JPH02142070A - 液循環式金属−ハロゲン電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は液循環式金属−ハロゲン電池、特に反応槽内に
おいて正極側と負極側とを分離するセパレータの構造に
関する。

［従来の技術］ 電解液への溶解度が高く電極反応特性の優れた臭素等の
ハロゲンを正極活物質とし、亜鉛などの金属を負極活物
質とする金属−ハロゲン電池が開発されており、貯蔵・
取扱いの容易性や高エネルギー密度等多くの利点から例
えば電気自動車用駆動源としての期待を集めている。

第６図に特開昭５７−１９９１６７号公報に開示されて
いる一般的な金属−ハロゲン電池の原理構成を示す。

図示例における負極側金属には亜鉛が用いられており、
正極１０及び負極１２がそれぞれ配設された正極側反応
槽１４及び負極側反応槽１６間で電解液１８を介して次
式で示される電気化学反応が行われる。

（正極）２Ｂｒ　　：Ｂｒ　２＋２ｅ （負極）　Ｚｎ　”＋　２　ｅ　　　；：Ｚｎ　　　・
・（１）充電 （全体）Ｚｎ２”＋２Ｂｒ　　　；？　Ｚｎ＋Ｂｒ放電 このような金属−ハロゲン電池では電解液１８として臭
化亜鉛Ｚ　ｎ　Ｂ　ｒ　２水溶液が用いられ、必要に応
じて電導変向上剤、臭素錯化剤、デンドライト抑制剤等
が添加される。

充電時には反応槽１４．１６内において前記第１式に→
で示す充電反応が行われ正極１０側では臭素Ｂ　ｒ　２
が生成され電解液１８内に溶解し、他方負極１２側では
亜鉛Ｚｎが析出し負極１２上に亜鉛の析出層が形成され
ていく。

また、放電時には−で示す前記充電時と逆の反応が行わ
れ、正極１０側では臭素Ｂ　ｒ　２が還元されて臭素イ
オンＢｒ−となって電解１ｆｊｃ１８中に溶解し、負極
１２側では亜鉛の析出層が酸化されて亜鉛イオンＺ　ｎ
　２＋となって電解液１８中に溶解する。

このような電気反応が行われる反応槽１４゜１６内は充
電時に生成する臭素Ｂ　ｒ　２により自己放電を招くこ
とがないようその内部がセパレータ膜２０により分離さ
れている。

このセパレータ膜２０は自己放電を防止するために電解
液１８中の各種イオンは通すがこれに溶解している臭素
Ｂ　ｒ　２の透過は阻止するものである。セパレータ膜
２０としては、一般にイオン交換膜あるいは多孔質膜が
用いられるが、電池の内部抵抗を少なくするという観点
からは多孔質膜が望ましい。

そして、電解液循環型の電池では、充電時における化学
反応によって得たエネルギー・を貯蔵するための正極側
電解液貯蔵槽２２と負極側電解液貯蔵槽２４とを含む。

前記正極側電解液貯蔵槽２２は正極側反応槽１４との間
で配管２６．２８を介して電解液循環経路を形成してお
り、循環経路に設けたポンプ３０により正極側反応槽１
４内において反応した正極側電解液１８ａを貯蔵槽２２
へ送り出し、貯蔵槽２２内の電解液１８ａを反応槽１４
に供給している。

ここにおいて、電解液１８内に臭素錯化剤か添加されて
いる場合には、充電時に発生した臭素Ｂ　ｒ　２は錯体
化され、電解液１８に不溶な錯体化合物３２となって析
出し、該錯体化合物３２は貯蔵槽２２の底部を錯体貯蔵
部３４として順次沈澱して貯蔵されていく。

また、この錯体貯蔵部３４と配管２８との間はバルブ３
６を有する錯体供給管３８により連絡されている。そし
て、このバルブ３６は通常解放されており、錯体貯蔵部
３４に沈澱した錯体化合物３２を配管２８を介して正極
側反応槽１４に向けて放電用に送り出す。

また、前記負極側電解液貯蔵槽２４は、同様にして負極
側反応槽１６との間で配管４０．４２を介して電解液循
環経路を形成しており、循環経路に設けたポンプ４４を
用い負極側反応槽１６内にて反応した負極側電解ｉｉν
１８ｂを貯蔵槽２４へ向は送り出し貯蔵槽２４から新た
な電解液１８ｂを反応Ｗ！１１６に向は供給している。

このように、この金属−ハロゲン電池は、貯蔵槽２２，
２４内に電解液１８を充分に貯蔵し、該貯蔵電解液１８
を用いて充電時には前記第１式に示す充電反応を行い、
錯体貯蔵部３４に臭素の錯体化合物を貯蔵し負極１２上
に亜鉛の析出層を形成して電力を貯蔵することができる
。

また、放電時には錯体貯蔵部３４に貯蔵されている臭素
の錯体化合物３２を正極側反応槽１４に向は送り出し、
該錯体化合物３２と負ｌ！！１１１２上に形成されてい
る亜鉛の析出層とを用いて、前記第１式に示す放電反応
を行いその充電電力を放出することができる。

ところで、以上のような原理構成を取る金属ハロゲン電
池が実際に電気自動車用駆動源として用いられる場合、
反応槽１４．１６は両電極１０゜１２及びセパレータか
ら成る基本単位としてのセルが複数個積層配設され、反
応槽内における複数のセルに対して共通の両極側電解液
貯蔵槽から電解液が循環供給されることになる。

このため、第７図（Ａ）に示すようにセパレータ膜２０
は枠体５０によりその周縁が保持されるよう形成され、
この枠体５０に形成されたマニホールド５０ａ及び整流
部５２を介して積層された各セルに正極側電解液が流れ
込む。

通常、セパレータ膜２０に対してこれを保持するセパレ
ータ枠５０の製造には射出成型法が用いられ、セパレー
タ膜２０を上下の金型にて固定保持した状態で金型の中
空部に溶融プラスチック等を注入してセパレータ膜２０
の端部と枠部５０とを接合させていた。

ここで、前述したごとく反応槽内では両極側電極とセパ
レータとから成るセルが多数積層されており、このため
、各セル内における電解液の存在部であるセパレータ枠
５０と両極側電極１０゜１２とにより形成される空間は
非常に狭い。従って、平滑なセパレータ膜２０と各電極
とを直接的に露出状態で対向させた場合には、電池運転
時に生じるセパレータ膜２０の撓み等によってこれが近
接している電極１０．１２と癒着してしまい、当該極側
における円滑な電解液の流れを阻害するという不都合が
生じる。

このため、第３図（Ａ）に示すごとく一般にセパレータ
膜２０には近接する電極との間隔を保持するためのポス
ト（突起）２０ａがその両面全体に亘って所定間隔で一
体形成されており、これによって電極に対してセパレー
タ膜２０が張り付くことを防止している。

［発明が解決しようとする課題］ 以上のように、従来の電池では、セパレータ膜２０と一
体形成された□ポスト２０ａが電極に対して一定の間隔
を電池運転中も保持する役割を果たす。しかしながら、
前述したセパレータ膜２０に対する枠体５０の射出成型
時にセパレータ［２０の周縁部近傍が上下の金型により
抑圧保持されなければならないため、この部分のセパレ
ータポスト２０ａが潰れてしまうという問題が生じる。

第７図（Ａ）において、射出成型時にセパレータ膜２０
の周縁を保持する金型の位置を点線１００で示し、この
金型によって保持された部分に位置するセパレータポス
ト２０ａｂが・で示すように潰されてしまうことがわか
る。同図（Ｂ）は同図（Ａ）のｌ−１１断面を示し、金
型で保持される部分に位置するセパレータポスＩ・２０
　ａ　ｂは潰されてその両側に位置する電極との間隔保
持作用を果たすことができなくなっている。

そして、こうして構成されたセパレータをそのまま電池
に組み込んで使用すれば、ポストが潰された部分が両側
に近接する電極板に癒着し、セル内における電解液の流
れを妨げ、結果として電池全体の性能を著しく低下させ
てしまうという欠点があった。

こうした不都合の対応策として、特開昭６１−５８１６
１号公報にはセパレータを保持する金型にセパレータ膜
の凸状突起に対応した凹状の逃げ穴を形成し、これによ
って上下の金型でセパレータ膜を押圧挟持してもセパレ
ータポストが破損されないようにしたセパレータ枠の射
出成型手法が開示されている。

この方法を実行すれば、理論上確かにセパレータポスト
が潰れることなく枠体の形成が可能であるが、そのため
にはセパレータ膜を金型と同程度の高い精度で形成して
おかなければならない。さもないと前記金型の逃げ穴と
の嵌合がうまく行われず、セパレータポストの確実な保
護は不可能となる。

ところが、こうしたポスト付セパレータ膜というのは長
いシート状の素材をエンボス加工等を施すことによって
一括的かつ連続的に行われるため、個々のセパレータポ
ストの寸法精度を高く保持することは不可能に近い。

従って、上述のような金型に逃げ穴を設ける方法はセパ
レータポストとの寸法面における相互の位置関係に問題
があり、セパレータポストを確実に保護することは難し
いというのが実情であった。

本発明は上記従来の課題に鑑みなされたものであり、そ
の目的は簡（１１な構成でセパレータ枠射出成型時に破
損されたセパレータポストの作用を補償し、電池使用時
におけるセパレータ膜とその両側に位置する電極との癒
着に起因する電解液流れの劣化を確実に防止可能とした
液循環式金属−ハロゲン電池を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明は、自己放電防止用
のセパレータ及び該セパレータの両側に配設された正極
側電極及び負極側電極からなるセルが複数個積層され各
極側で独立的に循環供給される電解液を介して所定の充
放電反応を行う反応槽を備えた液循環式金属−ハロゲン
電池において、前記セパレータは側電極を所定間隔で保
持するポストがその両面に形成されたセパレータ膜と該
セパレータ膜の周縁を保持するよう取り囲む形に射出成
型されたセパレータ枠とを含み、前記セパレータ膜を枠
支持するセパレータ枠にはセパレータ膜の射出成型型で
潰された型跡部に複数の突起を一体的に射出成型したこ
とを特徴とする。

［作用〕 以上の如く構成される本発明によれば、セパレータ枠の
射出成型時に金型が保持されるセパレータ１１１のポス
トは潰されたとしても、この潰されたポストの代替作用
を果たす突起を有するセパレータ支持板が該セパレータ
枠と共に射出成型されているので、電池使用時にこの突
起が両側の電極板とセパレータ膜との接触を防ぎ、電解
液流れが阻害されることはない。

前記セパレータ支持用突起はセパレータ膜上のセパレー
タポストの寸法精度とは関係なく、全く新たにセパレー
タ枠と共に形成されるものであるので、セパレータ膜と
の関係でその機能が妨げられること無く確実にセパレー
タ膜と電極との接触防止作用を果たし得る。

［実施例］ 以下、図面に基づき本発明の好適な実施例を説明する。

図中前記従来装置と同等の構成要素には同一符号を付し
、その説明を省略する。

第１図に本発明に係る液循環式金属〜ハロゲン電池にお
けるセパレータの構成を示す。なお、このセパレータ構
造以外は前記従来装置と実質的に変わるところはない。

前述した如く、セパレータ膜２０とセパレータ枠５０と
の接合は上下の金型に予めセパレータ膜２０の周縁部を
保持した状態で金型内に例えば溶融プラスチック等を射
出成型することによって行われており、この時に金型に
保持されている部分のセパレータポスト２０ａが潰され
てしまい、このままで電池に使用されると、運転時にそ
の両脇に位置する電極板とポスト２０ａの潰れたセパレ
ータ膜２０とが接合し、この部分で電解液が滞ってしま
うという問題があった。

本発明において特徴的なことは、セパレータ枠５０の射
出成型時に該セパレータ枠５０と一体にセパレータ膜支
持用突起を形成したことであり、これが潰されたセパレ
ータポスト２０ａの機能を補償する作用を果たし、セパ
レータ膜２０と電極板との間の間隙を確実に保持し、電
解液の流れを阻害することはない。

第１図（Ａ）において、セパレータ枠５０の射出成型時
に金型によって保持されるセパレータ膜２０の周縁部が
点線１００によって示され、該点線１００上に位置する
セパレータポスト２０ａｂが抑圧破損してしまうことに
なる。

このために本発明では、前記射出成型時にセパレータ枠
５０と一体に、潰されたセパレータポスト２０ａｂに代
わる突起５４を形成する。図示例において、セパレータ
支持用突起５４はマニホールド５０ａから流れてきた電
解液を反応槽全体にまんべんなく流すための整流用突起
５２と一体的にセパレータ枠５０の内周縁全域に形成さ
れており、整流用突起５２の先端に位置するかたちとな
っている。第２図に、この部分を拡大して示す。

第１図（Ｂ）は同図（Ａ）のＩＩＩ−ＩＶ断面を示し、
セパレータ枠５０の下端全幅に亘らて一定の間隔で潰さ
れたセパレータポスト２０ａｂに代わるセパレータ支持
用突起５４が形成されている。

第３図はセパレータ膜２０の周縁が上下の金型により抑
圧保持された状態でセパレータ支持用突起５４を有する
セパレータ枠５０を射出成型する状態を示す。

両面にセパレータポスト２０ａを有するセパレータ膜２
０の周縁が上型５６及び下型５８からなる上下の金型に
より抑圧保持され、この結果、この部分に位置するセパ
レータポスト２０ａｂが潰された状態となる。

このため、この金型により潰されたセパレータ膜の型鋳
部に対応する前記両全型５６．５８には溶融プラスチッ
クを注入するための中空部５６ａ。

５８ａがセパレータ枠５０用の中空部と共に形成されて
おり、実施例ではこの中空部５３において整流用突起５
２とセパレータ支持用突起５４とが一体形成されるよう
構成されている。

なお、チャンネル６０は前記セパレータ枠５゜のマニホ
ールド５０ａを介して電解液貯Ｍｌから流れてきた電解
液を両側の反応槽に導く作用を果たすものである。

第４図に本発明の第２実施例を示す。同図はセパレータ
膜２０が金型５６，５８にて保持された状態の平面図で
ある。

本実施例において特徴的なことは、セパレータ膜２０を
保持する金型の部分を波型に形成し、セパレータ支持用
突起５４が形成される部分、すなわち潰されるセパレー
タポスト２０ａｂが生じる部分だけ金型がセパレータ膜
２ｏを安定に確実保持するための距離１を与え、それ以
外の部分を凹状にへこませることによってセパレータポ
スト２０ａｃを抑圧破損から保護し、潰されるセパレー
タポストを最小限に抑制するよう構成したことにある。

本実施例によれば、金型に押し潰されることなく残され
るセパレータポストをふやすことができ、両側の電極と
セパレータ膜との間隔保持作用をより安定化することが
できる。

また、セパレータ支持用突起５４は第５図に示すように
整流用突起５２と出合させた縦長の二等辺三角形状とし
てもよい。

セパレータ支持用突起５４がセパレータ枠５０の４辺内
縁にセパレータ枠５０と一体的に射出成型されることに
なり、これによって電池への組込み時に両側にわずかな
距離で近接する電極板との接触は未然に防止することが
でき、電解液流れを確実に円滑保持可能となる。そして
、このような構成においては、セパレータ支持用突起５
４はセパレータ枠５０側に全く新たに付加形成されるも
のであるため、セパレータ膜２０のセパレータポスト２
０ａの寸法精度の良否に関わりなくセパレータ膜１０周
縁部におけるセパレータ膜２０と電極との間隔保持作用
を確実に果たし得る。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、セパレータ枠の
射出成型時に金型により潰されたセパレータポストの代
替作用を果たすセパレータ支持用突起を該セパレータ枠
と一体的に射出成型するよう構成したので、セパレータ
膜側の寸法精度などの影響を被ること無く、射出成型時
の金型を変更するだけで簡単にセパレータポスト破損部
の電池稼動時におけるセパレータ膜と電極板との癒着を
防止することができ、電池組立て時に癒着防止用の特別
の部材を装着するなどの必要がなく簡単かつ容易に製造
・組付けを行い得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るセパレータの構成図、第２図は第
１図（Ａ）の部分拡大図、 第３図は本発明に係るセパレータが射出成型される時の
状態説明図、 第４図は本発明の第２実施例を示す説明図、第５図は本
発明の第３実施例を示す説明図、第６図は従来装置の構
成図、 第７図は従来のセパレータの構成図である。 ２０　・・・　セパレータ膜 ２０ａ　　・・・　セパレータポスト ５０　・・・　セパレータ枠 ５２　・・・　整流用突起 ５４　・・・　セパレータ支持用突起 （Ａ） オーそ明（−イ↑る乞ハ゛レーヌ／ｌ桶ｆｉ凶第１図 篇１唄 （Ａ）０ｇＦ−今肱入図 第 図 つ＾２　）−洛乞イ列 第 因 第３Ｘ犯廿゛」 第 図 （Ａ） 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）自己放電防止用のセパレータ及び該セパレータの
   両側に配設された正極側電極及び負極側電極からなるセ
   ルが複数個積層され各極側で独立的に循環供給される電
   解液を介して所定の充放電反応を行う反応槽を備えた液
   循環式金属−ハロゲン電池において、 前記セパレータは両電極を所定間隔で保持するポストが
   その両面に形成されたセパレータ膜と該セパレータ膜の
   周縁を保持するよう取り囲む形に射出成型されたセパレ
   ータ枠とを含み、 射出成型型で潰された前記セパレータ膜の型跡部に位置
   する複数の突起をセパレータ枠と一体的に射出成型した
   ことを特徴とする液循環式金属−ハロゲン電池。