WO2012172838A1

WO2012172838A1 - 注液式組電池

Info

Publication number: WO2012172838A1
Application number: PCT/JP2012/055357
Authority: WO
Inventors: 長山　森; 佳子塚田; 篤志宮澤; 千葉　啓貴
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2011-06-13
Filing date: 2012-03-02
Publication date: 2012-12-20
Anticipated expiration: 2013-12-13

Abstract

　電極収容部各々への注液量がばらつくことを抑制し、出力を向上し得る注液式組電池を提供する。　注液式組電池は、単電池を構成する電極を収納する複数の電極収納部と、電解質を構成する液体を貯留する液体貯留槽と、該液体貯留槽に貯留される該液体を該電極収納部に注液する注液制御手段とを備える。該液体貯留槽は、隔壁により画設された複数の液体貯留部を有し、該液体貯留部各々は、該電極収容部各々に対して注液される該液体を貯留する。

Description

注液式組電池

　本発明は、注液式組電池に関する。
　更に詳細には、本発明は、電池収納部各々への注液量がばらつくことを抑制し、出力を向上し得る注液式組電池に関する。

　従来、アルカリ固型板の固定を計り亜鉛極の挿入操作を容易に行わしめると共に仕切板をアルカリ固型板形成用の金型として利用するために、対向側面に夫々空気極を取付けた電槽内を、両側面に形設した凹所に溶融アルカリを充填、固化してなる仕切板により区割し、各区割室に亜鉛極を夫々介挿してなる注液式空気－亜鉛電池が提案されている（特許文献１参照。）。

実公昭５９－２９３３０号公報

　しかしながら、上記特許文献１に記載された注液式空気－亜鉛電池にあっては、貯水槽が１つであり、各区割室の注液量がばらつくことがあるため、出力が十分なものとなっていないという問題点があった。

　本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものである。
　そして、本発明の目的とするところは、電池収納部各々への注液量がばらつくことを抑制し、出力を向上し得る注液式組電池を提供することにある。

　本発明者らは上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた。
　そして、その結果、液体貯留槽内を隔壁により画設して、電極収納部各々に対して注液される液体を貯留する液体貯留部を複数有する構成とすることにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。

　すなわち、本発明の注液式組電池は、単電池を構成する電極を収納する複数の電極収納部と、電解質を構成する液体を貯留する液体貯留槽と、該液体貯留槽に貯留される該液体を該電極収納部に注液する注液制御手段とを備えるものである。
　そして、上記液体貯留槽は、隔壁により画設された複数の液体貯留部を有し、上記液体貯留部各々は、上記電極収納部各々に対して注液される上記液体を貯留するものである。

　本発明によれば、液体貯留槽内を隔壁により画設して、電極収納部各々に対して注液される液体を貯留する液体貯留部を複数有する構成とした。そのため、電池収納部各々への注液量がばらつくことを抑制し、出力を向上し得る注液式組電池を提供することができる。

第１の実施形態に係る注液式組電池の概略的な構成を示す断面図（Ａ）、第１の実施形態に係る注液式組電池を用いて形成した組電池（注液後）の概略的な構成を示す断面図（Ｂ）である。第１の実施形態に係る注液式組電池を用いて形成した組電池（注液後）における単電池を構成する電極の概略的な構成を示す拡大断面図である。第２の実施形態に係る注液式組電池の概略的な構成を示す断面図（Ａ）、第２の実施形態に係る注液式組電池を用いて形成した組電池（注液後）の概略的な構成を示す断面図（Ｂ）である。第３の実施形態に係る注液式組電池の概略的な構成を示す断面図（Ａ）、第３の実施形態に係る注液式組電池を用いて形成した組電池（注液後）の概略的な構成を示す断面図（Ｂ）である。第４の実施形態に係る注液式組電池の概略的な構成を示す断面図（Ａ）、第４の実施形態に係る注液式組電池を用いて形成した組電池（注液後）の概略的な構成を示す断面図（Ｂ）である。

　以下、本発明の注液式組電池について詳細に説明する。
　なお、本願において、「注液式組電池」とは、単電池を構成する電極を収納する複数の電極収納部に対して、電解質を構成する液体を注液することにより、組電池を形成することができるものをいう。従って、本願において、「組電池」とは、注液式組電池を用いて形成されるもの（注液後）である。

　本発明の一実施形態に係る注液式組電池について詳細に説明する。
　本実施形態の注液式組電池は、単電池を構成する電極を収納する複数の電極収納部と、電解質を構成する液体を貯留する液体貯留槽と、該液体貯留槽に貯留される該液体を該電極収納部に注液する注液制御手段とを備えるものである。
　そして、液体貯留槽は、隔壁により画設された複数の液体貯留部を有し、液体貯留部各々は、電極収納部各々に対して注液される液体を貯留するものである。
　このような構成とすることにより、電池収納部各々への注液量がばらつくことを抑制し、出力を向上し得る注液式組電池を得ることができる。また、上記特許文献１や特開２００２－１５１１６７号公報に記載の空気電池においては、十分な対策がなされていなかった液絡を完全に防止し得るという副次的な利点もある。
　なお、本実施形態の注液式組電池において、単電池を構成する電極を収納する複数の電極収納部に対して、電解質を構成する液体を注液することにより、本発明の一実施形態に係る注液式組電池を用いて形成した組電池（注液後）を形成することができる。

　また、本実施形態の注液式組電池は、一の電極収納部に収納された電極によって構成される単電池と他の電極収納部に収納された電極によって構成される単電池とが、電気的に直列接続となる構造を有することが好ましい。
　上記単電池同士が電気的に直列接続となる構造を有すると、並列接続の場合と比較して、出力電圧をより高くすることができる。
　なお、本実施形態の注液式組電池においても、単電池を構成する電極を収納する複数の電極収納部に対して、電解質を構成する液体を注液することにより、本発明の一実施形態に係る注液式組電池を用いて形成した組電池（注液後）を形成することができる。

　更に、本実施形態の注液式組電池は、注液制御手段が、液体貯留槽が貯留する液体を電極収納部に一括注液可能な構造を有することが好ましい。
　このような構成とすることにより、各単電池を収納する各電極収納部に、電解液を同時に注液することができるため、単電池での副反応（ガス発生）が抑制され、組電池の寿命を向上させることができる。また、一括注液可能な構造を有すると、単電池の集合体である場合と比較して取扱いが容易となるという利点がある。
　なお、本実施形態の注液式組電池においても、単電池を構成する電極を収納する複数の電極収納部に対して、電解質を構成する液体を注液することにより、本発明の一実施形態に係る注液式組電池を用いて形成した組電池（注液後）を形成することができる。

　また、本実施形態の注液式組電池は、一の電極収納部に収納された正極と一の電極収納部に隣接する他の電極収納部に収納された負極とが、対向する構造を有することが好ましい。上記正極と上記負極とが対向する構造を有すると、集電体などの電池収納部回りをより小型化することができ、体積当たりの出力をより高くすることができる。
　なお、本実施形態の注液式組電池においても、単電池を構成する電極を収納する複数の電極収納部に対して、電解質を構成する液体を注液することにより、本発明の一実施形態に係る注液式組電池を用いて形成した組電池（注液後）を形成することができる。

　更に、本実施形態の注液式組電池は、例えば液体貯留槽が電極収納部と一体型構造又は別体型構造であるものとすることができる。
　液体貯留槽が電極収納部と一体型構造であると、注液に際して、液体貯留槽を電極収納部に取り付ける必要がないという利点がある。一方、液体貯留槽が電極収納部と別体型構造であると、注液に際して、液体貯留槽を電極収納部に取り付ける必要はあるものの、必要時まで別々に保管することが可能であるという利点がある。
　なお、本実施形態の注液式組電池においても、単電池を構成する電極を収納する複数の電極収納部に対して、電解質を構成する液体を注液することにより、本発明の一実施形態に係る注液式組電池を用いて形成した組電池（注液後）を形成することができる。

　また、本実施形態の注液式組電池は、液体貯留槽が取り外し可能な構造であることが好ましい。
　液体貯留槽が取り外し可能な構造であると、注液して組電池を形成した後に液体貯留槽を取り外すことによって、組電池自体を小型化することができ、体積当たりの出力をより高くすることができる。
　なお、本実施形態の注液式組電池においても、単電池を構成する電極を収納する複数の電極収納部に対して、電解質を構成する液体を注液することにより、本発明の一実施形態に係る注液式組電池を用いて形成した組電池（注液後）を形成することができる。

　更に、本実施形態の注液式組電池は、上記液体が電解液、又は電解質塩を含んで電解液となる溶媒であることが好ましい。
　液体が電解液自体であると、予め濃度が均一に調製された液体（電解液）を電極収納部に供給することができるという利点がある。一方、液体が電解質塩を含んで電解液となる溶媒であると、液体を中性の状態で保管することができるため、液体貯留槽の材料設計の自由度が高くなるという利点がある。
　なお、本実施形態の注液式組電池においても、単電池を構成する電極を収納する複数の電極収納部に対して、電解質を構成する液体を注液することにより、本発明の一実施形態に係る注液式組電池を用いて形成した組電池（注液後）を形成することができる。

　以下、本発明の若干の実施形態ついて図面を参照しながら詳細に説明する。

（第１の実施形態）
　図１（Ａ）は、第１の実施形態に係る注液式組電池の概略的な構成を示す断面図、（Ｂ）は第１の実施形態に係る注液式組電池を用いて形成した組電池（注液後）の概略的な構成を示す断面図である。
　本実施形態に係る注液式組電池１は、図１に示すように、単電池を構成する電極を収納する複数の電極収納部１０と、電解質を構成する液体の一種である電解液Ｌ１を貯留する液体貯留槽２０と、該液体貯留槽２０に貯留される電解液Ｌ１を該電極収納部１０に注液する注液制御手段の一種である個別に制御可能な弁３１とを備えるものである。
　そして、液体貯留槽２０は、隔壁２０ａにより画設された複数の液体貯留部２２を有し、液体貯留部２２各々は、電極収納部１０各々に対して注液される電解液Ｌ１を貯留するものである。
　閉状態である弁３１を開状態として注液することにより、本実施形態に係る注液式組電池を用いて形成した組電池１００を形成することができる。なお、組電池１００は単電池１１を有する。

　本実施形態の注液式組電池は、電極収納部各々に対して注液される液体を貯留する液体貯留部を複数有する構成であるため、電池収納部各々への注液量がばらつくことを抑制し、出力を向上し得る。
　また、本実施形態の注液式組電池は、液体貯留槽と電極収納部とが一体型構造であるため、注液に際して、液体貯留槽を電極収納部に取り付ける必要がないという利点がある。なお、図示しないが液体貯留槽が取り外し可能な構造であるため、組電池自体を小型化することができ、体積当たりの出力をより高くすることができる。
　更に、本実施形態の注液式組電池は、図示しない集電体により単電池が電気的に直列接続となる構造を有するため、並列接続の場合と比較して、出力電圧をより高くすることができる。
　また、本実施形態の注液式組電池は、単電池の正極とその単電池と隣り合う他の単電池の負極とが対向する構造を有するため、集電体などの電池収納部回りをより小型化することができ、体積当たりの出力をより高くすることができる。
　更に、本実施形態の注液式組電池は、液体として電解液自体を用いているため、予め濃度が均一に調製された液体（電解液）を電極に供給することができるという利点がある。
　本実施形態の注液式組電池を用いて形成される組電池（注液後）は、出力が向上したものとなる。

　上記電極収納部１０や液体貯留槽２０、隔壁２０ａ、弁３１は、例えば硬質塩化ビニール等のプラスチック材料で形成されている。通常、電解液は塩化カリウムや塩化ナトリウム、水酸化カリウムなどの水溶液などの溶液である。例えば、強アルカリ性である電解液の腐食に耐え得るものであれば、特に限定されるものではなく、従来公知の空気電池に用いられる材料を適用することができる。

　図２は、第１の実施形態に係る注液式組電池を用いて形成した組電池（注液後）における単電池を構成する電極の概略的な構成を示す拡大断面図である。
　図２に示すように、単電池１１は、負極層１１Ａとセパレータ層１１Ｂと正極層１１Ｃが積層された構成を有している。また、単電池１１には、電解液Ｌ１が注液されている。なお、撥水層１１Ｄは電極収納部１０において空気流路ＡＰとの境界部を形成している。
　負極層１１Ａは、例えば、マグネシウム、亜鉛、アルミニウム、マグネシウム合金、亜鉛合金、アルミニウム合金などにより構成されるが、これらに限定されるものではなく、従来公知の空気電池に用いられる負極材料を適用することができる。
　セパレータ層１１Ｂは、例えば、撥水処理を行っていないグラスペーパー等の吸水性材料により構成されるが、これに限定されるものではなく、従来公知の空気電池に用いられるセパレータ材料を適用することができる。
　正極層１１Ｃは、例えば、石油系黒鉛粉末を主成分として含む多孔質のものにより構成されるが、これに限定されるものではなく、従来公知の空気電池に用いられる正極材料を適用することができる。
　撥水層１１Ｄは、例えば、ポリエチレンやポリプロピレンなどのオレフィン系樹脂やポリテトラフルオロエチレンやポリフッ化ビニリデンなどのフッ素系樹脂などを適用することができる。しかしながら、これらに限定されるものではなく、電解液の漏液を抑制し、少なくとも酸素を透過し得るものであれば、従来公知の材料を適宜用いることができる。

（第２の実施形態）
　図３（Ａ）は、第２の実施形態に係る注液式組電池の概略的な構成を示す断面図、（Ｂ）は第２の実施形態に係る注液式組電池を用いて形成した組電池（注液後）の概略的な構成を示す断面図である。なお、第１の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に示すように、本実施形態に係る注液式組電池１’は、注液制御手段が電極収納部に設けられた管状の突刺手段３２となっている構成が、第１の実施形態に係る注液式組電池と相違している。
　管状の突刺手段３２により開状態として注液することにより、本実施形態に係る注液式組電池を用いて形成した組電池１００’を形成することができる。なお、組電池１００’は単電池１１を有する。

　本実施形態の注液式組電池は、電極収納部各々に対して注液される液体を貯留する液体貯留部を複数有する構成であるため、電池収納部各々への注液量がばらつくことを抑制し、出力を向上し得る。
　また、本実施形態の注液式組電池は、液体貯留槽と電極収納部とが別体型構造であるため、注液に際して、液体貯留槽を電極収納部に取り付ける必要はあるが、必要時まで別々に保管することが可能であるという利点がある。
　更に、本実施形態の注液式組電池は、図示しない集電体により単電池が電気的に直列接続となる構造を有するため、並列接続の場合と比較して、出力電圧をより高くすることができる。
　また、本実施形態の注液式組電池は、単電池の正極とその単電池と隣り合う他の単電池の負極とが対向する構造を有するため、集電体などの電池収納部回りをより小型化することができ、体積当たりの出力をより高くすることができる。
　更に、本実施形態の注液式組電池は、注液制御手段が管状の突刺手段であり、液体貯留槽が貯留する液体を電極収納部に一括注液可能な構造であるため、各単電池を収納する各電極収納部に電解液を同時に注液することができる。そのため、単電池での副反応（ガス発生）が抑制され、組電池の寿命を向上させることができる。また、一括注液可能な構造を有すると、単電池の集合体と比較して取扱いが容易となるという利点がある。
　更にまた、本実施形態の注液式組電池は、液体として電解液自体を用いているため、予め濃度が均一に調製された液体（電解液）を電極に供給することができるという利点がある。
　本実施形態の注液式組電池を用いて形成される組電池（注液後）は、出力が向上したものとなる。

　（第３の実施形態）
　図４（Ａ）は、第３の実施形態に係る注液式組電池の概略的な構成を示す断面図、（Ｂ）は第３の実施形態に係る注液式組電池を用いて形成した組電池（注液後）の概略的な構成を示す断面図である。なお、第１又は第２の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４に示すように、本実施形態に係る注液式組電池１’’は、注液制御手段が電極収納部に設けられたスライド式の一体型弁３３となっている構成が、第１の実施形態に係る注液式組電池と相違している。
　スライド式の一体型弁３３により開状態として注液することにより、本実施形態に係る注液式組電池を用いて形成した組電池１００’’を形成することができる。なお、組電池１００’’は単電池１１を有する。

　本実施形態の注液式組電池は、電極収納部各々に対して注液される液体を貯留する液体貯留部を複数有する構成であるため、電池収納部各々への注液量がばらつくことを抑制し、出力を向上し得る。
　また、本実施形態の注液式組電池は、液体貯留槽と電極収納部とが一体型構造であるため、注液に際して、液体貯留槽を電極収納部に取り付ける必要がないという利点がある。なお、図示しないが液体貯留槽が取り外し可能な構造であるため、組電池自体を小型化することができ、体積当たりの出力をより高くすることができる。
　更に、本実施形態の注液式組電池は、図示しない集電体により単電池が電気的に直列接続となる構造を有するため、並列接続の場合と比較して、出力電圧をより高くすることができる。
　また、本実施形態の注液式組電池は、単電池の正極とその単電池と隣り合う他の単電池の負極とが対向する構造を有するため、集電体などの電池収納部回りをより小型化することができ、体積当たりの出力をより高くすることができる。
　更に、本実施形態の注液式組電池は、注液制御手段がスライド式の一体型弁であり、液体貯留槽が貯留する液体を電極収納部に一括注液可能な構造であるため、各単電池を収納する各電極収納部に電解液を同時に注液することができる。そのため、単電池での副反応（ガス発生）が抑制され、組電池の寿命を向上させることができる。また、一括注液可能な構造を有すると、単電池の集合体と比較して取扱いが容易となるという利点がある。
　更にまた、本実施形態の注液式組電池は、液体として電解液自体を用いているため、予め濃度が均一に調製された液体（電解液）を電極に供給することができるという利点がある。
　本実施形態の注液式組電池を用いて形成される組電池（注液後）は、出力が向上したものとなる。

　（第４の実施形態）
　図５（Ａ）は、第４の実施形態に係る注液式組電池の概略的な構成を示す断面図、（Ｂ）は第４の実施形態に係る注液式組電池を用いて形成した組電池（注液後）の概略的な構成を示す断面図である。なお、第１～第３の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に示すように、本実施形態に係る注液式組電池１’’’は、電解質塩Ｅと、電解質塩Ｅを含んで電解液Ｌ１となる溶媒Ｌ２とが別個に注液式組電池に含まれており、注液に際して、電解質塩Ｅと溶媒Ｌ２とが混合されて電解液Ｌ１が調製される構成が、第３の実施形態に係る注液式組電池と相違している。
　スライド式の一体型弁３３により開状態として、電解質塩と溶媒とが混合されて調製された電解液を注液することにより、本実施形態に係る注液式組電池を用いて形成した組電池１００’’’を形成することができる。なお、組電池１００’’’は単電池１１を有する。

　本実施形態の注液式組電池は、電極収納部各々に対して注液される液体を貯留する液体貯留部を複数有する構成であるため、電池収納部各々への注液量がばらつくことを抑制し、出力を向上し得る。
　また、本実施形態の注液式組電池は、液体貯留槽と電極収納部とが一体型構造であるため、注液に際して、液体貯留槽を電極収納部に取り付ける必要がないという利点がある。なお、図示しないが液体貯留槽が取り外し可能な構造であるため、組電池自体を小型化することができ、体積当たりの出力をより高くすることができる。
　更に、本実施形態の注液式組電池は、図示しない集電体により単電池が電気的に直列接続となる構造を有するため、並列接続の場合と比較して、出力電圧をより高くすることができる。
　また、本実施形態の注液式組電池は、単電池の正極とその単電池と隣り合う他の単電池の負極とが対向する構造を有するため、集電体などの電池収納部回りをより小型化することができ、体積当たりの出力をより高くすることができる。
　更に、本実施形態の注液式組電池は、注液制御手段がスライド式の一体型弁であり、液体貯留槽が貯留する液体を電極収納部に一括注液可能な構造であるため、各単電池を収納する各電極収納部に電解液を同時に注液することができる。そのため、単電池での副反応（ガス発生）が抑制され、組電池の寿命を向上させることができる。また、一括注液可能な構造を有すると、単電池の集合体と比較して取扱いが容易となるという利点がある。
　更にまた、本実施形態の注液式組電池は、液体として、電解質塩を含んで電解液となる溶媒を用いているため、液体を中性の状態で保管することができ、液体貯留槽の材料設計の自由度が高くなるという利点がある。
　本実施形態の注液式組電池を用いて形成される組電池（注液後）は、出力が向上したものとなる。

　以上、本発明を若干の実施形態によって説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。

　例えば、上述した各実施形態に記載した構成は、必ずしも各実施形態毎に限定されるものではなく、例えば電解質塩と、電解質塩を含んで電解液となる溶媒とが別個に注液式組電池に含まれている構成は、いずれの実施形態でも採用することができる。

　１，１’，１’’，１’’’　注液式組電池
　１０　電極収納部
　１１　単電池
　１１Ａ　負極層
　１１Ｂ　セパレータ層
　１１Ｃ　正極層
　１１Ｄ　撥水層
　２０　液体貯留槽
　２０ａ　隔壁
　２２　液体貯留部
　３１　弁
　３２　管状突刺手段
　３３　スライド式一体型弁
　１００，１００’、１００’’、１００’’’　組電池
　Ｅ　電解質塩
　Ｌ１　電解液
　Ｌ２　溶媒
　ＡＰ　空気流路

Claims

　単電池を構成する電極を収納する複数の電極収納部と、
　電解質を構成する液体を貯留する液体貯留槽と、
　上記液体貯留槽に貯留される上記液体を上記電極収納部に注液する注液制御手段とを備え、
　上記液体貯留槽は、隔壁により画設された複数の液体貯留部を有し、
　上記液体貯留部各々は、上記電極収納部各々に対して注液される上記液体を貯留することを特徴とする注液式組電池。
　上記一の電極収納部に収納された上記電極によって構成される単電池と上記他の電極収納部に収納された上記電極によって構成される単電池とが、電気的に直列接続となる構造を有することを特徴とする請求項１に記載の注液式組電池。
　上記注液制御手段が、上記液体貯留槽が貯留する上記液体を上記電極収納部に一括注液可能な構造を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の注液式組電池。
　上記一の電極収納部に収納された正極と該一の電極収納部に隣接する上記他の電極収納部に収納された負極とが、対向する構造を有することを特徴とする請求項１～３のいずれか１つの項に記載の注液式組電池。
　上記液体が電解液、又は電解質塩を含んで電解液となる溶媒であることを特徴とする請求項１～４のいずれか１つの項に記載の注液式組電池。