
傾斜するＶ形状の案内壁面６９が形成されている。Ｖ形
状の案内壁面６９の底部６９ｍは空気排出口６８に連通
している。

【００２３】さて使用の際には液室３に電解液を供給し
た状態で、電極挿入口５から各セル１につきアルミニウ
ム電極２０を２枚づつ挿入する。この状態でファンによ
り空気室２６に空気を供給する。この電池では、空気極
１１では既述の（１）の反応が生じ、アルミニウム電極
２０では既述の（２）の反応が生じるとされ、これによ
り電気取り出し部３０、３５から電気的エネルギが取り
出される。アルミニウム電極２０のうち、空気極１１に
対面する反応面２０ｆが主として消耗する。消耗に伴い
アルミニウム電極２０の厚みが薄くなったら、電極挿入
口５からアルミニウム電極２０を補充する。

【００２４】本実施例の積層型電池は、使用の際に液室
３の電解液が図略のポンプにより循環する方式とされて
いる。即ち図７から理解できる様に各セル１から排出さ
れた電解液は液通路７０を介して電解液タンク７１に戻
され、図７に示す液通路７２を経て図８に示す液供給口
６２に送られ、これにより各セル１の液室３に送給され
る。循環の際に反応生成物は取り除かれる。また空気室
２６の空気は図８に示す空気出口６７、空気排出口６８
を経て、図７に破線で示す空気通路８０を経てノックア
ウトタンク８２、凝縮器８３に送られ、空気中に含まれ
ていた水滴は取り除かれる。

【００２５】（実施例の効果）以上説明した様に本実施
例では、第１端子４０の多数の分割端子板４２がそれぞ
れ独立して第２端子５０の平坦端子面５１に接触するの
で、分割端子板４２の総面積を有する幅広な１枚の端子
板を平坦端子面５１に接触させた場合に比較して、総計
接触点の増加が期待でき、第１端子４０と第２端子５０
との間における電気的接触性が向上すると共に安定す
る。従って本実施例では、第１端子４０と第２端子５０
との接触抵抗を低減させ得、接触抵抗の増加に起因する
出力電圧の低下を回避できる。よって本実施例の様にセ
ル１を積層して多数のセル１を直列に配置し大電流を得
る電池に採用するのに適する。

【００２６】更に本実施例では図４から理解できる様に
各分割端子板４２が『くの字』形状のため、屈曲部４２
ａが平坦端子面５１に圧接するに際して、分割端子板４
２の第１小板部４２ｂのバネ力及び第２小板部４２ｃの
バネ力の双方が機能するので、バネ力は高くなり、分割
端子板４２の屈曲部４２ａが平坦端子面５１に圧接する
度合は大きくなり、電気的接触の安定化に一層有利であ
る。

【００２７】加えて本実施例では、導通経路を構成する
第１端子４０及び第２端子５０はセル１の液室３の上部
に設けられており、従ってアルミニウム電極２０の消耗
に関係なく、第１端子４０と第２端子５０との導通がな
される。よって電気的接触性の安定化に一層有利であ
る。また電池の不使用時にはアルミニウム電極２０の消
耗を防止すべく液室３の電解液を排出するものである。
このとき液室３に電解液が残留すると、残留した電解液
によりアルミニウム電極２０の溶解、消耗が進行する。
この点本実施例では液室３の底壁部を形成する電極載置
部４には排液溝２１が形成されており、アルミニウム電
極２０の背面２０ｉ側の空間３ｈに進入した電解液であ
っても、この排液溝２１を介して自然落下により排出で
き、更に液出口６４、液吐出口６５を介して外部に排出
することができ、電解液の残留が阻止される。よって、
電池不使用時において残留した電解液によりアルミニウ
ム電極２０が消費することを抑止できる。この際、空間
３ｈ内の反応生成物も排液溝２１を介して、液出口６
４、液吐出口６５に排出される。

【００２８】また電池使用の際の発熱に起因して、空気
極１１のうち空気室２６側の表面で水滴が生成されるこ
とがある。また使用期間が長期にわたれば材質劣化等が
生じるので、空気極１１の空気室２６側に電解液が滲み
出る可能性が全くないとはいえない。水滴や電解液が空
気室２６の下部２６ａに溜まると、隣設するセル１の空
気極１１同士が短絡するおそれがある。この場合セル１
の直列接続の面で不利である。この点本実施例では水
滴、滲み出た電解液が空気室２６の下部２６ａに到達し
た場合であっても、その水滴、電解液は空気出口６７、
案内壁面６９により案内されて空気排出口６８に到達す
るので、その水滴、電解液が空気室２６の下部２６ａに
溜まることは回避され、よって空気極１１同士の短絡は
回避される。

【００２９】水滴、滲み出た電解液は空気と共に空気排
出口６８を経て、図７に示す空気通路８０、ノックアウ
トタンク８２、凝縮器８３、電解液タンク７１に送給さ
れるので、水滴は除去され、電解液も電解液タンク７１
に戻されるので、電解液の無駄な消費を抑止できる。 （他の例）なおセル１を積層する個数は適宜選択でき、
用途によっては数十個、数百個積層することもできる。
上記した実施例ではアルミニウム空気電池について説明
したが、アルミニウムに代えて鉄、亜鉛を用いた積層型
の電池にも適用できる。また、酸素水素燃料電池、バイ
ポーラ型積層型電池にも適用できるものである。

【００３０】

【発明の効果】本発明の積層型電池によれば、第１端子
の分割端子板がそれぞれ独立して第２端子の平坦端子面
に接触するので、総計接触点の増加が期待でき、電気的
接触性が向上すると共に安定する。これにより第１端子
と第２端子との間における接触抵抗を低下させ得、接触
抵抗の増加に起因する出力電圧の低下を回避できる。

【００３１】加えて積層型金属空気電池に適用した場合
には、導通経路を構成する第１端子及び第２端子の導通
は、既述した従来とは異なりアルミニウム電極等の電極
の消耗に関係なく得られるので電気的接触性の安定化に
有利である。よってセルを積層して多数のセルを直列に
配置し大電流を得る電池に採用するのに適する。

【図面の簡単な説明】

【図１】セルの斜視図である。

【図２】セル積層体を備えた積層型電池の断面図であ
る。

【図３】積層型電池の導電経路を示す拡大断面図であ
る。

【図４】第１端子及び第２端子の接続構造を示す拡大断
面図である。

【図５】第１端子の斜視図である。

【図６】第２端子の斜視図である。

【図７】導電経路及び電解液タンク付近を模式的に示す
構成図である。

【図８】樹脂ブロックの斜視図である。

【図９】アルミニウム空気電池の原理図である。

【符号の説明】

図中、１（１ａ、１ｂ、１ｃ）はセル、２は樹脂体、３
は液室、４は電極載置部、１１は空気極、２０はアルミ
ニウム電極、２５はセル積層体、４０は第１端子、４２
は分割端子板、４２ａは屈曲部、５０は第２端子、５１
は平坦端子面を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 桑原 保雄 愛知県刈谷市朝日町２丁目１番地 アイシ ン精機株式会社内 (72)発明者 伊藤 浩二 愛知県刈谷市朝日町２丁目１番地 アイシ ン精機株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電解質を介して互いに対面する第１電極及
   び第２電極とを備えたセルを２個以上積層したセル積層
   体と、 該セル積層体の各セルの該第１電極に導通する第１端子
   と、 該セル積層体の各セルの該第２電極に導通すると共に隣
   設するセルの該第１端子と接触する第２端子とで構成さ
   れ、 各該セルの第１端子及び第２端子の一方は平坦端子面を
   備え、 各該セルの第１端子及び第２端子の他方は、２個以上並
   設され且つ該平坦端子面に圧接するバネ性を有する分割
   端子板からなる端子板群を備えていることを特徴とする
   積層型電池。