JP2016186861A - 電極ユニット及び電池 - Google Patents
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Abstract
【課題】導電材の腐食を防止することができる電極ユニット及び電池を提供することにある。【解決手段】電極ユニット５は、シート状の電極材５０及びシート状の導電材５１を備える。電極材５０は、活物質及び酸性の電解液を含有する。導電材５１は、一面が電極材５０の一面に対向し、被覆膜５２の表面に配されている。導電材５１の一面は、被覆膜５２に覆われている。被覆膜５２は、導電性かつ電解液非透過性を有する。シーラント５４は、枠状をなし、被覆膜５２の表面の周縁に固着され、外装フィルム５３の一面における導電材５１の外側の部分に固着されている。【選択図】図２
Description
本発明は、電極材及び導電材を有する電極ユニット及び電池に関する。
電池は、デジタル家電製品、電気自動車、ハイブリッド自動車及び太陽光発電設備等に広く用いられている。この電池として、リチウムイオン二次電池又はバナジウム固体塩電池（特許文献１）等が挙げられる。
バナジウム固体塩電池は、活物質による酸化還元反応を利用して充放電を行う。活物質としては、バナジウムイオン又はバナジウムを含むイオンが用いられる。電極ユニットは、電極材及び導電材を有している。電極材は、平板状の多孔質材と、該多孔質材に含浸させたバナジウムイオン又はバナジウムを含む陽イオンを含有する活物質及び電解液とを有する。
バナジウム固体塩電池は、セルをケースに収容することにより構成される。セルは、電極ユニットを並設し、正極に係る電極材及び負極に係る電極材を隔膜を介して対向させることにより構成される。電極ユニットは、活物質及び酸性の電解液を有する電極材と、該電極材に対向する銅又はステンレス等の導電材とを有する。
しかしながら、電極材が有する酸性の電解液が導電材に接触した場合、導電材は腐食される。これにより、電池の機能の低下、又は故障等の問題が生じる虞がある。また、電解液としてアルカリ性の電解液を使用した場合においても同様の問題が生ずる虞がある。
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、導電材の腐食を防止することができる電極ユニット及び電池を提供することにある。
本発明に係る電極ユニットは、活物質、及び酸性又はアルカリ性の電解液を有する電極材と、平板状をなし、一面が前記電極材に対向する導電材と、導電性かつ電解液非透過性であり、前記電極材及び導電材間に介在し、前記導電材の前記一面を覆い、表面に前記電極材が配される第１の被覆部と、電解液非透過性であり、前記導電材の他面を覆う第２の被覆部と、電解液非透過性であり、前記第１の被覆部の周縁部及び第２の被覆部に固着され、前記導電材を封止する枠状のシーラントとを備えることを特徴とする。
本発明によれば、導電材は第１の被覆部、第２の被覆部及びシーラントにより封止され、電極材に接触しないこととなる。特に、導電材は、第１の被覆部により電極材に直接接触しない。また、導電材の側面はシーラントに覆われている。
したがって、電極材に含まれる電解液に係る酸性又はアルカリ性物質は導電材と反応することがなく、導電材の腐食は防止される。そして、第１の被覆部は、導電性であるので電極材及び導電材間における電子の移動が担保されている。
本発明に係る電極ユニットは、前記シーラントは、前記第１の被覆部の周縁部と前記第２の被覆部の前記導電材側の一面における前記導電材よりも外側の部分とに固着されていることを特徴とする。
本発明によれば、第１の被覆部及び第２の被覆部に覆われた導電材を第２の被覆部の一面にて、シーラントにより封止した状態で固定することができる。また、第２の被覆部は、電解液非透過性であるので、電池の外装とすることができる。
本発明に係る電極ユニットは、前記第２の被覆部は導電性であり、前記シーラントは、前記第１の被覆部及び第２の被覆部夫々の周縁部に固着され、前記第２の被覆部の表面には、第２の電極材が配されていることを特徴とする。
本発明によれば、導電材は、第２の被覆部により第２の電極材に直接接触せず、また側面がシーラントに覆われている。したがって、導電材は、第２の電極材に含まれる電解液に係る酸性又はアルカリ性物質と反応することがなく、腐食が防止される。
第２の被覆部は導電性であるので、電極材及び導電材間における電子の移動が担保されている。また、セルの電極ユニットを並設する構造において、設計の多様化を図ることができる。
本発明に係る電極ユニットは、前記第１の被覆部及び第２の被覆部は、同一の素材により形成されていることを特徴とする。
本発明によれば、電極ユニットの設計が容易になり、製造コストが低下する。
本発明に係る電極ユニットは、前記第１の被覆部及び第２の被覆部夫々の表面には、同一極性となる電極材が配されていることを特徴とする。
本発明によれば、セルの複数の電極ユニットの並設構造において、電極ユニットを並列に接続することができる。これにより、電池の設計の多様化を図ることができる。
本発明に係る電極ユニットは、前記第１の被覆部及び第２の被覆部夫々の表面には、反対極性となる電極材が配されていることを特徴とする。
本発明によれば、セルの複数の電極ユニットの並設構造において、電極ユニットを直列に接続することができる。これにより、電池の設計の多様化を図ることができる。
本発明に係る電極ユニットは、前記電極材は、前記被覆部の表面にて前記シーラントの内周側に位置していることを特徴とする。
本発明によれば、電極材は、被覆部の表面にて、シーラントに囲繞されることになるので、より確実に腐食を防止できる。
本発明に係る電極ユニットは、前記電極材上に設けられ、前記シーラントに接触する隔膜を備えることを特徴とする。
本発明によれば、電極ユニットを並設した場合に、隣接する電極ユニットの電極材同士の接触を防止することができる。
本発明に係る電極ユニットは、前記シーラント、又は前記シーラント及び第２の被覆部の間から突出し、基端部が前記導電材に接触し、前記シーラントに固着された導電性材料からなるタブを備えることを特徴とする。
本発明によれば、導電材に接触するタブから外部との電力のやり取りを行うことができる。また、タブは基端部がシーラントに固着されているので電解液による腐食が防止される。
本発明に係る電池は、上述の電極ユニットを備え、前記活物質は、バナジウムイオン又はバナジウムを含むイオンを含有することを特徴とする。
本発明によれば、バナジウムイオン又はバナジウムを含むイオンを含有する活物質を用いることにより、正極及び負極の活物質を同一として電池を構成でき、電池の設計が容易となる。
本発明によれば、導電材の腐食を防止することができる。
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
（実施の形態１）
図１において、１はバナジウム固体塩電池が備えるセルである。バナジウム固体塩電池は、セル１単体、又はセル１と他のセルとを組み合わせてケースに収容することにより構成される。セル１は薄型袋状の外装２と、該外装２から突出した正極端子３及び負極端子４とを有する。
（実施の形態１）
図１において、１はバナジウム固体塩電池が備えるセルである。バナジウム固体塩電池は、セル１単体、又はセル１と他のセルとを組み合わせてケースに収容することにより構成される。セル１は薄型袋状の外装２と、該外装２から突出した正極端子３及び負極端子４とを有する。
図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線による断面図である。セル１は、電極ユニット５及び６を有する。電極ユニット５は正極として機能し、電極ユニット６は負極として機能する。図３は、電極ユニット５の平面図であり、図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線による断面図である。
電極ユニット５は、平板状の電極材５０及び平板状の導電材５１を備える。電極材５０は、活物質及び酸性の電解液を含有する。導電材５１は、一面が電極材５０の一面に対向するように配されている。
導電材５１の一面は、被覆膜５２に覆われている。被覆膜５２は、導電性かつ電解液非透過性を有し、導電材５１の一面を黒鉛でコーティングすることにより形成されている。電極材５０は、被覆膜５２の表面に配されている。また、電極材５０の一面は被覆膜５２の表面に接している。即ち、被覆膜５２は、電極材５０及び導電材５１間に介在する。また、電極材５０の一面は被覆膜５２の表面よりも面積が小さい。
一方で、導電材５１の他面は、シート状をなし、セル１の外装２の一部である外装フィルム５３に覆われている。外装フィルム５３の一面は、導電材５１の他面に接している。また、外装フィルム５３は、導電材５１よりも大きく、外装フィルム５３の一面の面積が、導電材５１の他面の面積よりも大きい。
図３及び図４に示すように導電材５１は周縁の一部から、両面に平行に突出する凸部５１ａを有する。凸部５１ａは、被覆膜５２に覆われていない。また、凸部５１ａには正極端子３が設けられている。更に、電極ユニット５は、電解液非透過性を有し、導電材５１の周囲を封止するシーラント５４を有する。
正極端子３は、矩形片状をなし、基端部の外面が導電材５１の前記一面側にて凸部５１ａに接し、先端部がシーラント５４及び外装フィルム５３の間から突出する状態で、導電材５１に設けられている。正極端子３は、長手方向の中央部分が電解液非透過性のシーラント３０に覆われている。シーラント３０は、外装フィルム５３の一面に固着されている。シーラント３０の正極端子３の先端部側は、外装フィルム５３の周縁よりも外側に位置する。
シーラント５４は、枠状をなし、例えば、熱溶着又は接着により、被覆膜５２の表面の周縁部に固着され、外装フィルム５３の一面における導電材５１の外側の部分に固着されている。シーラント５４は、電極材５０、導電材５１及び被覆膜５２の厚さ及び大きさに対応した段状に形成されている。また、シーラント５４は、導電材５１の凸部５１ａに接触した正極端子３の基端部の内面に固着されている。
シーラント５４は、導電材５１の側面に接触した状態で、導電材５１の側面側に設けられている。電極材５０は、被覆膜５２の表面にて、シーラント５４の内周側に位置する。即ち、電極材５０の側面は、シーラント５４に囲繞されている。なお、電極材５０の側面は、シーラント５４に接触する構成、又はシーラント５４に接触せず隙間が設けられている構成のいずれであってもよい。
正極端子３は先端部のみが露出し、その他の部分は、シーラント３０、導電材５１の凸部５１ａ、被覆膜５２及びシーラント５４に囲まれている。特に、正極端子３及び凸部５１ａの接触部分は、シーラント５４に覆われている。したがって、正極端子３は、電極材５０と区画され、電解液による腐食が防止される。
電極ユニット６は、電極ユニット５と同様の構造をなし、電極材６０、導電材６１、被覆膜６２、外装フィルム６３及びシーラント６４を有する。また、負極端子４は、正極端子３と同様の構造をなし、同様に電極ユニット６に設けられている。
電極ユニット５及び６は、外装フィルム５３及び６３の夫々の一面が対向するように配され、外装フィルム５３及び６３の夫々の前記一面の周縁部が固着されている。これにより、電極ユニット５の外装フィルム５３及び電極ユニット６の外装フィルム６３は、外装２をなしている。また、正極端子３及び４は、外装フィルム５３及び６３の対向方向において対向していない。これにより正極端子３及び負極端子４間の短絡が防止される。
更に、図２に示すように、電極材５０及び電極材６０の間には隔膜７が配されている。
隔膜７は、電極材５０と電極材６０とを区画し、電極材５０及び６０に接触している。また、隔膜７の周縁部は、シーラント５４及び６４に接触している。
隔膜７は、電極材５０と電極材６０とを区画し、電極材５０及び６０に接触している。また、隔膜７の周縁部は、シーラント５４及び６４に接触している。
以下、本発明に係るセル１を構成する材料について詳述する。電極材５０及び６０は、基材に、バナジウムイオン又はバナジウムを含むイオンを活物質として含有する固体状の化合物を含む析出物を担持させてなる。
電極材５０及び６０の基材としては、例えば多孔質の炭素材が挙げられる。炭素材は、炭素繊維から構成された炭素フェルト、炭素繊維から構成された炭素シート、活性炭、及びシート状のグラッシーカーボンからなる群より選ばれる少なくとも１種であるのが好ましい。
バナジウム化合物を含む溶液、半固体状物、又は固体状物を、炭素材に塗布又は含侵させた後、乾燥させることで、炭素材に析出物が担持される。半固体状物としては、バナジウム化合物に硫酸水溶液を加えたスラリー状物や、バナジウム化合物にシリカ等を加えたゲル状物等が挙げられる。
正極として機能する電極ユニット５の電極材５０に含まれるバナジウムイオン又はバナジウムを含むイオンは、酸化還元反応によって、５価及び４価の間で酸化数が変化するバナジウムを含むイオンであるのが好ましい。５価及び４価の間で酸化数が変化するバナジウムを含むイオンとしては、ＶＯ2+（IV）、ＶＯ2 +（V ）が例示される。
正極用の活物質として、炭素材に担持させるバナジウム化合物は、酸化硫酸バナジウム（IV）（ＶＯＳＯ4 ・ｎＨ2 Ｏ）、酸化硫酸バナジウム（V ）（（ＶＯ2 ）2 ＳＯ4 ・ｎＨ2 Ｏ）を挙げることができる。また、これらの混合物を用いてもよい。ｎは、０又は１〜６の整数を示す。
負極として機能する電極ユニット６の電極材６０に含まれるバナジウムイオン又はバナジウムを含むイオンは、酸化還元反応によって、２価及び３価の間で酸化数が変化するバナジウムイオンであるのが好ましい。２価及び３価の間で酸化数が変化するバナジウムイオンとしては、Ｖ2+（II）、Ｖ3+（III ）が例示される。
負極用の活物質として、炭素材に担持させるバナジウム化合物としては、硫酸バナジウム（II）（ＶＳＯ4 ・ｎＨ2 Ｏ）、硫酸バナジウム（III ）（Ｖ2 （ＳＯ4 ）３・ｎＨ2 Ｏ）を挙げることができる。また、これらの混合物が用いてもよい。ｎは、０又は１〜６の整数を示す。
また、電極材５０及び６０に含まれる電解液は、硫酸水溶液であるのが好ましい。硫酸水溶液として、例えば希硫酸等を用いることができる。電解液の量は、例えばバナジウム化合物１００ｇに対して、２Ｍ（ｍｏｌ／Ｌ）の硫酸７０ｍＬである。
上記の構成の電極ユニット５及び６間において、下記式（１）及び（２）の反応が生じる。
正極：ＶＯＸ2 ・ｎＨ2 Ｏ（ｓ）⇔ＶＯ2 Ｘ・ｎＨ2 Ｏ（ｓ）＋ＨＸ＋Ｈ+ ＋ｅ- （１）
負極：ＶＸ3 ・ｎＨ2 Ｏ（ｓ）＋ｅ- ⇔２ＶＸ2 ・ｎＨ2 Ｏ（ｓ）＋Ｘ- （２）
式中、Ｘは１価の陰イオンを表す。Ｘがｍ価の陰イオンである場合、結合係数（１／ｍ）が考慮される。ｎは種々の値をとり得る。
正極：ＶＯＸ2 ・ｎＨ2 Ｏ（ｓ）⇔ＶＯ2 Ｘ・ｎＨ2 Ｏ（ｓ）＋ＨＸ＋Ｈ+ ＋ｅ- （１）
負極：ＶＸ3 ・ｎＨ2 Ｏ（ｓ）＋ｅ- ⇔２ＶＸ2 ・ｎＨ2 Ｏ（ｓ）＋Ｘ- （２）
式中、Ｘは１価の陰イオンを表す。Ｘがｍ価の陰イオンである場合、結合係数（１／ｍ）が考慮される。ｎは種々の値をとり得る。
隔膜７は、水素イオン（プロトン）又は硫酸イオンを通過させることができるイオン交換膜である。
導電材５１及び６１は、アルミニウム又は銅等の金属箔からなるのが好ましい。厚みは、５〜１００μｍであるのが好ましく、より好ましくは１０〜５０μｍ、さらに好ましくは２０〜５０μｍである。厚みが１００μｍ以下である場合、電池は、軽量かつ小型化される。
導電材５１及び６１夫々の一面は、黒鉛のコーティングにより形成する被覆膜５２及び６２夫々により覆う構成に限られず、導電性かつ電解液非透過性であれば、導電性フィルム、シート状の導電性ゴム、グラファイトシート等により覆う構成とすることができる。例えば、導電性の接着シートを介して、グラファイトシートを導電材５１及び６１夫々の一面に配する構成としてもよい。
被覆膜５２及び６２の厚みは１０〜１００μｍであるのが好ましく、より好ましくは２０〜８０μｍ、さらに好ましくは２０〜５０μｍである。厚みが１０〜１００μｍである場合、電極材５０及び６０夫々と導電材５１及び６１夫々との電気伝導性が低下することがなく、電池の内部抵抗を小さくすることができる。
外装フィルム５３及び６３は、合成樹脂層及び金属層を含むラミネートシートからなるのが好ましい。合成樹脂層の材料としては、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエステル、ポリアクリロニトリル、エチレン酢酸ビニルコポリマー（ＥＶＡ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、変性ポリプロピレン、変性ポリエチレン、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアセテート、ポリエチレンテレフタレート、アイオノマー樹脂、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンサルファイド、ポリイミド、ナイロン６，ナイロン６６等のポリアミド等が挙げられる。
合成樹脂層の厚みは、５〜２００μｍであるのが好ましい。この場合、電池は、良好な気密性を得られる。金属層の材料としては、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、鉄、ステンレス、チタン、チタン合金等が挙げられる。金属層の厚みは、５〜１００μｍであるのが好ましい。この場合、金属層にピンホール等を発生させることなく、良好な遮水性を保持することができる。
外装フィルム５３及び６３夫々の厚みは特に限定されないが、１５〜２５０μｍであるのが好ましい。より好ましくは２５〜２００μｍであり、さらに好ましくは５０〜１５０μｍである。厚みが１５〜２５０μｍである場合、十分な強度を有するとともに、電池がコンパクトになる。
シーラント３０、４０、５４及び６４は、ポリプロピレン又はポリエチレン等を用いることが好ましい。ポロプロピレン又はポリエチレン等を用いることにより、熱溶着で容易に導電材５１を封止することが可能となる。
電極ユニット５及び６間における式（１）及び（２）の反応を利用してセル１を用いたバナジウム固体塩電池の充放電が行われる。このとき、正極端子３，負極端子４を介して、外部の負荷又は充電器等との間で充放電が行われる。式（１）及び（２）の反応において隔膜７を介して電極材５０及び６０間でプロトンが移動する。
上記の構成によれば、導電材５１は被覆膜５２、外装フィルム５３及びシーラント５４により封止され、電極材５０に接触しないこととなる。特に、導電材５１は被覆膜５２により電極材５０に直接接触しない。また、導電材５１の側面はシーラント５４に覆われている。
したがって、導電材５１は電極材５０に含まれる電解液に係る硫酸等が導電材５１と反応することがなく腐食が防止される。また、導電材６１も同様に電極材６０に含まれる電解液による腐食が防止される。
シーラント５４は、被覆膜５２の表面の周縁部に固着されている。また、シーラント５４は、外装フィルム５３の一面における導電材５１の外側の部分に固着されている。したがって、導電材５１を外装フィルム５３の一面にてシーラント５４により封止した状態で固定することができる。
また、外装フィルム５３及び６３は夫々導電材５１及び６１よりも大きいので、外装フィルム５３及び６３の一面の周縁同士を固着することにより、電極ユニット５及び６を並設した状態で一つのセルを構成することができる。このとき、外装フィルム５３及び６３は、電解液非透過性を有することから、夫々セル１の外装２をなすことができる。
電極材５０は、被覆膜５２の表面にてシーラント５４の内周側に位置している。電極材５０は、側面をシーラント５４に囲繞されているので、導電材５１はより確実に腐食を防止できる。
また、電極材５０は、導電性を有する被覆膜５２の表面に配されているので、電極材５０及び導電材５１間における電子の移動が担保されている。電極材６０は、同様に腐食をより確実に防止できるとともに、電極材６０及び導電材６１間における電子の移動が担保されている。
導電材５１に設けられた正極端子３及び導電材６１に設けられた負極端子４を介して外部との電力のやり取りを行うことができる。また、正極端子３及び負極端子４は、夫々基端部がシーラント５４又は６４に固着されており、これにより、電極材５０又は６０と区画され、電解液による腐食が防止される。
更に、活物質にバナジウムを用いることにより、正極及び負極において同一の活物質を用いることができ、電池の設計が容易となる。
なお、導電材５１の凸部５１ａは被覆膜５２により覆われる構成であってもよい。また、シーラント５４は導電材５１の側面に接触していない構成であってもよい。
更に、外装２は、外装フィルム５３及び６３を固着することにより形成する構成に限られず、１枚のシートを二つ折りに折り曲げてなるものでもよい。また、活物質はバナジウムでなく、鉄又はクロムである構成でもよく、電解液は、酸性でなくアルカリ性とする構成であってもよい。更に、隔膜７を電極ユニット５又は６の一部として、電極ユニット５又は６を形成する構成であってもよい。
（実施の形態２）
図５は、実施の形態２に係る電池が備えるセル１の断面図である。実施の形態２に係るセル１の構成について、実施の形態１と同様な構成については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。実施の形態２に係るセル１は、電極ユニット５、６及び８を備える。電極ユニット８は、電極ユニット５及び６に挟まれている。
図５は、実施の形態２に係る電池が備えるセル１の断面図である。実施の形態２に係るセル１の構成について、実施の形態１と同様な構成については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。実施の形態２に係るセル１は、電極ユニット５、６及び８を備える。電極ユニット８は、電極ユニット５及び６に挟まれている。
図６は、電極ユニット８の平面図である。電極ユニット８は、平板状の電極材８０及び８１と、平板状をなし、両面夫々が電極材８０及び電極材８１に対向している導電材８２とを有する。電極材８０及び８１は、活物質及び酸性の電解液を含有する。
また、導電材８２の両面に黒鉛コーティングにより二つの被覆膜８３，８３が導電材８２と電極材８０及び８１夫々との間に介在するように形成されている。即ち、電極材８０及び８１は、被覆膜８３，８３夫々の表面に配されている。被覆膜８３は、導電性かつ電解液非透過性である。
電極ユニット８は更に電解液非透過性のシーラント８４を有する。シーラント８４は、枠状をなし、被覆膜８３，８３夫々の表面の周縁部に固着され、導電材８２の側面に接触する状態で導電材８２の側面側に設けられている。
シーラント８４は、電極材８０側のシーラント８４ａと電極剤８１側のシーラント８４ｂとを固着することで形成されている。電極材８０及び８１は被覆膜８３，８３夫々の表面にてシーラント８４の内周側に位置する。即ち、電極材８０及び８１夫々の側面は、シーラント８４に囲繞されている。なお、電極材８０及び８１夫々の側面は、シーラント８４に接触する構成、又はシーラント８４に接触せず隙間が設けられている構成のいずれであってもよい。
更に、電極ユニット８は、隔膜８５及び８６を有する。なお、図６では隔膜８６は省略してある。隔膜８５は電極材８０及びシーラント８４ａの外面に接触し、隔膜８６は、電極材８１及びシーラント８４ｂの外面に接触している。
電極ユニット５の電極材５０は隔膜８５に接触し、電極ユニット６の電極材６０は隔膜８６に接触している。電極ユニット５及び電極ユニット８の電極材８１側は正極をなし、電極材６０及び電極ユニット８の電極材８０側は負極をなしている。即ち、電極ユニット５，６及び８は直列に接続されている。
以下、本発明に係るセル１を構成する材料について詳述する。電極材８０及び８１は、基材に、バナジウムイオン又はバナジウムを含むイオンを活物質として含有する固体状の化合物を含む析出物を担持させてなる。
電極材８０及び８１の基材としては、電極材５０及び６０と同様に、例えば多孔質の炭素材が挙げられ、該炭素材にバナジウム化合物の析出物が担持される。
負極側の電極材８０に含まれるバナジウムイオン又はバナジウムを含むイオンは、電極６０と同様に、酸化還元反応によって、２価及び３価の間で酸化数が変化するバナジウムイオンであるのが好ましい。
正極側の電極材８１に含まれるバナジウムイオン又はバナジウムを含むイオンは、電極材５０と同様に酸化還元反応によって、５価及び４価の間で酸化数が変化するバナジウムを含む陽イオンであるのが好ましい。
また、電極材８０及び８１が含有する電解液は、電極材５０及び６０と同様に硫酸水溶液であるのが好ましい。更に、隔膜８５及び８６は、隔膜７と同様に水素イオン（プロトン）又は硫酸イオンを通過させることができるものであればよい。
電極ユニット５及び電極ユニット８の電極材８０側間と、電極ユニット６及び電極ユニット８の電極材８１側間夫々において、実施の形態１における式（１）及び（２）の反応が生じる。
導電材８２は、導電材５１及び６１と同様にアルミニウム又は銅等の金属箔からなるのが好ましい。
導電材８２は、導電材５１及び６１と同様に黒鉛のコーティングにより形成する被覆膜８３，８３により覆う構成に限られず、導電性かつ電解液非透過性を有していれば、導電性フィルム、シート状の導電性ゴム、グラファイトシート等を用いて覆う構成とすることができる。
被覆膜８３の厚みは、被覆膜５２及び６２と同様に１０〜１００μｍであるのが好ましく、より好ましくは２０〜８０μｍ、さらに好ましくは２０〜５０μｍである。シーラント８４ａ及び８４ｂは、シーラント５４と同様にポリプロピレン又はポリエチレン等を用いることが好ましい。
上記の構成のセル１では、電極ユニット５及び電極ユニット８の電極材８０側間と、電極ユニット６及び電極ユニット８の電極材８１側間夫々における式（１）及び（２）の反応を利用してセル１を用いたバナジウム固体塩電池の充放電が行われる。このとき、正極端子３，負極端子４を介して外部の負荷又は充電器等との電力のやり取りが行われる。
上記の構成によれば、被覆膜８３，８３により、導電材８２は、電極材８０及び８１に直接接触しない。また、導電材８２の側面はシーラント８４に覆われている。したがって、導電材８２は電極材８０及び８１に含まれる電解液に係る硫酸等と反応することがなく、腐食が防止される。
被覆膜８３，８３は導電性であるので、被覆膜８３，８３の表面にて電極材８０及び８１夫々及び導電材８２間における電子の移動が担保されている。導電材８２の両面に被覆膜８３，８３を介在させて電極材８０及び８１を配することにより、セルの電極ユニットを並設する構造において、設計の多様化を図ることができる。
被覆膜８３，８３は、同一の素材により形成されているので、電極ユニット８の設計が容易になり、製造コストが低下する。なお、導電材８２の両面は、導電性かつ電解液非透過性であれば、夫々別の素材により覆う構成としてもよい。
被覆膜８３，８３には、反対極性となる電極材８０及び電極材８１が配されているので、セル１の内部の電極ユニット５、６及び８の並設構造において、電極ユニット５、６及び８を直列に接続することができる。これにより、電池の設計の多様化を図ることができる。
隔膜８５及び８６により、電極材５０及び８０の接触と、電極材６０及び８１の接触とを防止できる。また、活物質にバナジウムを用いることにより、正極及び負極の活物質を同一として電池を構成でき、電池の設計が容易となる。
なお、シーラント８４は被覆膜８２の側面に接触していない構成であってもよい。
（実施の形態３）
図７は、実施の形態３に係る電池が備えるセル１の断面図であり、図８は、電極ユニット８の平面図である。実施の形態３に係るセル１の構成について、実施の形態１及び２と同様な構成については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
図７は、実施の形態３に係る電池が備えるセル１の断面図であり、図８は、電極ユニット８の平面図である。実施の形態３に係るセル１の構成について、実施の形態１及び２と同様な構成については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
実施の形態３に係るセル１では、電極ユニット５及び６が正極をなし、電極ユニット８が負極をなす。即ち、電極ユニット５、６、及び８は並列に接続される。したがって、電極材８０側の極性及び電極材８１側の極性は、負極性で同一である。
正極端子３は、導電材５１及び６１に設けられている。一方で、負極端子４は電極ユニット８に設けられている。電極ユニット８の導電材８２は、周縁から両面に平行に突出する凸部８２ａを有する。凸部８２ａは、電極ユニット６側の一面の一部が被覆膜８３に覆われていない。
負極端子４は、正極端子３同様矩形片状をなし、導電材８２の一面側にて、基端部の外面が凸部８２ａに接し、先端部がシーラント８４から突出する状態で、導電材８２に設けられている。負極端子４は、長手方向の中央部分が電解液非透過性のシーラント４０に覆われている。シーラント４０は、外装フィルム５３及び６３の一面の周縁部に固着されている。シーラント４０の負極端子４の先端部側は、外装フィルム５３及び６３夫々の周縁よりも外側に位置する。
負極端子４の基端側部分において、凸部８２ａに接触している部分以外の部分は、シーラント８４ａ及び８４ｂに接触し、覆われている。また、シーラント４０の負極端子４の基端部側の端面は、シーラント８４ａ及び８４ｂに固着されている。
負極端子４は先端部のみが露出し、その他の部分は、シーラント４０、導電材８２の凸部８２ａ、被覆膜８３，８３、シーラント８４ａ及び８４ｂに囲まれている。特に、負極端子４及び凸部８２ａの接触部分は、シーラント８４ｂに覆われている。したがって、負極端子４は、電極材８０及び８１と区画され、電解液による腐食が防止される。
上記の構成のセル１では、電極ユニット５及び電極ユニット８の電極材８０側間と、電極ユニット６及び電極ユニット８の電極材８１側間夫々における式（１）及び（２）の反応を利用してセル１を用いたバナジウム固体塩電池の充放電が行われる。このとき、正極端子３，負極端子４を介して外部の負荷又は充電器等との電力のやり取りが行われる。
実施の形態３に係る電池のセル１内の電極ユニット８は、電極材８０及び８１が同一極性であり、電極ユニット５、６及び８を並列に接続することができる。これにより、電池の設計の多様化を図ることができる。
なお、セル１は、電極ユニット５、６及び８の極性を逆とする、即ち、電極ユニット５及び６を負極とし、電極ユニット８を正極とする構成であってもよい。また、導電材８２の凸部８２ａは、被覆膜８３に覆われていない構成であってもよい。
（変形例）
図９は、変形例に係る電極ユニット８の断面図である。電極ユニット８のシーラント８４は、複数のシーラントを固着するという構成でなく、一体として構成している。これにより、電極ユニット８の構造を簡素化することができる。
図９は、変形例に係る電極ユニット８の断面図である。電極ユニット８のシーラント８４は、複数のシーラントを固着するという構成でなく、一体として構成している。これにより、電極ユニット８の構造を簡素化することができる。
３ 正極端子（タブ）
４ 負極端子（タブ）
５、６、８ 電極ユニット
５０、６０、８０、８１ 電極材
５１、６１、８２ 導電材
５２、６２ 被覆膜（請求項２の第１の被覆部）
５３、６３ 外装フィルム（請求項２の第２の被覆部）
８３ 被覆膜（請求項３の第１の被覆部及び第２の被覆部）
５４、６４、８４、８４ａ、８４ｂ シーラント
７、８５、８６ 隔膜
４ 負極端子（タブ）
５、６、８ 電極ユニット
５０、６０、８０、８１ 電極材
５１、６１、８２ 導電材
５２、６２ 被覆膜（請求項２の第１の被覆部）
５３、６３ 外装フィルム（請求項２の第２の被覆部）
８３ 被覆膜（請求項３の第１の被覆部及び第２の被覆部）
５４、６４、８４、８４ａ、８４ｂ シーラント
７、８５、８６ 隔膜
Claims (10)
- 活物質、及び酸性又はアルカリ性の電解液を有する電極材と、
平板状をなし、一面が前記電極材に対向する導電材と、
導電性かつ電解液非透過性であり、前記電極材及び導電材間に介在し、前記導電材の前記一面を覆い、表面に前記電極材が配される第１の被覆部と、
電解液非透過性であり、前記導電材の他面を覆う第２の被覆部と、
電解液非透過性であり、前記第１の被覆部の周縁部及び第２の被覆部に固着され、前記導電材を封止する枠状のシーラントと
を備えることを特徴とする電極ユニット。 - 前記シーラントは、前記第１の被覆部の周縁部と前記第２の被覆部の前記導電材側の一面における前記導電材よりも外側の部分とに固着されている
ことを特徴とする請求項１に記載の電極ユニット。 - 前記第２の被覆部は導電性であり、
前記シーラントは、前記第１の被覆部及び第２の被覆部夫々の周縁部に固着され、
前記第２の被覆部の表面には、第２の電極材が配されていること
を特徴とする請求項１に記載の電極ユニット。 - 前記第１の被覆部及び第２の被覆部は、同一の素材により形成されていることを特徴とする請求項３に記載の電極ユニット。
- 前記第１の被覆部及び第２の被覆部夫々の表面には、同一極性となる電極材が配されていることを特徴とする請求項３又は４に記載の電極ユニット。
- 前記第１の被覆部及び第２の被覆部夫々の表面には、反対極性となる電極材が配されていることを特徴とする請求項３又は４に記載の電極ユニット。
- 前記電極材は、前記被覆部の表面にて前記シーラントの内周側に位置していること
を特徴とする請求項１から６までのいずれか一つに記載の電極ユニット。 - 前記電極材上に設けられ、前記シーラントに接触する隔膜を備えることを特徴とする請求項１から７までのいずれか一つに記載の電極ユニット。
- 前記シーラント、又は前記シーラント及び第２の被覆部の間から突出し、
基端部が前記導電材に接触し、前記シーラントに固着された
導電性材料からなるタブを備える
ことを特徴とする請求項１から８までのいずれか一つに記載の電極ユニット。 - 請求項１から９までのいずれか一つに記載の電極ユニットを備え、
前記活物質は、バナジウムイオン又はバナジウムを含むイオンを含有すること
を特徴とする電池。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2015066270A JP2016186861A (ja) | 2015-03-27 | 2015-03-27 | 電極ユニット及び電池 |
| PCT/JP2016/055643 WO2016158112A1 (ja) | 2015-03-27 | 2016-02-25 | 電極ユニット及び電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2015066270A JP2016186861A (ja) | 2015-03-27 | 2015-03-27 | 電極ユニット及び電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2016186861A true JP2016186861A (ja) | 2016-10-27 |
Family
ID=57006984
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2015066270A Pending JP2016186861A (ja) | 2015-03-27 | 2015-03-27 | 電極ユニット及び電池 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2016186861A (ja) |
| WO (1) | WO2016158112A1 (ja) |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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2015
- 2015-03-27 JP JP2015066270A patent/JP2016186861A/ja active Pending
-
2016
- 2016-02-25 WO PCT/JP2016/055643 patent/WO2016158112A1/ja active Application Filing
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2016158112A1 (ja) | 2016-10-06 |
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