JP2017183015A - バナジウム固体塩電池 - Google Patents

Abstract

【課題】水素による電極の接触抵抗の上昇を防止し、電池の性能が低下することを防止できるバナジウム固体塩電池を提供する。【解決手段】セル１００は、バナジウム又はバナジウムイオンを含有する活物質及び酸性の電解液を含む第１電極１０と、該第１電極１０に対向し、バナジウム又はバナジウムイオンを含有する活物質及び酸性の電解液を含む第２電極２０と、前記第１電極１０及び第２電極２０間に配されたイオン交換膜１４と、水素を吸蔵する水素吸蔵合金を有する水素吸蔵部１０５と、前記第１電極１０、第２電極２０、イオン交換膜１４及び水素吸蔵合金５０を封入する外装１０１とを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、酸化還元反応を利用して充放電を行うバナジウム固体塩電池に関する。

電池は、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、バナジウム固体塩電池（例えば、特許文献１参照）又はリチウムイオン二次電池等が挙げられる。

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、外装と、該外装の内部に配された複数の電極ユニットを備える。各電極ユニットは、電極を有しており、互いに重ねられている。電極は、活物質、導電助剤としての炭素材料、バインダ及び電解液を含む。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している。セル内においては、隣り合う電極ユニット間で、正極電極及び負極電極が対向している。バナジウム固体塩電池は、正極電極及び負極電極間における酸化還元反応を利用して充放電を行う。

特開２０１４−２３５８３３号公報

しかしながら、バナジウム固体塩電池では、電池の充放電に伴って負極電極から水素を主とするガスが発生し、該ガスにより電極における接触抵抗が上昇して電池の性能が低下する虞がある。

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、水素による電極における接触抵抗の上昇を防止し、電池の性能の低下を防止することができるバナジウム固体塩電池を提供することにある。

本発明に係るバナジウム固体塩電池は、バナジウム又はバナジウムイオンを含有する活物質及び酸性の電解液を含む正極電極と、該正極電極に対向し、バナジウム又はバナジウムイオンを含有する活物質及び酸性の電解液を含む負極電極と、前記正極電極及び負極電極間に配された隔膜と、水素を吸蔵する水素吸蔵合金と、前記正極電極、負極電極、隔膜及び水素吸蔵合金を封入する外装とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、水素吸蔵合金が外装内の水素を吸蔵することにより、水素による電極における接触抵抗の上昇を防止し、電池の性能が低下することを防止できる。

実施の形態１に係る電池のセルを示す平面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線による断面図である。 水素吸蔵部の断面図である。 実施の形態２に係る電池のセルの断面図である。 実施の形態３に係る水素吸蔵合金の配置を示す断面図である。 実施の形態４に係る電池のセルの断面図である。 実施の形態５に係る電池のセルを示す平面図である。 実施の形態６に係る電池のセルを示す平面図である。 実施の形態７に係る電池のセルを示す平面図である。 実施の形態８に係る電池のセルを示す平面図である。

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は、実施の形態１に係る電池のセルを示す平面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線による断面図である。図１中、１００はバナジウム固体塩電池のセルである。バナジウム固体塩電池は、セル１００を一つ又は複数個ケースに収容することにより構成されている。セル１００は外装１０１と、正極端子１０２及び負極端子１０３とを備える。

外装１０１は、四角形状をなす電解液非透過性の二枚の外装シート１０４，１０４を有している。二枚の外装シート１０４，１０４の面同士は対向し、周縁部同士は接合されている。また、正極端子１０２及び負極端子１０３は外装１０１の一辺から並んで突出している。該一辺側部分の中央部には、水素を吸蔵する水素吸蔵部１０５が配されており、前記一辺側部分における中央部以外の他の部分は、前記中央部に比べてより内側部分まで接合されている。前記一辺における他の部分は、他辺部分に比べてより内側まで接合されている。
なお外装１０１は、一枚のシートを折りたたむことにより形成することとしてもよい。また、水素吸蔵部１０５が配される部分は、中央部でなくともよい。

図２に示すように、セル１００は、１つの第１電極ユニット１と、２つの第２電極ユニット２，２を有する。第１電極ユニット１及び第２電極ユニット２は、四角形平板状をなしている。第１電極ユニット１は、平面同士が対向するように２つの第２電極ユニット２，２により挟まれている。

第１電極ユニット１は、正極をなし、各第２電極ユニット２は負極をなす。したがって、第１電極ユニット１と、二つの第２電極ユニット２，２とは並列に接続されていることとなる。なお、第１電極ユニット１が負極をなし、各第２電極ユニット２が正極をなしていてもよい。

水素吸蔵部１０５は、第１電極ユニット１の側面に対向する位置において、外装シート１０４の内面に取り付けられている。図３は、水素吸蔵部１０５の断面図である。水素吸蔵部１０５は、水素吸蔵合金５０と、固着シート５１と、被覆膜５２とを有する。水素吸蔵合金５０は、固着シート５１上に配され、被覆膜５２に覆われている。固着シート５１及び被覆膜５２夫々の周縁部は、固着されており、これにより、水素吸蔵合金５０が封入されている。水素吸蔵合金５０は、例えばニッケル合金である。固着シート５１は、熱可塑性のシート又は粘着性のシート等である。また、被覆膜５２は、電解液非透過性であり、ガス透過性である。水素吸蔵部１０５は、固着シート５１が外装シート１０４の内面に固着されることにより取り付けられる。なお、水素吸蔵合金５０は、被覆膜５２上に配され、固着シート５１に覆われていてもよい。

第１電極ユニット１は、２つの第１電極１０，１０と、第１導電体１１と、２枚の被覆シート１２，１２とを備える。第１導電体１１は四角形状をなし、例えば図示しないタブを介して、正極端子１０２に接続されている。第１導電体１１の両平面は夫々、被覆シート１２に覆われている。各第１電極１０は、各被覆シート１２に、周縁部を残して積層されている。即ち、被覆シート１２は、一平面が第１電極１０に対向し、他平面が第１導電体１１に対向している。

第１導電体１１は、銅、アルミニウム、ニッケル又はチタン等の高導電性の金属であることが好ましい。被覆シート１２は、導電性及び電解液非透過性を有しており、例えば、グラファイトシート及び接着用の導電性シートを重ねたシート、導電性フィルム及びシート状の導電性ゴムを用いてもよい。また、被覆シート１２に代えて第１導電体１１に黒鉛コーティングを施してもよい。

第１電極１０は、活物質、導電助剤としての炭素材料、バインダ及び非水系溶媒を含有する溶液又は半固体状物等を被覆シート１２に塗布し、非水系溶媒を揮発させた後、酸性の電解液を含ませることにより形成される。なお、非水系溶媒としては、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）等が例示される。

正極として機能する第１電極ユニット１の第１電極１０の活物質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。

正極用の活物質であ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。これらの混合物を用いてもよい。ｎは、０〜５の整数である。

また、第１電極１０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、例えば濃度が９０質量％未満の硫酸水溶液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。

バインダとしては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）及びフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体（ＰＶＤＦ／ＨＦＰ）等が挙げられる。
炭素材料としては、アセチレンブラック、ケッチェンブラック（登録商標）等のカーボンブラック、及びグラファイト等が挙げられる。炭素材料は１種又は２種以上を用いることができる。

第１電極ユニット１は、更に、四角形額縁状の第１シーラント１３を有する。第１シーラント１３は、第１導電体１１の側面及び各被覆シート１２の一平面の周縁部を覆っている第１内縁部１３ａと、該第１内縁部１３ａの外面において第１導電体１１の側面に対応する部分から外側に突出する第１外縁部１３ｂとを有する。第１シーラント１３は、第１内縁部１３ａにより、第１導電体１１の側面を覆い、被覆シート１２を介して第１導電体１１の両平面の周縁部を覆っている。

更に、第１電極１０，１０は、四角形状をなし、水素イオン透過性を有する二枚のイオン交換膜１４，１４に覆われている。各イオン交換膜１４の一面は、その周縁部を残して第１電極１０に接触している。各イオン交換膜１４の周縁部は、第１シーラント１３の第１内縁部１３ａに固着されている。

イオン交換膜１４は、水素イオンに加えて硫酸イオンを透過してもよい。また、イオン交換膜１４は、水素イオンを透過する隔膜の一例であり、イオン交換膜１４に代えて、イオン選択性を有さず、イオン透過性を有する多孔質膜等を用いてもよい。

第２電極ユニット２は、第２電極２０と、第２導電体２１と、２枚の被覆シート２２，２２とを備える。第２導電体２１は、四角形状をなし、例えば図示しないタブを介して、負極端子１０３に接続されている。第２導電体２１の両面夫々は、被覆シート２２に覆われている。第２電極２０は、一の被覆シート２２に、周縁部を残して積層されている。即ち、被覆シート２２は、一平面が第２電極２０に対向し、他平面が第２導電体２１に対向している。第２導電体２１及び被覆シート２２の材質は、第１導電体１１及び被覆シート１２の材質と同様である。

第２電極２０は、第１電極１０と同様に形成され、活物質、導電助剤としての炭素材料、バインダ及び酸性の電解液を含有しているが、第１電極１０と異なり、負極用の活物質を含有している。

負極として機能する第２電極ユニット２の第２電極２０の活物質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。

負極用の活物質であ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）が挙げられる。これらの混合物を用いてもよい。ｎは、０又は１〜１０の整数である。

第２電極ユニット２は、更に、四角形額縁状の第２シーラント２３を有する。第２シーラント２３は、第２導電体２１の側面及び各被覆シート２２の一平面の周縁部を覆っている第２内縁部２３ａと、該第２内縁部２３ａの外面の第２導電体２１の側面に対応する部分から外側に突出する第２外縁部２３ｂとを有する。第２シーラント２３は、第２内縁部２３ａにより、第２導電体２１の側面を覆い、被覆シート２２を介して第２導電体２１の両平面の周縁部を覆っている。

第２電極ユニット２は、外装１０１内において第１電極ユニット１，第２電極ユニット２の積層方向端部に配されているので、必要のない電極を配さず、単一の第２電極２０のみを有する構成としている。なお、第２電極ユニット２は、第２シーラント２３が被覆膜２２，２２夫々の表面に固着されている構成に限られない。例えば、第２シーラント２３は、第１電極ユニット１側に位置する被覆膜２２の表面の周縁部と、前記第２電極ユニット２に隣接する外装シート１０４の表面とに固着されていてもよい。

図２に示すように、第２電極ユニット２，２は、夫々の第２電極２０が対向するように配され、各第２電極２０に第１電極ユニット１の第１電極１０が対向するように、第１電極ユニット１を挟んでいる。第２電極ユニット２，２夫々における第１電極ユニット１側の第２電極２０は、第１電極ユニット１のイオン交換膜１４に接している。

イオン交換膜１４を介して対向する第１電極１０及び第２電極２０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・（ｎ−１）Ｈ₂ Ｏ（ｓ）＋ＨＸ＋Ｈ⁺ ＋ｅ^- …（１）
負極：ＶＸ₃ ・ｎＨ₂ Ｏ（ｓ）＋Ｈ⁺ ＋ｅ^- ⇔ＶＸ₂ ・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はバナジウム化合物の種類に応じた種々の値をとり得る。

式（１）及び式（２）の反応を利用してセル１００の充放電が行われる。式（１）及び式（２）の反応においてイオン交換膜１４を介して第１電極１０及び第２電極２０間でプロトンが移動する。また、正極端子１０２及び負極端子１０３により、外部の負荷又は充電器等との電子のやり取りが行われる。

上記の構成によれば、水素吸蔵合金５０が、電池の充放電に伴って第２電極２０から発生する水素を吸蔵する。これにより、水素による第１電極１０及び第１導電体１１、第２電極及び第２導電体２１における接触抵抗の上昇を防止し、電池の性能の低下を防止することができる。なお、バナジウム固体塩電池において、発生するガスは、多くが水素であることから、水素吸蔵合金５０を用いることは他の種類の電池に比べ特に有効である。

水素吸蔵部１０５を正極端子１０２及び負極端子１０３側の一辺側に設けている。したがって、水素の移動方向に水素吸蔵部１０５が位置するようにセル１００を配置することにより、効率よく水素を吸収できる。

更に、セル１００の一辺側部分において、中央部に比べて、他の部分はより内側部分まで接合されているので、水素が発生した場合に、外装１０１の変形量が少なくなり、セル１００の内圧が上昇しやすくなる。水素吸蔵合金は内圧が高いほど水素を吸蔵する。したがって、水素の吸蔵の効率が良好になる。また、外装１０１の変形量が少なくなることにより、変形によるセル１００の破損の蓋然性を低減できる。

水素吸蔵合金５０を固着シート５１及び被覆膜５２内により封入しているので、水素吸蔵合金５０の配置を容易にしつつ、水素の吸蔵を担保できる。また、被覆膜５２で覆うことにより、水素吸蔵合金５０を電解液から保護することができる。
なお、水素吸蔵部１０５は複数であってもよい。

（実施の形態２）
実施の形態２においては、水素吸蔵部１０５の配置が実施の形態１と異なる。図４は実施の形態２に係る電池のセル１００の断面図である。実施の形態２に係るセル１００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において、水素吸蔵部１０５は２つ配されている。一の水素吸蔵部１０５は、一の第２電極ユニット２における第２シーラント２３の第２外縁部２３ｂにおいて、第１シーラント１３の第１外縁部１３ｂに対向する部分に配されている。他の水素吸蔵部１０５は、外装シート１０４の内面において、第２外縁部２３ｂを介して一の水素吸蔵部１０５に対向する部分に配されている。水素吸蔵部１０５は、第２外縁部２３ｂの辺に沿った短冊形状をなしている。
ここで、第２導電体２１の両平面の周縁部及び側面、並びに第２シーラント２３上は、第２導電体２１の周縁部側に相当する。また、第２シーラント２３に代えて、第２導電部２１の両平面の周縁部及び側面に別の部材が配されている場合、該部材上は、第２導電体２１の周縁部側に相当する。なお、第１導電体１１の周縁部側に相当する箇所も同様である。
したがって、前記一の水素吸蔵部１０５は、第２導電体２１の周縁部側に配されている。

上記の構成によれば、水素吸蔵部１０５を第２外縁部２３ｂに配している。即ち、水素吸蔵部１０５は、第１シーラント１及び第２シーラント２３間に配し、また、第２導電体２１の周縁部側に配されている。したがって、外装１０１内の空間の無駄を省き、水素吸蔵部１０５の配置による容積の上昇を防止できる。また、水素吸蔵部１０５は、第２導電体２１の周縁部側に配されているので、負極電極に近い位置で水素の吸蔵ができ、水素の吸蔵の効率が良好となる。

なお、２つの水素吸蔵部１０５をいずれも第２外縁部２３ｂに配してもよい。また、水素吸蔵部１０５は、第１電極ユニット１における第１シーラント１３の第１外縁部１３ｂに配してもよい。第１電極ユニット１は、第１シーラント１３を有しておらず、イオン交換膜１４により第１電極１０及び第１導電体１１を覆うこととしてもよい。更に水素吸蔵部１０５の数は２つに限られず、１個であっても３個以上であってもよい。

（実施の形態３）
実施の形態３においては、水素吸蔵合金５０の配置が実施の形態１と異なる。図５は、実施の形態３に係る水素吸蔵合金５０の配置を示す断面図である。実施の形態３に係るセル１００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３において、水素吸蔵部１０５は配されておらず、水素吸蔵合金５０は、第２シーラント２３の第２外縁部２３ｂ上に配されている。また、水素吸蔵合金５０は、被覆膜５２により覆われており、被覆膜５２の周縁部は、第２外縁部２３ｂに固着されている。即ち、水素吸蔵合金５０は、被覆膜５２及び第２外縁部２３ｂにより封止されている。また、固着シート５２は、配されていない。
なお、水素吸蔵合金５０は、第１シーラント１３ｂ上に同様に配してもよい。

上記の構成によれば、外装１０１内の空間の無駄を省き、水素吸蔵部１０５の配置による容積の上昇を防止できる。

（実施の形態４）
実施の形態４においては、水素吸蔵部１０５の配置が実施の形態１と異なる。図６は実施の形態４に係る電池のセル１００の断面図である。実施の形態４に係るセル１００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４において、水素吸蔵部１０５は、２つ配されている。一の水素吸蔵部１０５は、第２電極ユニット２における第２シーラント２３の第２内縁部２３ａと、イオン交換膜１４とに挟まれている。ここで、水素吸蔵部１０５は、第１シーラント１３及び第２シーラント２３間に配されていることとなり、第２導電体２１の周縁部側に配されていることとなる。ここで、第２導電体２１の周縁部側に相当する箇所は実施の形態２と同様である。また、他の水素吸蔵部１０５は、前記第２シーラント２３の第２内縁部２３ａと、外装シート１０４とに挟まれている。水素吸蔵部１０５は、第２内縁部２３ａの側面から寸法ｄだけ外側に突出している。また、水素吸蔵部１０５は、第２内縁部２３ａの辺に沿った短冊形状をなしている。

一方で、第２電極２０は、第２シーラント２３よりもイオン交換膜１４側に突出している。第１電極１０、第２電極２０及びイオン交換膜１４の総厚よりも第１シーラント１３、第２シーラント２３、水素吸蔵部１０５及びイオン交換膜１４の総厚を薄くすれば、セル１００に対して第１電極ユニット１及び第２電極ユニット２の対向方向に圧力を加える場合に、第１電極１０及び第２電極２０に圧力が加わりやすくなる。これにより、第１電極１０及び第２電極２０が隔膜１４に接触しない部分を低減でき、第１電極１０及び第２電極２０間の反応が良好に行われる。

圧力は、例えば、図６に示すように二枚の板金１１０，１１０により加えられる。このとき、板金１１０は、電極２０及び第２内縁部２３ａに重なる領域に配される。水素吸蔵部１０５は、第２内縁部２３ａから寸法ｄだけ突出しているので、圧力が加わらない空間に位置する部分を有する。したがって、水素吸蔵部１０５は、外装内１０１内のガスとの接触面積の低減を防止できる。

上記の構成によれば、第１電極１０及び第２電極２０間の反応が良好にしつつ、第２電極２０の厚みを利用して水素吸蔵部１０５を配することにより外装１０１内の空間の無駄を省くことができ、水素吸蔵部１０５の配置による容積の上昇を防止できる。
なお、２つの水素吸蔵部１０５を夫々、イオン交換膜１４及び第２シーラント２３の第２内縁部２３ａ間に配してもよい。また、水素吸蔵部１０５の数は２つに限られず、１個であっても３個以上であってもよい。

（実施の形態５）
実施の形態５においては、水素吸蔵部１０５の配置が実施の形態１と異なる。図７は、実施の形態５に係る電池のセル１００を示す平面図である。実施の形態５に係るセル１００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５において、実施の形態１同様、二枚の外装シート１０４，１０４の面同士は対向し、周縁部同士は接合されている。また、正極端子１０２及び負極端子１０３は外装１０１の一辺から並んで突出している。

実施の形態１と異なり、水素吸蔵部１０５は、前記一辺の対辺側部分の中央部に配されており、前記対辺側部分の他の部分は、中央部に比べてより内側部分まで接合されている。

上記構成によれば、水素吸蔵合金５０が、電池の充放電に伴って第２電極２０から発生する水素を吸蔵する。これにより、水素による第１電極１０及び第１導電体１１、第２電極及び第２導電体２１における接触抵抗の上昇を防止し、電池の性能の低下を防止することができる。

また、対辺側部分の中央部に比べて、他の部分がより内側部分まで接合されているので、水素が発生した場合に、外装１０１の変形量が少なくなり、内圧が上昇しやすくなる。水素吸蔵合金は内圧が高いほど水素を吸蔵する。したがって、水素の吸蔵の効率が良好になる。また、外装１０１の変形量が少なくなることにより、変形によるセル１００の破損の蓋然性が減少する。

（実施の形態６）
実施の形態６においては、水素吸蔵部１０５の配置が実施の形態１と異なる。図８は、実施の形態６に係る電池のセル１００を示す平面図である。実施の形態６に係るセル１００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６においては、水素吸蔵部１０５は４つ配されており、外装１０１内の四隅に配されている。これにより、セル１００の傾きに関わらず、外装１０１内の水素を吸蔵できる。

（実施の形態７）
実施の形態７においては、水素吸蔵部１０５の形状及び配置が実施の形態１と異なる。図９は、実施の形態７に係る電池のセル１００を示す平面図である。実施の形態７に係るセル１００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７においては、水素吸蔵部１０５は、２つ配されており、夫々、正極端子１０２及び負極端子１０３が突出している一辺と、該一辺の対辺とに沿って配されている。また、各水素吸蔵部１０５は、各辺に沿った短冊形状をなしている。

これにより、セル１００の傾きに関わらず、外装１０１内の水素を吸蔵できる。

（実施の形態８）
実施の形態８においては、水素吸蔵部１０５の配置が実施の形態１と異なる。図１０は、実施の形態８に係る電池のセルを示す平面図である。実施の形態８に係るセル１００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８においては、正極端子１０２及び負極端子１０３が突出している一辺の対辺側において、該対辺から所定間隔を隔てており、前記対辺に沿った閉止部１０６が設けられている。閉止部１０６は、中央部を残して前記対辺に沿って外装シート１０４同士が固着されることにより形成され、中央部においてガス透過膜１０７が配されている。ガス透過膜１０７は、二枚の外装シート１０４に挟まれている。これにより、前記対辺と、閉止部１０６及びガス透過膜１０７との間にガス溜め部１０８が形成される。水素吸蔵部１０５は、ガス溜め部１０８に配されている。なお、閉止部１０６及びガス溜め部１０８は、前記対辺以外の他の辺に設けられてもよい。

上記の構成によれば、ガス透過膜１０７を通過したガスがガス溜め部１０８に溜まり、これにより、水素吸蔵部１０５により水素の吸収が行われる。したがって、水素による外装１０１の膨張を防止することができ、第１電極１０及び第１導電体１１における接触抵抗、第１電極２０及び第２導電体２１における接触抵抗の上昇を防止し、電池の性能の低下を防止することができる。ガス溜め部１０８において、ガス透過膜１０７を介して水素ガスが入る。また、ガス溜め部１０８においては、ガスが溜まった場合に内圧が上昇しやすい。更に、水素吸蔵部１０５は、ガス溜め部１０８に配されている。したがって、水素吸蔵合金５０による水素の吸蔵の効率が良好になる。

なお、実施の形態１から実施の形態８までにおいて、第１電極ユニット１、第２電極ユニット２の積層数は、合計３個であるがこれに限られず、積層数を３個より多くしてもよく、また、少なくしてもよい。

また、実施の形態１から実施の形態８までにおいて、第１電極ユニット１，第２電極ユニット２、また、第１導電体１１，２１、第１シーラント１３，２３、イオン交換膜１４は四角形状に限られず、四角形以外の多角形状又は円形状等であってもよい。

以上のように、本発明に係るバナジウム固体塩電池は、バナジウム又はバナジウムイオンを含有する活物質及び酸性の電解液を含む正極電極と、該正極電極に対向し、バナジウム又はバナジウムイオンを含有する活物質及び酸性の電解液を含む負極電極と、前記正極電極及び負極電極間に配された隔膜と、水素を吸蔵する水素吸蔵合金と、前記正極電極、負極電極、隔膜及び水素吸蔵合金を封入する外装とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、水素吸蔵合金が、電池の充放電に伴って負極電極から発生する水素を吸蔵する。したがって、水素による正極電極及び負極電極における接触抵抗の上昇を防止し、電池の性能の低下を防止することができる。

本発明に係るバナジウム固体塩電池は、前記正極電極、及び平板状をなし、一平面に前記正極電極が配されている第１導電体を有する正極ユニットと、前記負極電極、及び平板状をなし、一平面に前記負極電極が配されている第２導電体を有する負極ユニットとを備え、前記水素吸蔵合金は、前記第１導電体の周縁部側又は第２導電体の周縁部側に配されていることを特徴とする。

本発明によれば、水素吸蔵合金が前記第１導電体の周縁部側又は第２導電体の周縁部側に配されているので、外装内の空間の無駄を省き、水素吸蔵合金の配置による容積の上昇を防止できる。

本発明に係るバナジウム固体塩電池は、前記水素吸蔵合金は、前記第２導電体の周縁部側に配されていることを特徴とする。

本発明によれば、負極電極に近い位置で水素の吸蔵ができ、水素の吸蔵の効率が良好となる。

本発明に係るバナジウム固体塩電池は、前記正極ユニットは、額縁状をなし、前記第１導電体の側面及び両平面の周縁部を覆っている第１シーラントを有し、前記負極ユニットは、額縁状をなし、前記第２導電体の側面及び両平面の周縁部を覆っている第２シーラントを有し、前記水素吸蔵合金は、前記第１シーラント及び第２シーラント間に配されていることを特徴とする。

本発明によれば、水素吸蔵合金が第１シーラント及び第２シーラント間に配されているので、外装内の空間の無駄を省き、水素吸蔵合金の配置による容積の上昇を防止できる。

本発明に係るバナジウム固体塩電池は、前記水素吸蔵合金は、前記隔膜と、前記第１シーラント又は第２シーラントとに挟まれていることを特徴とする。

本発明によれば、前記水素吸蔵合金が、隔膜と、第１シーラント又は第２シーラントとに挟まれている外装内の空間の無駄を省き、水素吸蔵合金の配置による容積の上昇を防止できる。

本発明に係るバナジウム固体塩電池は、前記第１シーラントは、前記第１導電体の側面及び両平面の周縁部を覆っている第１内縁部と、該第１内縁部から外側に突出する第１外縁部とを有し、前記第２シーラントは、前記第２導電体の側面及び両平面の周縁部を覆っている第２内縁部と、該第２内縁部から外側に突出する第２外縁部とを有しており、前記水素吸蔵合金は、前記第１外縁部又は第２外縁部に配されていることを特徴とする。

本発明によれば、水素吸蔵合金が第１外縁部又は第２外縁部に配されているので、外装内の空間の無駄を省き、水素吸蔵合金の配置による容積の上昇を防止できる。

本発明に係るバナジウム固体塩電池は、前記水素吸蔵合金は、電解液非透過性及びガス透過性を有する被覆膜に覆われていることを特徴とする。

本発明によれば、水素吸蔵合金を電解液から保護し、かつ水素の吸蔵を担保できる。

本発明に係るバナジウム固体塩電池は、前記水素吸蔵合金は、電解液非透過性及びガス透過性の被覆膜と、前記第１外縁部又は第２外縁部とにより封止されていることを特徴とする。

本発明によれば、外装内の空間の無駄を省き、水素吸蔵部の配置による容積の上昇を防止できる。

本発明に係るバナジウム固体塩電池は、前記外装は、周縁部同士が接合されている二つの四角形状のシート部を有し、前記水素吸蔵合金は、前記外装の一辺側部分の一部に配されており、前記一辺側部分の他部は、一辺に沿って固着されていることを特徴とする。

本発明によれば、一辺側部分の他部が一辺に沿って固着されているので、水素が発生した場合に、外装の変形量が少なくなり、内圧が上昇しやすい。したがって、水素吸蔵合金による水素の吸蔵の効率が良好になる。

本発明に係るバナジウム固体塩電池は、前記外装は四角形状なし、前記水素吸蔵合金は、前記外装内において四隅に配されていることを特徴とする。

本発明によれば、傾きに関わらず、水素を吸蔵できる。

本発明に係るバナジウム固体塩電池は、前記外装は四角形状なし、前記水素吸蔵合金は、前記外装内において対向する二辺夫々に沿って配されていることを特徴とする。

本発明によれば、傾きに関わらず、水素を吸蔵できる。

本発明に係るバナジウム固体塩電池は、前記外装は、周縁部同士が接合されている二つの四角形状のシート部を有しており、一辺から所定間隔を隔てており、該一辺に沿って一部分を残して前記二つのシート部が固着されている固着部と、前記外装内において前記一部分に設けられた電解液非透過性及びガス透過性の半透膜とを備え、前記水素吸蔵合金は、前記一辺と、前記固着部及び半透膜との間に配されていることを特徴とする。

本発明によれば、半透膜を介してガスが入り、また、一辺と固着部及び半透膜との間においては、ガスが溜まった場合に内圧が上昇しやすい。更に、水素吸蔵合金は前記一辺と固着部及び半透膜との間に配されている。したがって、水素吸蔵合金による水素の吸蔵の効率が良好になる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。即ち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

１ 第１電極ユニット（正極ユニット）
２ 第２電極ユニット（負極ユニット）
１０ 第１電極（正極電極）
２０ 第２電極（負極電極）
１１ 第１導電体
２１ 第２導電体
１３ 第１シーラント
１３ａ 第１内縁部
１３ｂ 第１外縁部
１４ イオン交換膜（隔膜）
２３ 第２シーラント
２３ａ 第２内縁部
２３ｂ 第２外縁部
５０ 水素吸蔵合金
５２ 被覆膜
１００ セル
１０１ 外装
１０４ 外装シート（シート部）
１０６ 閉止部（固着部）
１０７ ガス透過膜（半透膜）

Claims (12)

1. バナジウム又はバナジウムイオンを含有する活物質及び酸性の電解液を含む正極電極と、
   該正極電極に対向し、バナジウム又はバナジウムイオンを含有する活物質及び酸性の電解液を含む負極電極と、
   前記正極電極及び負極電極間に配された隔膜と、
   水素を吸蔵する水素吸蔵合金と、
   前記正極電極、負極電極、隔膜及び水素吸蔵合金を封入する外装と
   を備えることを特徴とするバナジウム固体塩電池。
2. 前記正極電極、及び平板状をなし、一平面に前記正極電極が配されている第１導電体を有する正極ユニットと、
   前記負極電極、及び平板状をなし、一平面に前記負極電極が配されている第２導電体を有する負極ユニットとを備え、
   前記水素吸蔵合金は、前記第１導電体の周縁部側又は第２導電体の周縁部側に配されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のバナジウム固体塩電池。
3. 前記水素吸蔵合金は、前記第２導電体の周縁部側に配されていることを特徴とする請求項２に記載のバナジウム固体塩電池。
4. 前記正極ユニットは、額縁状をなし、前記第１導電体の側面及び両平面の周縁部を覆っている第１シーラントを有し、
   前記負極ユニットは、額縁状をなし、前記第２導電体の側面及び両平面の周縁部を覆っている第２シーラントを有し、
   前記水素吸蔵合金は、前記第１シーラント及び第２シーラント間に配されている
   ことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のバナジウム固体塩電池。
5. 前記水素吸蔵合金は、前記隔膜と、前記第１シーラント又は第２シーラントとに挟まれていることを特徴とする請求項４に記載のバナジウム固体塩電池。
6. 前記第１シーラントは、前記第１導電体の側面及び両平面の周縁部を覆っている第１内縁部と、該第１内縁部から外側に突出する第１外縁部とを有し、
   前記第２シーラントは、前記第２導電体の側面及び両平面の周縁部を覆っている第２内縁部と、該第２内縁部から外側に突出する第２外縁部とを有しており、
   前記水素吸蔵合金は、前記第１外縁部又は第２外縁部に配されている
   ことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載のバナジウム固体塩電池。
7. 前記水素吸蔵合金は、電解液非透過性及びガス透過性を有する被覆膜に覆われていることを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか一つに記載のバナジウム固体塩電池。
8. 前記水素吸蔵合金は、電解液非透過性及びガス透過性の被覆膜と、前記第１外縁部又は第２外縁部とにより封止されている
   ことを特徴とする請求項６に記載のバナジウム固体塩電池。
9. 前記外装は、周縁部同士が接合されている二つの四角形状のシート部を有し、
   前記水素吸蔵合金は、前記外装の一辺側部分の一部に配されており、
   前記一辺側部分の他部は、一辺に沿って固着されていることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一つに記載のバナジウム固体塩電池。
10. 前記外装は四角形状なし、
    前記水素吸蔵合金は、前記外装内において四隅に配されていることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一つに記載のバナジウム固体塩電池。
11. 前記外装は四角形状なし、
    前記水素吸蔵合金は、前記外装内において対向する二辺夫々に沿って配されていることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一つに記載のバナジウム固体塩電池。
12. 前記外装は、周縁部同士が接合されている二つの四角形状のシート部を有しており、
    一辺から所定間隔を隔てており、該一辺に沿って一部分を残して前記二つのシート部が固着されている固着部と、
    前記外装内において前記一部分に設けられた電解液非透過性及びガス透過性の半透膜と
    を備え、
    前記水素吸蔵合金は、前記一辺と、前記固着部及び半透膜との間に配されていることを
    特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一つに記載のバナジウム固体塩電池。

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