JP6272529B1 - Magnesium air battery - Google Patents
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Abstract
【課題】負極端子を負極活物質にカシメ加工することで、部品点数と作業工数の簡素化を図り、製造コストを低減させる。【解決手段】マグネシウム又はマグネシウム合金を含むシート状の負極活物質20と、前記負極活物質にカシメ加工によって接続された負極端子22と、前記負極活物質20に当接される、イオン化反応材が含浸されたシート状のセパレータ30と、前記セパレータ30のうち前記負極活物質20と反対側の面に当接される、シート状の正極40と、前記正極40のうち前記セパレータ30と反対側の面に当接される、通気性を有する正極集電体42と、前記正極集電体42に接続された正極端子44と、を備える。【選択図】図1A negative electrode terminal is caulked to a negative electrode active material, thereby simplifying the number of parts and the number of work steps, and reducing manufacturing costs. A sheet-like negative electrode active material 20 containing magnesium or a magnesium alloy, a negative electrode terminal 22 connected to the negative electrode active material by caulking, and an ionization reaction material in contact with the negative electrode active material 20 are provided. An impregnated sheet-like separator 30, a sheet-like positive electrode 40 in contact with a surface of the separator 30 on the side opposite to the negative electrode active material 20, and a side of the positive electrode 40 opposite to the separator 30. A positive electrode current collector 42 having air permeability, which is in contact with the surface, and a positive electrode terminal 44 connected to the positive electrode current collector 42 are provided. [Selection] Figure 1
Description
本発明は、負極の活物質にマグネシウム又はマグネシウム合金を用い、正極の活物質として酸素を用いるマグネシウム空気電池に関する。 The present invention relates to a magnesium-air battery using magnesium or a magnesium alloy as an active material for a negative electrode and oxygen as an active material for a positive electrode.
従来、マグネシウム空気電池において、低中出力で安定的に長期間の電流の取出しが可能なものを提供することを目的として、例えば、特開2011−181382号公報に、マグネシウム合金板の負極の一方の板面及び全ての端面を覆うように密着させた導電性金属層と、その上に形成された絶縁性樹脂層とからなる複合集電層を有し、前記導電性金属層に負極端子を接続したマグネシウム空気電池が開示されている。 Conventionally, in order to provide a magnesium-air battery capable of stably taking out a long-term current with low and medium output, for example, JP 2011-181382A discloses one of negative electrodes of a magnesium alloy plate. A composite current collecting layer composed of a conductive metal layer adhered so as to cover the plate surface and all end surfaces of the substrate and an insulating resin layer formed thereon, and a negative electrode terminal is provided on the conductive metal layer. A connected magnesium air battery is disclosed.
しかし、特許文献1に開示されている技術では、導電性金属層を、負極活物質のマグネシウム合金板の広い面の片面を含む5つの面に導電性接着剤を用いて接着しており、この導電性金属層に負極端子を接続している。このため、負極の構造が複雑となり、製造時のコストが増大するおそれがあった。 However, in the technique disclosed in Patent Document 1, the conductive metal layer is bonded to five surfaces including one side of the wide surface of the magnesium alloy plate of the negative electrode active material using a conductive adhesive. A negative electrode terminal is connected to the conductive metal layer. For this reason, the structure of the negative electrode becomes complicated, which may increase the manufacturing cost.
本発明は、上記の点に鑑みなされたもので、負極端子を負極活物質にカシメ加工することで、部品点数と作業工数の簡素化を図り、製造コストを低減させることができるマグネシウム空気電池を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and a magnesium-air battery capable of simplifying the number of parts and the number of work steps and reducing the manufacturing cost by caulking the negative electrode terminal to the negative electrode active material. The purpose is to provide.
(1)本発明のマグネシウム空気電池は、
マグネシウム又はマグネシウム合金を含むシート状の負極活物質と、
前記負極活物質にカシメ加工によって接続された負極端子と、
前記負極活物質に当接される、イオン化反応材が含浸されたシート状のセパレータと、
前記セパレータのうち前記負極活物質と反対側の面に当接される、シート状の正極と、
前記正極のうち前記セパレータと反対側の面に当接される正極集電体と、
前記正極集電体に接続された正極端子と、を備え、
前記負極活物質が、
前記セパレータと当接される反応部と、
前記セパレータの辺縁から突出するとともに前記反応部と同じ幅を有し前記セパレータの辺縁が接する全幅部、及び前記全幅部から延伸されその幅が狭められるとともに前記負極端子が接続される狭小部を備える端子接続部と、
を備えることを特徴とする。
(1) The magnesium-air battery of the present invention is
A sheet-like negative electrode active material containing magnesium or a magnesium alloy;
A negative electrode terminal connected to the negative electrode active material by caulking,
A sheet-like separator impregnated with an ionization reaction material in contact with the negative electrode active material;
A sheet-like positive electrode in contact with a surface of the separator opposite to the negative electrode active material;
A positive electrode current collector in contact with a surface of the positive electrode opposite to the separator;
A positive electrode terminal connected to the positive electrode current collector ,
The negative electrode active material is
A reaction portion in contact with the separator;
A full width part that protrudes from the edge of the separator and has the same width as the reaction part, and a narrow part that extends from the full width part and is narrowed and connected to the negative electrode terminal. A terminal connection comprising:
It is characterized by providing.
本発明のマグネシウム空気電池によれば、負極活物質に負極端子がカシメ加工によって接続されているため、当該部分の電気抵抗を少なくしながら、確実に負極活物質と負極端子とを接続することができる。また、負極端子がカシメ加工によって接続されるため、加工工程が容易なものとなり、部品点数の削減と作業工数の簡素化を実現でき、製造コストの低減を図ることができる。 According to the magnesium-air battery of the present invention, since the negative electrode terminal is connected to the negative electrode active material by caulking, it is possible to reliably connect the negative electrode active material and the negative electrode terminal while reducing the electrical resistance of the part. it can. Further, since the negative electrode terminal is connected by caulking, the machining process is facilitated, the number of parts can be reduced, the number of work steps can be simplified, and the manufacturing cost can be reduced.
また、本発明のマグネシウム空気電池によれば、負極端子が接続される部分ではセパレータが当接されておらず、イオン化反応がなされない。これにより、負極端子を負極活物質に直接接続しても、接続された部分又はその周辺でのイオン化反応のムラが起きず、当該部分における負極活物質の分断を防止することができる。また、負極端子が接続されている端子接続部が、セパレータの辺縁から突出してセパレータと当接していないため、当該部分のマグネシウム空気電池の厚さが変化することがない。 Moreover, according to the magnesium air battery of this invention , the separator is not contact | abutted in the part to which a negative electrode terminal is connected, and ionization reaction is not made. Thereby, even if the negative electrode terminal is directly connected to the negative electrode active material, unevenness of the ionization reaction does not occur in the connected portion or in the vicinity thereof, and the negative electrode active material in the portion can be prevented from being divided. Moreover, since the terminal connection part to which the negative electrode terminal is connected protrudes from the edge of the separator and is not in contact with the separator, the thickness of the magnesium-air battery in that part does not change.
また、本発明のマグネシウム空気電池によれば、負極活物質の端部の端子接続部において、負極端子が接続されている部分の幅が狭められた狭小部となっているため、当該部分の負極活物質の量を減らすことができ、製品のコストダウンを図ることができる。また、セパレータの辺縁が、反応部と同じ幅を有する全幅部で負極活物質と接しているため、狭小部と全幅部との境において、電流密度の上昇による局部的なイオン化反応が起きず、前記境において負極活物質の分断を防止することができる。 Further, according to the magnesium-air battery of the present invention, in the terminal connection part at the end of the negative electrode active material, the width of the part to which the negative electrode terminal is connected is narrowed. The amount of active material can be reduced, and the cost of the product can be reduced. In addition, since the edge of the separator is in contact with the negative electrode active material at the full width part having the same width as the reaction part, local ionization reaction due to the increase in current density does not occur at the boundary between the narrow part and the full width part. In the boundary, the negative electrode active material can be prevented from being divided.
(2)本発明のマグネシウム空気電池は、
前記負極端子に接続されるとともに、前記負極活物質が前記セパレータに当接されるよう前記負極活物質の表面に隙間を設けて這わされた導体からなる負極集電体を備えることを特徴とする。
(2) The magnesium-air battery of the present invention is
A negative electrode current collector comprising a conductor connected to the negative electrode terminal and provided with a gap on the surface of the negative electrode active material so that the negative electrode active material is brought into contact with the separator. .
本発明のマグネシウム空気電池の好ましい例によれば、負極集電体が、負極端子に接続されるとともに、負極活物質が露出してセパレータに当接されるよう負極活物質の表面に隙間を設けて這わされる。このため、負極集電体の面積を負極活物質に対して小さなものとしながら負極の略全域を覆うことが可能となり、集電性能を犠牲にすることなく内部抵抗を低減させることができる。また、負極集電体の隙間から負極活物質が露出しており、負極活物質のイオン化反応を妨げることなく、さらに、マグネシウム空気電池の寿命の終期において、負極活物質が分断されても、残存する負極活物質の略全てから電力を得ることができる。 According to a preferred example of the magnesium-air battery of the present invention, the negative electrode current collector is connected to the negative electrode terminal, and a gap is provided on the surface of the negative electrode active material so that the negative electrode active material is exposed and contacts the separator. I will be deceived. For this reason, it becomes possible to cover the substantially whole area of a negative electrode, making the area of a negative electrode collector small with respect to a negative electrode active material, and can reduce internal resistance, without sacrificing current collection performance. Further, the negative electrode active material is exposed from the gap of the negative electrode current collector, and does not interfere with the ionization reaction of the negative electrode active material, and further remains at the end of the life of the magnesium-air battery even if the negative electrode active material is divided. Electric power can be obtained from substantially all of the negative electrode active material.
(3)本発明のマグネシウム空気電池の好ましい例は、
前記負極集電体が、前記負極活物質に螺旋状に巻着されていることを特徴とする。
(3) A preferred example of the magnesium-air battery of the present invention is:
The negative electrode current collector is spirally wound around the negative electrode active material.
本発明のマグネシウム空気電池の好ましい例によれば、負極集電体が、負極活物質に螺旋状に巻着されている。このため、負極集電体を負極活物質の略全域に設けながら、負極集電体の本数を減らすことができる。例えば、負極集電体が1本の導体であっても負極活物質の略全域から集電することができる。 According to a preferred example of the magnesium-air battery of the present invention, the negative electrode current collector is spirally wound around the negative electrode active material. For this reason, the number of negative electrode current collectors can be reduced while providing the negative electrode current collector over substantially the entire area of the negative electrode active material. For example, even if the negative electrode current collector is a single conductor, current can be collected from substantially the entire area of the negative electrode active material.
(4)本発明のマグネシウム空気電池の好ましい例は、
前記正極と前記正極集電体との当接される面の一部を接着する導電性接着剤を備えることを特徴とする。
(4) A preferred example of the magnesium-air battery of the present invention is:
A conductive adhesive is provided for adhering a part of a surface where the positive electrode and the positive electrode current collector are in contact with each other.
本発明のマグネシウム空気電池によれば、導電性接着剤によって、正極と正極集電体との当接される面の一部が接着されるため、正極と正極集電体との間に電気的な回路が形成されるとともにこれらの密着が良好になされ、正極と正極集電体との間の電気抵抗も低減される。また、導電性接着剤は、正極と正極集電体との当接される面の一部にしか設けられておらず、かつ、正極集電体も通気性を有するため、酸素が正極に十分に供給され、使用時にセパレータに含浸される電解液と酸素との反応を阻害することがない。 According to the magnesium-air battery of the present invention, a conductive adhesive, a part of the surface that contacts the positive electrode and the positive electrode current collector is bonded, electrically between the positive electrode and the positive electrode current collector In addition, a good circuit is formed, and the close contact between the positive electrode and the positive electrode current collector is reduced. In addition, since the conductive adhesive is provided only on a part of the contact surface between the positive electrode and the positive electrode current collector, and the positive electrode current collector is also air permeable, oxygen is sufficient for the positive electrode . The reaction between the electrolyte supplied to the separator and impregnated in the separator during use and oxygen is not hindered.
(5)本発明のマグネシウム空気電池の好ましい例は、
前記負極集電体が、前記負極活物質の面に直交する方向から見て前記導電性接着剤の接着面に対応する位置に設けられていることを特徴とする。
(5) A preferred example of the magnesium-air battery of the present invention is:
The negative electrode current collector is provided at a position corresponding to the adhesive surface of the conductive adhesive when viewed from a direction orthogonal to the surface of the negative electrode active material.
本発明のマグネシウム空気電池の好ましい例によれば、負極集電体が、負極活物質の面に直交する方向から見て導電性接着剤の接着面に対応する位置に設けられている。これは、負極活物質のうち、面に直交する方向から見て導電性接着剤の接着面に対応する場所については、イオン化反応が鈍くなる傾向があり、マグネシウム空気電池の寿命の終期まで当該場所の負極活物質が残存する可能性があるのだが、本発明のマグネシウム空気電池は、この残存した箇所の負極活物質からも電力を得ることができる。 According to a preferred example of the magnesium-air battery of the present invention, the negative electrode current collector is provided at a position corresponding to the adhesive surface of the conductive adhesive when viewed from the direction orthogonal to the surface of the negative electrode active material. This is because, in the negative electrode active material, the location corresponding to the adhesive surface of the conductive adhesive as viewed from the direction orthogonal to the surface tends to be dull and the ionization reaction tends to be slow until the end of the life of the magnesium-air battery. However, the magnesium-air battery of the present invention can also obtain power from the remaining negative electrode active material.
(6)本発明のマグネシウム空気電池の好ましい例は、
前記負極活物質1つに対して前記セパレータ、前記正極、及び前記正極集電体を2つ備え、前記セパレータ、前記正極、及び前記正極集電体が前記負極活物質の両面に設けられていることを特徴とする。
(6) A preferred example of the magnesium-air battery of the present invention is:
The negative active material, one for the separator, the positive electrode, and includes the two positive electrode current collector, the separator, the positive electrode, and the positive electrode current collector is provided on both surfaces of the negative electrode active material It is characterized by that.
本発明のマグネシウム空気電池の好ましい例によれば、負極活物質の両面を用いてそれぞれの面で発電するため、電流が略2倍となり、さらに大電流を取り出すことができる。また、負極集電体の隙間から負極活物質が露出しているため、負極活物質の両面をそのまま使用することができ、電流を2倍としながら、負極活物質が1セルあたり1枚で済む。これらにより、部品点数の削減が可能となり、製造コストの低減を図ることができる。 According to a preferred example of the magnesium-air battery of the present invention, since power is generated on each side using both sides of the negative electrode active material, the current is approximately doubled, and a larger current can be taken out. Further, since the negative electrode active material is exposed from the gap of the negative electrode current collector, both surfaces of the negative electrode active material can be used as they are, and only one negative electrode active material is required per cell while doubling the current. . As a result, the number of parts can be reduced, and the manufacturing cost can be reduced.
(7)本発明のマグネシウム空気電池の好ましい例は、
前記負極活物質の両面に設けられた前記正極の前記導電性接着剤との接着面のそれぞれの位置が、前記負極活物質の面に直交する方向から見て異なる位置にあることを特徴とする。
(7) A preferred example of the magnesium-air battery of the present invention is:
Each position of the adhesion surface of the positive electrode provided on both surfaces of the negative electrode active material with the conductive adhesive is in a different position when viewed from a direction orthogonal to the surface of the negative electrode active material. .
本発明のマグネシウム空気電池の好ましい例によれば、負極活物質の両面に設けられた正極の、導電性接着剤との接着面のそれぞれの位置が、負極活物質の面に直交する方向から見て異なる位置にある。これは、既に述べたように、負極活物質のうち、面に直交する方向から見て導電性接着剤の接着面に対応する場所については、イオン化反応が鈍くなる傾向があるのだが、前記接着面の位置が負極活物質の両面で異なる位置にあるため、イオン化反応が起きにくい部分においても、当該部分の反対側の面からは問題なくイオン化反応がなされ、負極活物質をまんべんなく活用することができる。 According to a preferred example of the magnesium-air battery of the present invention, the positions of the positive electrode provided on both surfaces of the negative electrode active material and the adhesive surface with the conductive adhesive are viewed from the direction orthogonal to the surface of the negative electrode active material. Are in different positions. This is because, as already described, the ionization reaction tends to be slow at the location corresponding to the adhesive surface of the conductive adhesive as viewed from the direction orthogonal to the surface of the negative electrode active material. Since the position of the surface is different on both sides of the negative electrode active material, even in the part where the ionization reaction is difficult to occur, the ionization reaction can be performed from the opposite side of the part without any problem, and the negative electrode active material can be used evenly. it can.
(8)本発明のマグネシウム空気電池の好ましい例は、
前記負極端子がアルミニウム又はアルミニウム合金であることを特徴とする。
(8) A preferred example of the magnesium-air battery of the present invention is:
The negative electrode terminal is made of aluminum or an aluminum alloy.
本発明のマグネシウム空気電池の好ましい例によれば、負極端子がアルミニウム又はアルミニウム合金であるため、負極活物質であるマグネシウム又はマグネシウム合金と酸化還元電位が比較的近い。このため、負極活物質と負極端子との接続部周辺での局部的な反応が起こりにくく、負極活物質が負極端子との接続部周辺で分断されにくくなる。 According to a preferred example of the magnesium-air battery of the present invention, since the negative electrode terminal is aluminum or an aluminum alloy, the redox potential is relatively close to magnesium or the magnesium alloy that is the negative electrode active material. For this reason, a local reaction in the vicinity of the connection portion between the negative electrode active material and the negative electrode terminal hardly occurs, and the negative electrode active material is hardly divided in the vicinity of the connection portion with the negative electrode terminal.
以上、説明したように、本発明のマグネシウム空気電池によれば、負極端子を負極活物質にカシメ加工することで、部品点数と作業工数の簡素化を図り、製造コストを低減させることができる。 As described above, according to the magnesium-air battery of the present invention, the negative electrode terminal is caulked to the negative electrode active material, whereby the number of parts and the number of work steps can be simplified, and the manufacturing cost can be reduced.
以下、本発明のマグネシウム空気電池10の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
Hereinafter, embodiments of the magnesium-
図1ないし図6に示すように、本実施形態のマグネシウム空気電池10は、負極活物質20と、負極端子22と、負極集電体21と、セパレータ30,31と、正極40,41と、正極集電体42,43と、導電性接着剤50,51とを備える。また、これらの構成は、図示しない電池ケースに内蔵される。なお、図中においての各構成要素は模式的に表わしており、実際の厚さや大きさとは相違する場合がある(その他の図においても同様。)。
As shown in FIGS. 1 to 6, the magnesium-
負極活物質20は、シート状のマグネシウム又はマグネシウム合金を含む金属板であり、1セルあたり1枚設けられる。この負極活物質20は、セパレータ30,31と当接され発電のためにイオン化反応がなされる反応部24と、セパレータ30,31が当接されずにセパレータ30,31の上側の辺縁32から突出する端子接続部25とを備える。また、この端子接続部25は、反応部24と同じ幅wを備える全幅部26と、幅が狭められた狭小部27とを備える。
The negative electrode
負極端子22は、負極活物質20に電気的に接続されるもので、上記狭小部27に接続される。この負極端子22の接続であるが、負極活物質20と負極端子22とを重ね合わせた状態で、これらを厚さ方向にカシメ加工することで直接に接続される導電性の端子が好ましく、負極端子22のうち負極活物質20と接続される側の一端が、例えばハトメやグロメットと呼ばれるものやリベット状となっているものが採用できる。本実施形態に用いられる負極端子22は、図6に示すように筒部23を備え、その筒部23が負極活物質20を貫通し、その後、図中の矢印の方向にカシメ加工されることによって接続される。
The
この負極端子22の材質としては、銅、真鍮等の銅合金、アルミニウム、又はアルミニウム合金等の導電性材料が採用できるが、この中でもアルミニウム又はアルミニウム合金(以下、「アルミニウム等」と称することがある。)が好ましい。これは、負極端子22の材質にアルミニウム等を採用すると、負極活物質20のマグネシウム又はマグネシウム合金と、アルミニウム等との酸化還元電位が近いために、マグネシウム空気電池10の使用中に負極端子22の周囲の負極活物質20が局部的に消耗することがない。これにより、負極活物質20が分断され難くなり、マグネシウム空気電池10の寿命の終期まで安定して発電できるからである。
As the material of the
なお、負極活物質20の端子接続部25は、上記の様にその上部に狭小部27を備えることは必須ではなく、例えば、図8に示すように、反応部24から全幅部のまま延伸される端子接続部125を備える負極活物質120としてもよい。また、負極端子22も図6に示す例に限られず、負極端子22のうちカシメ加工される筒部23とは反対の他端に、さらに別のリード線を接続する等することができる。また、負極端子と負極活物質との接続にカシメ加工をすることなく、負極端子又は導体を負極活物質の端子接続部25に当接させて図示しない電池ケースで押圧させる、負極端子をクリップ状にして端子接続部25を挟む等、様々な態様を採用することができる。
Note that the
なお、端子接続部25をセパレータ30,31の辺縁32から突出させる理由であるが、端子接続部25にセパレータ30,31が当接されると、負極端子22周りの厚さの変化により当該部分の負極活物質20とセパレータと30,31との接触が悪くなり、イオン化反応にムラが発生し易くなる。すると、局部的な負極活物質20の反応が進み、当該部分又はその周辺で負極活物質20が分断されてしまうおそれがある。一方、本実施形態のマグネシウム空気電池10では、セパレータ30,31は反応部24のみに当接されているため、そのようなムラが発生し難くなり、負極活物質20全体で満遍なくイオン化反応がなされる。また、負極端子22によってセパレータ30,31、正極40,41、正極集電体42,43が押されてマグネシウム空気電池10全体の厚さが変化することがない。これにより、図示しない電池ケースに収納することが容易となる。
The reason for causing the
また、端子接続部25のうち全幅部26にセパレータ30,31の上側の辺縁32が接しており、狭小部27との境28までセパレータ30,31の辺縁32が当接していない理由であるが、狭小部27との境28までセパレータ30,31が当接されると、境28において電流密度が上昇し局部的なイオン化反応がなされる。これにより、境28で負極活物質20が分断されてしまうおそれがあるからである。一方、本実施形態のマグネシウム空気電池10では、境28にセパレータ30,31が当接されておらず、境28でのイオン化反応は起きない。このため、境28において負極活物質20が分断されることがない。また、端子接続部25に負極端子22を接続するための狭小部27を設けているため、全幅部26の長さを短くすることができ、負極活物質20の面積(量)を減らすことができる。
Further, the
また、負極端子22には、導体からなる負極集電体21の一端が、負極活物質20とともにカシメ加工によって接続されている。この負極集電体21は、負極活物質20のイオン化反応を阻害しないよう、負極活物質20の表面に隙間sを設けて、負極活物質20に螺旋状に巻着される。この、負極活物質20が露出するように隙間sを設けて負極集電体21を設けることにより、負極活物質20の表面が十分にセパレータ30,31に当接されるとともに、負極活物質20の両面を活用することができる。
One end of a negative electrode
また、負極集電体21は、当接されるセパレータ30,31によって負極活物質20に押し付けられているが、負極集電体21の占める面積が少ないため、負極活物質20に対して十分な面圧で接触することができる。このため、負極活物質20と負極集電体21とを導電性接着剤で接着することは特に必要ではない。また、負極集電体21を負極活物質20の略全域に這わしているため、負極活物質20における部分的な電流密度の上昇、及び電流密度の上昇による局部的なイオン化反応が抑制され、負極活物質20全体で満遍なくイオン化反応がなされる。これにより、マグネシウム空気電池10の寿命の中期以降における負極活物質20の分断を抑制することができる。
Further, the negative electrode
なお、本実施形態のマグネシウム空気電池10では、負極集電体21に銅からなる直径0.01mm〜0.3mm、好ましくは0.05mm〜0.15mmの導線を用いている。この様な細い導線を用いることで、負極活物質20とセパレータ30,31との間に空間ができることを防止し、イオン化反応のムラを防止するとともに効率の良い発電をすることができる。もっとも、負極集電体21はこれに限られず、発電される電流に応じた太さであればよい。また形状もこれに限られず、例えば帯状の導体を巻着させてもよい。また、負極集電体21は、負極活物質20の表面に隙間sを空けながら略全域にわたって設けられていればよく、上記の螺旋状に限られず、例えば、負極端子22から数本の導線等を負極活物質20の両面に垂らすようにして設けることもできる。また、負極集電体21の材質としては、銅、真鍮等の銅合金、アルミニウム又はアルミニウム合金、金、銀等の電気抵抗の少ない導体が用いられることが好ましい。なお、負極集電体21は、既に述べたように負極活物質20に対して占める面積が小さい。このため、負極集電体21に、負極活物質20と酸化還元電位が離れた銅又は真鍮等の銅合金を用いても特に問題はない。
In the magnesium-
セパレータ30,31は、本実施形態では1セルあたり2枚設けられており、それぞれのセパレータ30,31が上記負極活物質20の両面の反応部24に当接される。このセパレータ30,31は、吸水性に富んだ不織布等で構成され、イオン化反応材が含浸され流通時には乾燥された状態となっている。そして、使用時には水分が供給されることで湿潤し、負極活物質20及び正極活物質である酸素とでイオン化反応がなされ発電する。
In this embodiment, two
正極40,41は、本実施形態では1セルあたり2枚設けられており、それぞれの正極40,41が、上記セパレータ30,31のうち負極活物質20と反対側の面に当接される。この正極40,41は、導電性を有しつつ酸素を透過しやすい多孔質体で構成されることが好ましく、例えば炭素を含むシート状のものが採用できる。なお、本実施形態では正極40,41として炭素繊維シートを採用している。
In the present embodiment, two
正極集電体42,43は、本実施形態では1セルあたり2つ設けられており、それぞれの正極集電体42,43が、上記正極40,41のうちセパレータ30,31と反対側の面に当接される。この正極集電体42,43は、多くの空気が正極40,41に触れ、さらにマグネシウム空気電池10の使用中に空気が入れ替わり、常に新鮮な空気が正極40,41に触れるよう通気性を有するように構成されることが好ましい。詳しくは、正極集電体42,43の面に直交する方向に空気を通過させるのみならず、正極集電体42,43の面に沿った方向にも空気が流れるようにすることが好ましい。本実施形態では、これらの面に直交する方向と面に沿った方向の両方の通気性を有するものとして、波状に形成された導線を網状に織り込んだメッシュ素材を採用している。なお、正極集電体42,43の材質としては、銅、真鍮等の銅合金、アルミニウム又はアルミニウム合金、金、銀等の電気抵抗の少ない導体が用いられることが好ましい。
In the present embodiment, two positive electrode
また、2枚ある正極集電体42,43は、ジャンパー線45等で電気的に接続される。さらに、正極集電体42,43のうち1枚の上端部には、正極端子44が接続される。この正極集電体42,43と正極端子44との接続であるが、はんだ付け、又は負極端子22同様のカシメ加工による接続等の方法でなされる。
Further, the two positive electrode
導電性接着剤50,51は、正極40,41と正極集電体42,43との当接される面の一部を接着するものである。この導電性接着剤50,51は、負極活物質20の一方の面側に設けられた正極40と正極集電体42の一部、及び他方の面側に設けられた正極41と正極集電体43の一部を接着するのである。これらの負極活物質20の一方の面側の導電性接着剤50の接着面52と、他方の面側の接着面53は、図1、図3、図4、及び図5に示すように、負極活物質20の面に直交する方向から見て異なる位置にあることが好ましい。
The
これは、導電性接着剤50,51が接着された接着面52,53に対応する箇所の負極活物質20は、イオン化反応が起きにくく、マグネシウム空気電池10の寿命の終期まで残存する可能性がある。このため、負極活物質20の一方の面側に接着された導電性接着剤50の接着面52と、他方の面側に接着された導電性接着剤51の接着面53とが、負極活物質20の面に直交する方向から見て同じ位置にあると、当該部分の負極活物質20が最後まで残り、有効な発電容量を確保し難くなるからである。一方、本実施形態のマグネシウム空気電池10のように、負極活物質20の一方の面側の接着面52と、他方の面側に設けられた接着面53とが、負極活物質20の面と直交する方向から見て異なる位置に設けられていると、残存した負極活物質20は、導電性接着剤50,51の接着面52,53とは反対側の面からのイオン化反応によって発電を続けることができる。
This is because the negative electrode
また、負極活物質20の面に直交する方向から見た導電性接着剤50,51の接着面52,53の位置は、負極集電体21がある位置であることが好ましい。本実施形態では、図4及び図5に示すように、負極活物質20の面に直交する方向から見て接着面52,53に対応する位置に、負極活物質20の表面に巻着された負極集電体21が存在するように構成される。これは、既に述べたように、負極活物質20において、導電性接着剤50,51の接着面52,53に対応する箇所は、マグネシウム空気電池10の寿命の終期まで残存する可能性がある。この負極活物質20が残存する可能性がある場所に負極集電体21を存在させることで、マグネシウム空気電池10の寿命の終期において、残存した負極活物質20によって発電される電力を有効に回収することができる。なお、図4及び図5において導電性接着剤50,51の接着面52,53を表わす円は、実線が負極活物質20の手前側に導電性接着剤50,51の接着面52,53が存在し、破線は裏側に接着面52,53が存在することを示している。
Moreover, it is preferable that the positions of the
また、導電性接着剤50,51の接着面52,53の、正極40,41の広い面に占める面積は、1〜30%が好ましく、2〜10%がより好ましい。これは、接着面52,53の面積が狭すぎると電池の内部抵抗が増大してしまうおそれがあるからであり、広すぎると正極集電体42,43からの酸素の供給を阻害してしまうとともに、導電性接着剤の使用量が増えて製造コストが増大してしまうからである。本発明のマグネシウム空気電池では、さらに好ましい例として、接着面52,53占める面積を、正極40,41の広い面の面積の4〜8%の範囲としている。
Moreover, 1-30% is preferable and, as for the area which the
次に、図7を参照しながら、本発明のマグネシウム空気電池10の使用時の負極活物質20の状態を説明する。図7(A)はマグネシウム空気電池10の寿命の中期のときの負極活物質20を模式的に示した図、図7(B)はマグネシウム空気電池10の寿命の終期のときの負極活物質20を模式的に示した図である。
Next, the state of the negative electrode
マグネシウム空気電池10のセパレータ30,31に水分を供給し、セパレータ30,31を湿潤させると、セパレータ30,31に含浸されたイオン化反応剤によって、負極活物質20及び正極活物質である酸素とでイオン化反応がなされ、発電がなされる。このとき、正極は空気中の酸素とで反応がなされるため、正極40,41は消耗しない。一方、負極では負極活物質20であるマグネシウム又はマグネシウム合金が、水酸化マグネシウムへと変化することで、負極活物質20は図7(A)に示すように、当初の厚さから減少していく。
When moisture is supplied to the
このとき、既に述べたように、負極集電体21によって負極活物質20における部分的な電流密度の上昇が抑制されるため、負極活物質20は略満遍なく反応していくのであるが、導電性接着剤50,51の接着面52,53において、部分的に負極活物質20が残存する場合がある。これは、負極活物質20のうち、導電性接着剤50,51の接着面52,53に対応する場所以外のところでは、負極活物質20の両面からイオン化反応がなされ、負極活物質20が両面から減少する。これに対し、図中の破線d1,d2で示す導電性接着剤50,51の接着面52,53に対応する場所では、イオン化反応が鈍く、主に接着面52,53が存在する側とは反対側の面でイオン化反応がなされる。これによって、負極活物質20のうち、導電性接着剤50,51の接着面52,53に対応する場所は、残存しやすい傾向にある。なお、負極集電体21は、セパレータ30,31によって負極活物質20に押し付けられているため、負極活物質20の厚みが減少してもともに移動し、負極活物質20の表面に接触している。
At this time, as described above, since the partial increase in current density in the negative electrode
次に、図7(B)に示すように、さらに発電がなされると、負極活物質20は分断されることがある。このとき、負極活物質20のうち導電性接着剤50,51の接着面52,53に対応する場所では、上記の様に負極活物質20の主に片面からしかイオン化反応がなされないため、マグネシウム空気電池10の寿命の終期まで残存する可能性がある。また、負極活物質20のうち、導電性接着剤50,51の接着面52,53に対応する場所以外のところでも、必ずしも一律に厚さが減少する訳ではなく、分断されながら一部は残存することがある。このとき、負極集電体21が、負極活物質20の表面に螺旋状に巻着され、さらに負極活物質20のうち導電性接着剤50,51の接着面52,53に対応する場所に設けられているため、残存する負極活物質20から効率的に電力を回収することができる。
Next, as illustrated in FIG. 7B, when power generation is further performed, the negative electrode
また、負極活物質20の分断された箇所を通じて、2枚のセパレータ30,31が接触し、電解液が多いセパレータ30,31から少ないセパレータ30,31に供給される。これらにより、マグネシウム空気電池10の寿命の終期においても、安定した発電が期待できる。なお、既に述べたように、負極活物質20の表面積に対して負極集電体21の占める面積は小さく、セパレータ30,31と負極活物質20とは十分な面積で接触しているため、負極集電体21によってイオン化反応が妨げられることはない。
In addition, the two
なお、図9に示すように、他の実施形態のマグネシウム空気電池100として、1つの負極活物質20に対して1つずつのセパレータ30、正極40、正極集電体42としてもよいし、このマグネシウム空気電池100を、複数積層させてもよい。
In addition, as shown in FIG. 9, it is good also as the
以上、説明したように、これらの本実施形態のマグネシウム空気電池によれば、負極端子22を負極集電体21とともに直接に負極活物質20にカシメ加工によって接続しているため、当該部分の電気抵抗を低減させることができるとともに、製造コストの低減を図ることができる。また、負極活物質20に狭小部27を設けることにより、負極活物質20の面積を減らすことができ、製造コストの低減を図ることができる。また、セパレータ30,31の辺縁32が当接される部分は、負極活物質20の全幅部26であるため、全幅部26と狭小部27との境28において、電流密度の上昇によるイオン化反応の促進が起きず、この境28において負極活物質20が分断されることがない。また、負極端子22及び端子接続部25がセパレータ30,31から突出しているため、当該部分の厚さが変化せず、電池ケース等に収納することが容易となる。
As described above, according to these magnesium-air batteries of this embodiment, since the
また、負極集電体21が負極活物質20の表面に隙間sを設けて巻着されているため、負極集電体21を設けながら負極活物質20の両面を用いて発電することができる。このため、取り出せる電流が2倍となり、実用に耐え得る電流を取り出すことができる。また、負極集電体21が、負極活物質20の略全域に巻着されているため、電池の内部抵抗を低減させることができるとともに、負極活物質20の一部分に電流が集中することなく、負極活物質20の局部的な反応が避けられ、負極活物質20全体で略均一な発電をすることができる。
Since the negative electrode
また、負極集電体21は、負極活物質20の表面積の一部のみを覆っているため、負極集電体21自体の材料コストを低減できるとともに、負極集電体21が比較的高い面圧で負極活物質20と接触できる。このため、負極活物質20と負極集電体21とを導電性接着剤で必ずしも接着する必要がなく、負極集電体21を設けるコストを低減させることができる。さらに、負極集電体21の占める面積が、負極活物質20の面積に対して狭いため、負極集電体21に酸化還元電位の離れた銅又は銅合金を用いても実質的に問題とならず、製造が容易となる。
Further, since the negative electrode
また、負極集電体21が、負極活物質20のうち導電性接着剤50,51の接着面52,53に対応する位置に設けられているため、マグネシウム空気電池10の寿命の終期において、当該部分の負極活物質20が分断された状態で残存しても、残存した部分から効率よく電力を回収することができる。さらに、負極活物質20が分断された場所に置いて、負極活物質20を挟んで向かい合う2枚のセパレータ30,31が接触し、互いに電解液を供給するため、2枚のセパレータ30,31の電解液の量が均一となる。
In addition, since the negative electrode
また、導電性接着剤50,51の接着面52,53が、負極活物質20の一方の面側と他方の面側とで、負極活物質20の面に直交する方向から見て異なる位置にあるため、負極活物質20のうち導電性接着剤50,51の接着面52,53に対応するイオン化反応が起きにくい場所であっても、その反対側の面からイオン化反応がなされ、問題なく発電することができる。
In addition, the
また、導電性接着剤50,51によって、正極40,41と正極集電体42,43との当接される面の一部を接着するため、正極40,41と正極集電体42,43との間の内部抵抗を低減させることができ、大電流を取り出すことができる。また、導電性接着剤50,51の接着面52,53が、正極40,41と正極集電体42,43との当接される面の一部であること、及び正極集電体42,43が通気性を有するため、酸素の供給を阻害することがない。
Further, the
これらにより、マグネシウム空気電池の寿命の終期まで、大電流を取出しながら安定した発電をするとともに、低コストなマグネシウム空気電池とすることができる。 As a result, stable power generation is possible while taking out a large current until the end of the life of the magnesium-air battery, and a low-cost magnesium-air battery can be obtained.
なお、上述のマグネシウム空気電池は本発明の例示であり、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、その構成を適宜変更することができる。 The above-described magnesium-air battery is an exemplification of the present invention, and the configuration thereof can be changed as appropriate without departing from the spirit of the invention.
10,100・・マグネシウム空気電池、
20,120・・負極活物質、21・・負極集電体、22・・負極端子、23・・筒部、24・・反応部、25,125・・端子接続部、26・・全幅部、27・・狭小部、28・・境、w・・幅、s・・隙間、
30,31・・セパレータ、32・・辺縁、
40,41・・正極、42,43・・正極集電体、44・・正極端子、45・・ジャンパー線、
50,51・・導電性接着剤、52,53・・接着面、
10,100 ... magnesium air battery,
20, 120 ... Negative electrode active material, 21 ... Negative electrode current collector, 22 ... Negative electrode terminal, 23 ... Tube part, 24 ... Reaction part, 25, 125 ... Terminal connection part, 26 ... Full width part, 27 ·· Narrow part, 28 · · border, w · · width, s · · gap,
30, 31 ... separator, 32 ... edge,
40, 41 ... Positive electrode , 42, 43 ... Positive current collector, 44 ... Positive terminal, 45 ... Jumper wire,
50, 51 ... conductive adhesive, 52, 53 ... adhesive surface,
Claims (8)
前記負極活物質にカシメ加工によって接続された負極端子と、
前記負極活物質に当接される、イオン化反応材が含浸されたシート状のセパレータと、
前記セパレータのうち前記負極活物質と反対側の面に当接される、シート状の正極と、
前記正極のうち前記セパレータと反対側の面に当接される正極集電体と、
前記正極集電体に接続された正極端子と、を備え、
前記負極活物質が、
前記セパレータと当接される反応部と、
前記セパレータの辺縁から突出するとともに前記反応部と同じ幅を有し前記セパレータの辺縁が接する全幅部、及び前記全幅部から延伸されその幅が狭められるとともに前記負極端子が接続される狭小部を備える端子接続部と、
を備えることを特徴とするマグネシウム空気電池。 A sheet-like negative electrode active material containing magnesium or a magnesium alloy;
A negative electrode terminal connected to the negative electrode active material by caulking,
A sheet-like separator impregnated with an ionization reaction material in contact with the negative electrode active material;
A sheet-like positive electrode in contact with a surface of the separator opposite to the negative electrode active material;
A positive electrode current collector in contact with a surface of the positive electrode opposite to the separator;
A positive electrode terminal connected to the positive electrode current collector ,
The negative electrode active material is
A reaction portion in contact with the separator;
A full width part that protrudes from the edge of the separator and has the same width as the reaction part, and a narrow part that extends from the full width part and is narrowed and connected to the negative electrode terminal. A terminal connection comprising:
A magnesium-air battery comprising:
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