JPH04248274A

JPH04248274A - 積層電池

Info

Publication number: JPH04248274A
Application number: JP3007682A
Authority: JP
Inventors: Osamu Hamamoto; 修浜本; Masami Yoshitake; 吉竹　正実; Zenji Kamio; 神尾　善二; Keiichi Watanabe; 敬一渡辺
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 1991-01-25
Filing date: 1991-01-25
Publication date: 1992-09-03

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は積層電池に係り、特に、
一次又は二次電池の直列積層化が可能であることから大
電流を取り出すことができ、また軽量、小型化が可能で
エネルギー密度の向上を容易に実現できる積層電池に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、積層型電池としては、亜鉛−塩素
電池（第２８回電池討論会３Ａ１４，１９８７）、亜鉛
−臭素電池（第３１回電池討論会３Ｃ０１，１９９０）
、レドックス・フロー型電池（同３Ｃ１０，１９９０）
などフロー型の電池が中心に開発されてきた。これはフ
ロー型の電池が、複極式電解槽と同じく積層構造をとり
やすいことによっていた。即ち、フロー型でない電池（
二次電池）は単電池の直列接続と同じく充放電を繰返し
ているうちに各単電池の充電深度にバラツキが生じ、経
時的に電池の容量が減少してゆく。このため、一般の鉛
電池は、この問題に対処するため、均等充電という操作
を必要とする。

【０００３】フロー型でない二次電池はこのような問題
を抱えているものの、近年の高出力密度に対する要望の
ため、鉛二次電池の積層化が検討されるようになり、次
のような提案がなされている。特開昭５６−１４９７７６号「鉛蓄電池」（鉛電池等の
複極板）実開平２−８４２６５号「バイポーラ型鉛蓄電池用極板
」（活物質塗着板）実開平２−１５８０５７号「バイポーラ型鉛蓄電池用電
極基板」（皮膜形成カーボン板）実開平２−１６５５６２号「鉛蓄電池用極板並にその製
造法」（鉛メッキ非金属シート）

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、現在、
鉛板に代わり得る、十分な耐久性を備える複極板がない
こと、また、鉛板の場合も、活物質との熱膨張率の差な
どによって変形を起こすことなどのため、積層式鉛電池
は実用の段階に至っていないのが現状である。

【０００５】即ち、例えば、鉛板を複極仕切板にして、
これに酸化鉛（主にＰｂＯ２　）を正極活物質として装
着すると、充放電に伴なう活物質の大きさの変化のため
、鉛板が変形し、電池全体がゆがんでしまうという問題
があった。また、鉛板では電池そのものが非常に重くな
ってしまっていた。鉛板からグラッシーカーボンなどの
プレートに切換えた場合、電池は軽くなるが、やはり活
物質の充放電に伴なう大きさの変化によりプレートと活
物質が分離してしまい、電池の内部抵抗が著しく増大す
る。このようなことから、鉛板に代る複極板の開発が、
積層式鉛電池の実用化に重大な要件とされている。

【０００６】本発明は上記従来の問題点を解決し、化学
的耐久性があり、充放電反応（二次電池の場合）、放電
反応（一次電池）によって非導電性化や形状変形を受け
ない複極板及び活物質の構成により、高特性積層電池を
提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の積層電池はシー
ト状又はプレート状の導電性基材の両面に電極を設けて
なるバイポーラプレートを、複数個、各バイポーラプレ
ート間にイオン導電性及び／又は電解液保持性を有した
隔膜と該隔膜の外周面を囲む枠材とを介して積層した積
層体を備えてなる積層電池において、前記電極は導電性
繊維の集合体に電池活物質を担持させたものであること
を特徴とする。

【０００８】以下に図面を参照して本発明の積層電池に
ついて詳細に説明する。第１図は本発明の実施例に係る
積層電池の一部破断斜視図、第２図はこの積層電池の積
層構成を示す分解斜視図である。

【０００９】第２図において、導電性のバイポーラプレ
ート１の一方の面に正極２が設けられ、他方の面に負極
３が設けられている。なお、以下、正極２及び負極３を
電極２，３ということがある。これら電極２，３はバイ
ポーラプレート１に直に接しており、電気的に導通して
いる。また、電極２，３の外周をそれぞれ非導電性の枠
体４で囲んである。各枠体４には電解液の注入孔５が穿
設され、この注入孔５には栓６が挿入されている。

【００１０】このバイポーラプレート１、電極２，３及
び枠体４の積重体７は、各積重体７同志の間に隔膜８を
介在させて複数個積層されている。この積層体の第２図
の最上部には、負極３、エンドプレート９及び集電用銅
板１０が設置され、図示はしないが、この積層体の第２
図の最下部には、正極２、エンドプレート及び集電用銅
板が設置され、電池ケース１１内に格納される。１２，
１３は、集電用銅板の端部から突出する電池端子である
。

【００１１】本発明において、電極は導電性繊維の集合
体に電池活物質を担持させたものである。ここで、導電
性繊維としては、炭素繊維、金属繊維、金属又は金属酸
化物の糸状又は細帯状物、繊維状導電性プラスチック等
が挙げられる。また、これらの導電性繊維の集合体とし
ては、導電性繊維のフェルト（不織布）、クロス（織布
）又は導電性繊維を絡み合わせたもの、或いは、導電性
プレートに導電性繊維をひげ状に付着成長させたもの等
が挙げられる。具体的には、炭素繊維クロスまたは不織
布、金属糸フェルト又はクロスなど、鉛電池には炭素繊
維が良く、アルカリ電池、非水電池には炭素繊維の他、
金属糸も使用することができる。

【００１２】このような導電性繊維の集合体は、その嵩
密度（見掛け比重）が０．０１ｇ／ｃｍ３　以上である
ことが好ましい。即ち、導電性繊維の集合体の嵩密度が
小さいと、導電性繊維同志の接触面積が十分に確保する
ことができず、集電効率が不十分となる。従って、この
嵩密度は０．０１ｇ／ｃｍ３　以上、特に０．０３ｇ／
ｃｍ３　以上とするのが好ましい。

【００１３】一方、このような導電性繊維の集合体に担
持させる活物質としては特に制限はなく、従来実用的に
用いられている一次電池、二次電池の活物質であればい
ずれも用いることができる。その他、負極活物質として
アルミニウム、二次電池用正極活物質として二酸化マン
ガン、二次電池用負極活物質としてマグネシウム、二次
電池用両極活物質として硫酸鉛などを用いることができ
る。

【００１４】このような活物質を前記導電性繊維の集合
体に担持させる方法としては、例えば、次のような方法
が挙げられる。■　　活物質の溶液又は懸濁液を含浸さ
せる。例えば、リチウム電池の場合、過塩素酸リチウム
（ＬｉＣｌＯ４　）を炭酸プロピレンに溶解ないし分散
させた液を集合体に含浸させる。■活物質のペーストを
塗布する。例えば、鉛ペースト（Ｐｂ−Ｈ２　ＳＯ４　
）二酸化鉛ペースト（ＰｂＯ２　−Ｈ２　ＳＯ４　）又
は二酸化ニッケルペースト（ＮｉＯ２　−ＮａＯＨ，Ｋ
ＯＨ）を集合体に塗布する。■　　活物質のペーストを
吹き付ける。例えば、上記■のペーストで、比較的粘性
の低いものを集合体に噴霧する。導電性繊維の集合体へ
の活物質の担持量には特に制限はなく、使用目的等に応
じて適宜決定されるが、通常の場合、導電性繊維の集合
体に対する活物質の担持割合を０．０１〜５ｇ−活物質
／ｃｍ３　−集合体とするのが好ましい。

【００１５】バイポーラプレートのシート状又はプレー
ト状の導電性基材としては、伸縮性或いは柔軟性があっ
て、活物質を担持した導電性繊維集合体、即ち、電極の
変形を吸収するか、もしくは熱膨張の程度が活物質担持
導電性繊維集合体や枠体と同じであることが重要である
。具体的には、カーボンプレート、プラスチック板、金
属板などを用いることができる。

【００１６】枠体としては、独立気泡体の樹脂（軽量）
や伸縮性の大きい（弾性率の大きい）樹脂製のものが好
ましい。特に、バイポーラプレートの基材や電池の導電
性繊維が熱膨張係数の大きい金属の場合、枠体は柔軟な
シリコン系ゴムシートなどが好ましい。また、リチウム
電池など有機溶媒系の電解液を用いる場合は、フッ素樹
脂系の枠体特にその発泡体とすることが好ましい。

【００１７】隔膜としては、ガラスマット、高分子微多
孔膜、陽イオン及び／又は陰イオン交換機能を有するイ
オン交換膜、特に、非水系に対しては、フッ素系のイオ
ン交換膜などが好適である。

【００１８】なお、本発明においては、バイポーラプレ
ートの導電性基材に、電極である活物質を担持した導電
性繊維の集合体を十分な電気的接触が維持できるように
設置することが重要である。このためには、熱融着、導
電性接着剤による接着、焼結などの処理を行なう。

【００１９】また、このバイポーラプレートの電極に、
枠体が完全に装着されていることが重要である。このた
め、枠体についても、熱融着、接着、焼結などの手段に
よって一体化処理する。これによって、電解液が隣の単
電池（積重体）に回り込むことなく、保持される。この
ことは単電池間の液絡を防止する上で極めて重要である
。即ち、液絡によって、積層電池は内部ショートを起こ
し、出力の低下、効率の低下を起こすが、通常のプレス
型の複極式電解槽のように単にプレート上に枠体を圧着
するだけの方法では、単電池間液絡は防止できない。

【００２０】

【作用】本発明の積層電池においては、電池は、導電性
繊維の集合体に活物質を担持させた構成とされている。このように、導電性繊維の集合体内に活物質が担持され
るため、充放電に伴なう活物質の体積変化は導電性繊維
が吸収し、バイポーラプレートの導電性基材と活物質層
とが分離して、電池の内部抵抗が上ってしまうことは全
くない。このため、多数の積重体を積層して、安定かつ
高密度出力の積層電池を構成することが可能とされる。

【００２１】

【実施例】以下に実施例を挙げて、本発明をより具体的
に説明する。

【００２２】実施例１〜４下記表１に示す構成により、第１，２図に示す本発明の
積層電池（三層積層電池）を製造した。なお、両端にお
いては、エンドプレート（導電性シート）に銅板を導電
性接着剤で取り付けた。

【００２３】

【表１】

【００２４】得られた積層電池について、充放電を行な
い、その特性を調べ、結果を表２に示した。表２より、
本発明の積層電池は、従来の一次又は二次電池と比べて
、高い電圧で大きい電流（出力）を取り出せることが明
らかである。因みに、従来の鉛電池の極板における電流
密度は２〜３ｍＡ／ｃｍ２　程度であり、リチウム二次
電池においても０．１〜１ｍＡ／ｃｍ２　が上限である
。

【００２５】

【表２】

【００２６】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の積層電池に
よれば、鉛蓄電池、リチウム二次電池、マンガン二次電
池、各種のアルカリ二次，一次電池等の直列積層化が容
易に実現される。その結果、大面積の電極板（本発明で
は活物質を担持した導電性繊維集合体）を備える電池が
構成でき、大きな電流を取り出すことが可能となる。因
みに、電流値としては、例えば従来の鉛、アルカリ二次
電池のような、いわゆる“ドブ漬け”の極板式の電池と
比べて１０倍以上の電流を取り出すことができるように
なる。

【００２７】また、本発明は複極式の電解槽と類似の構
造であることからもわかるように集電のための金属材を
単極式電池或いは電解槽と比べて大きく軽減できるので
、軽量，小型化が図りやすい。すなわち、エネルギー密
度の向上を容易に達成することが可能である。例えば、
鉛蓄電池の場合、体積、重量に対するエネルギー密度の
向上は３０〜１００％に達する。

【００２８】更に、一つの極板（本発明では、シート状
又はプレート状の導電性基材）や電極板の大きさを複極
式の電解槽と同じく数ｍ２　程度にまで大きくすること
もでき、本格的な大容量積層電池として、ロードレベリ
ング用などにも好ましく使用できる。

【００２９】本発明の積層電池は、現在の一次電池、二
次電池を用いる分野に極めて有用であり、かつ、本発明
によりこれら電池を用いる分野の拡大が見込める。具体
的には、電気駆動の乗用車、大型バックアップ電源、ロ
ードレベリング用電池など、更に高出力密度を要求され
る分野（例えば、電気自動車、防衛機器）等に極めて有
用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１図は本発明の積層電池の一実施例を示す一
部破断斜視図である。

【図２】第２図は同積層電池の積層構成を示す分野斜視
図である。

【符号の説明】

１　　バイポーラプレート２　　正極３　　負極４　　枠体８　　隔膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　シート状又はプレート状の導電性基材
の両面に電極を設けてなるバイポーラプレートを、複数
個、各バイポーラプレート間にイオン導電性及び／又は
電解液保持性を有した隔膜と該隔膜の外周面を囲む枠材
とを介して積層した積層体を備えてなる積層電池におい
て、前記電極は導電性繊維の集合体に電池活物質を担持
させたものであることを特徴とする積層電池。