JPH04357676A - 漏洩防止・耐衝撃性構造体 - Google Patents

漏洩防止・耐衝撃性構造体

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JPH04357676A
JPH04357676A JP3227945A JP22794591A JPH04357676A JP H04357676 A JPH04357676 A JP H04357676A JP 3227945 A JP3227945 A JP 3227945A JP 22794591 A JP22794591 A JP 22794591A JP H04357676 A JPH04357676 A JP H04357676A
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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】本発明は電気化学セルの構造、特
に、乗物のバッテリ装置に有用な改良されたセル用構造
体に係る。
【０００２】
【従来の技術】自動車等に用いられてきた従来のバッテ
リは、必ずしも衝撃に強いものではなかった。そのため
、衝撃によってケース又は区画室が破壊され、その結果
電解液が漏れてしまう危険が高く、改良が望まれていた
。この要望は、特に自動車バッテリ業界において高い。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、より安全性
の高いセル用構造体を提供する。即ち、主に自動車等に
用いられるバッテリの電気セルの構造を改良し、衝撃等
によって電解液が漏洩することが少ない、あるいはその
ようなことが無いセル用構造体を提供することを課題と
する。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明による漏洩防止・
耐衝撃性構造体は、内部液の漏洩を防止すべく、第１の
内部区画室が最も内部の区画室となるように種々の区画
室を入れ子構造にしてあることを特徴とする。本発明に
よる構造体は、臭素に富んだ相を収容する第１の内部区
画室、上記第１の内部区画室を実質的に取り巻き、上記
セルに循環する第１電解液を収容する第２区画室、上記
第１及び第２の区画室を実質的に取り巻き、上記セルに
循環する第２電解液を収容する第３区画室、及び上記第
１、第２及び第３区画室を実質的に取り巻く外部ケース
から成る。
【０００５】ここで第１電解液は一般に装置の陰極液で
あり、一方、第２電解液は一般に陽極液である。臭素に
富んだ相は水性陰極液から分離する非水溶液相であり、
臭素錯化剤を含む。また、区画室及びケースの物質は一
般に、化学的に不活性な耐衝撃性のプラスチックより成
る。
【０００６】
【実施例】図１を参照すれば、典型的な循環式バイポー
ラの亜鉛−臭素装置が概略的に示されている。この図１
において亜鉛−臭素装置は、セル１０の個々の区画室８
、９に各々循環される２つの電解液を備えている。貯溜
器１１に一般的に収容される陽極液はポンプ１２により
区画室８及び一般に陽極ループと称するループ１３を経
て圧送される。貯溜器１４に一般的に収容される陰極液
はポンプ１５により区画室９及び一般に陰極ループと称
するループ１６を経て圧送される。
【０００７】この亜鉛−臭素装置は、陰極液が臭素錯化
剤を有しそして第１の水溶液相及び第２の臭素に富んだ
非水溶液相より成るという点で、２相装置である。臭素
に富んだ（錯化）相は臭素活性電極１７において水性陰
極液から分離する傾向がある。この非水溶液相は陰影付
けされた部分１４ａで概略的に示されたように貯溜器１
４に収容される。
【０００８】セパレータ１８は陽極区画室８と陰極区画
室９との境界を定める。セパレータ１８は、臭化イオン
及び３臭化イオンのようなアニオンが陰極区画室９から
陽極区画室８へ移動するのを防止する即ちとざすような
膜である。バイポーラ設計においては、亜鉛活性電極１
９及び臭素活性電極１７が同じ電極構造体の対向面とな
る。
【０００９】亜鉛−臭素装置のこれ以上の説明は、１９
７８年８月８日付の前記米国特許第４，１０５，８２９
　号を参照されたい。この亜鉛−臭素装置は、以下に述
べるように更に実用的なものにすることができる。以下
の説明においては、簡略化のため同様の部品は同じ参照
番号で示す。さて図２を参照すれば、改良された電気化
学装置が概略斜視図で示されている。この装置は、図３
の分解図に示されたように、セルの積層体の１部を形成
する一体的な２葉型セパレータ・スペーサ及び電極を用
いている。
【００１０】図２の電気化学装置はバッテリ２５を備え
、これは複数個のセル１０より成り、各セルは図３に示
されたように２枚のプレートを有している。これらプレ
ートの一方は一体的なセパレータ・スペーサ２８であり
、そして他方のプレートは電極シート２９である。セパ
レータ・スペーサは、１枚のシートに２つの機能が結合
されている。図１の機能は図１のセパレータ１８の機能
であり、即ち膜として区画室間に流通を与えることであ
る。この機能の詳細な説明は、１９７８年８月８日付の
前記米国特許第４，１０５，８２９　号、並びに１９８
１年３月３１日付けのＲ．　Ｊ．　Ｂｅｌｌｏｗｓ　及
びＰ．　Ｇ．　Ｇｒｉｍｅｓ氏の“イオンバリヤ”と題
する米国特許第４，２５９，４１７　号を参照されたい
。
【００１１】シート２８の第２の機能は、各々の陽極液
区画室８及び陰極液区画室９（図１）を形成するように
このシート２８を隣接電極シート２９から離間すること
である。セパレータ・スペーサシート２８は微孔性中央
部の面３０を有し、この面は図８に詳細に示されたよう
にその縁の無孔性の面３１から引っ込んだところにある
。セパレータ・スペーサシート２８が電極シート２９間
に圧着された時には、図２に示されたように積層構造体
２５が形成される。微孔性中央部の面にある突起３２は
、セパレータ・スペーサの面３０と、隣接電極シート２
９の平らな導電性の面３３との間に区画形成距離を維持
するように構成されている。突起３２は面３０に対する
面３３の破壊及びこれと反対の破壊に抗する構造手段を
なす。図８に明確に示されたように、シート２８の一方
の面３０にある突起３２は、シート２８の他方の面３０
にある対応突起３２を真向いになるようにされる。これ
は面３０に対して面３３がゆがまないように大きな強度
を与える。これらの突起は、通常は、図８ｂに矢印３２
ａで示され且つ又図９ｇ及び図９ｗにも示されたような
小石形状に構成される。
【００１２】又、これらの突起３２は、図９ａ、図９ｅ
、図９ｂ及び図９ｆに矢印３２ｂで示されたような棒状
に構成されてもよい。又、これらの突起３２は図９ｃ、
図９ｇ、図９ｄ、及び図９ｈに示されたように小石形状
及び棒状突起を組合わせたものでもよい。これら突起の
構成により、各々区画室８及び９を経て電解液が迅速に
流れることができる。区画室８及び９内で突起３２の周
りにガス気泡が捕獲されることなく電解液が流される。
【００１３】セパレータ・スペーサシート２８の中央部
は、マサチューセッツ州、カムブリッジのＷ．　Ｒ．Ｇ
ｒａｃｅＣｏ．　Ｐｏｌｙｆｉｂｒｏｎ　Ｄｉｖｉｓｉ
ｏｎ　で製造されているＰａｒａｍｉｃ（登録商標）　
シリーズＨＷ−０８３５として知られている微孔性膜物
質で構成することができる。無孔性物質の立上った縁３
１は何らかのモールド可能なプラスチックである。縁３
１のプラスチック物質は、典型的に、図８ｂから明らか
なように注入モールドによってセパレータ・スペーサ挿
入体の周囲にモールドされる。
【００１４】シート２８及び２９は図８に詳細に示され
た中空に雄／雌コネクタ４０によって組立てられる。シ
ート２８及び２９が積層体２５に組立てられる時は、こ
れらの中空コネクタ４０が電解液マニホルドを形成し、
個々のコンジット即ちチャンネル６０を経て区画室８及
び９に電解液を供給する。シート２８の雄／雌コネクタ
４０はその隣接シート２９の穴４１（図４）に嵌合し、
そしてその次の隣接シート２８の対応コネクタ４０にパ
チンと入る。
【００１５】図４の電極シート２９は、導電性の中央部
３３と、非導電性（絶縁性）プラスチックの２つの縁部
３７とを有する同時押出しされたプラスチックシートよ
り成る。上縁部及び下縁部３７は中央部３３と共に“横
に並んで”同時押出しされて１部片の連続した電極シー
トを形成し、この連続したシートを次いで特定の長さに
切断して複数個の小さなシート２９が形成される。シー
ト２９の縁３８は積層体２５の電気的な分離性を良くす
るためにアンダーカットされる。
【００１６】絶縁性及び導電性プラスチック部分３７及
び３３のこの“横に並んだ”形状の同時押出しにより、
亜鉛−臭素バッテリ用の電極を含むあらゆるモノポーラ
及びバイポーラ電極に対して迅速な製造方法がもたらさ
れる。圧縮モールド法に比べて、この同時押出し法では
、厚みがより均一にされ、絶縁性プラスチックと導電性
プラスチックとの結合がより強力にされ、相当の所望の
平坦さが与えられ、そして衣類の織物と同様の“ヤール
巾電極”が与えられる。このプロセスは連続的であるか
ら、製造コストは相当に安くなる。
【００１７】シート２９の中央部３３としては、高い導
電率を与えると共に、良好な押出し性を示し、高い強度
を示し、然も電極液中の臭素及び臭化亜鉛に対して優れ
た防食性を示すようなカーボンプラスチックを形成する
ことが必要である。導電性カーボンプラスチックの好ま
しい組成は、１９７９年１０月２日付けのＨ．　Ｃ．　
Ｔｓｉｅｎ　氏の米国特許第４，１６９，８１６　号に
開示されている。このような形成により、高い導電率（
抵抗率で１ないし２Ω・ｃｍ）、良好な撓み強度、低い
透磁率、臭素に対する不活性さ、良好な押出し性、優れ
た溶接性、及び小さなモールド縮みが与えられる。
【００１８】導電性プラスチックは、１００重量部のポ
リオレフィンコポリマと、２５重量部の特殊な導電性カ
ーボンと、各々５重量部のカーボンファイバ及びガラス
ファイバと、１重量部の発煙シリカ粉末との混合体であ
る。部分３３及び３７を同時押出しする場合の他の効果
の幾つかを以下に挙げる。１．絶縁プラスチックと導電
性プラスチックとの結合性が良い。２．巾、平坦性、及
び厚み寸法が規定の裕度で維持される。３．部分３３と
３７との間の境界線が明確ではっきりとしている。
【００１９】図６及び図７は電極シートを製造するのに
使用される押出しダイの各々上面図、前面図及び側面図
である。中央の押出しダイ４７は水平の押出し機からコ
ンジット４６を通して導電性プラスチックを受け取り、
一方、側部の押出しダイ４８の各々は頭上の垂直の押出
し機から各々コンジット４５ａ及び４５ｂを経て非導電
性プラスチックを受け取る。
【００２０】黒色の導電性プラスチックの水平の押出し
機は６．３ｃｍ（２−１／２″）のらせん体であってそ
のＬ／Ｄは３０：１であり、一方不透明絶縁プラスチッ
クの垂直の押出し機は直径３．８ｃｍ（１−１／２″）
のらせん体であってそのＬ／Ｄは２４：１である。溶融
した絶縁プラスチックは、垂直流４５から９０°の角度
でダイに入り、２つの流れ４５ａ及び４５ｂに分れ、そ
して主コートハンガー４５に沿って一方は左側のそして
他方は右側の別々の“コートハンガー”へ流れ込む。こ
のダイは、設計の変更をし易くすると共に製造もし易く
するために分割構造にされている。
【００２１】主ダイ組立体は、下方ダイ本体５５と、上
方ダイ本体５６と、可撓性の上方リップ５７と、固定の
下方リップ５８とで構成される。ダイのリップのギャッ
プは、ダイから出て来るプラスチックの膨張を考慮して
研磨されている。リップのギャップはナットバー６１に
組合わされたネジ５９によって個々に調整される。両側
のプラスチック部材６２及び６３は絶縁プラスチックの
流れチャンネルの２つの外面を閉じ、ボックス状の補強
体をなす。
【００２２】アダプタ６４は主押出し機への接続をなす
。２つのプラスチック流を加熱するため１６個のカート
リッジヒータ６５と、４個のハンドヒータ６６とがある
。温度は熱電対及び個々のゾーン温度制御器によって制
御される。左右の流れ４５ａ及び４５ｂの個々の調整は
ボールヘッド調整ネジ６７及びロックナット６８によっ
て可能にされる。ブッシング７４は弁ブロック７５から
ダイブロック５６への良好な接続をなす。ダイの主部品
は全てＡ２気中硬化工具用鋼で作られる。Ｂｅｔｈｌｅ
ｈｅｍ　Ａ２気中硬化鋼は次のような物理的特性を有す
る。
【００２３】 　　押出し機からの落差圧力が１０００ｐｓｉ　（　７
０ｋｇ／ｃｍ２　）より充分大きい場合には、ダイがア
ニールされた柔軟な状態にあれば、ダイは絶縁プラスチ
ック流と導電性プラスチック流との間の内部漏洩なしに
作動することができない。硬化された研磨し直されたダ
イには内部漏洩がない。次のような４種類の別々の絶縁
プラスチックが試みられた。
【００２４】溶融流れ指数　　　　　　Ｆｉｂｅｒｆｉ
ｌ　Ｊ　６０／２０Ｅ　　２３０℃、２１６０ｇ　　　
　負荷、１０分間で４．５ｇ ＵＧＩ　ＬＲ７１１　ＨＤＰＥ　　　　　　１９０℃、
２１６０ｇ　　　　負荷、１０分間で１０．５ｇ 溶融流れ指数 Ｅｘｘｏｎ　Ｐ．Ｐ．５０５２　Ｐ．Ｐ．　２３０℃、
２１６０ｇ　　　　負荷、１０分間で０．９〜　　１．
５ｇ Ｅｘｘｏｎ　Ｐ．Ｐ．５０１１　Ｐ．Ｐ．　２３０℃、
２１６０ｇ　　　　負荷、１０分間で０．４５　　〜０
．８５ｇ Ｅｘｘｏｎ　ホモポリマＰＰ５０１１及び５０２１はど
ちらも導電性プラスチックに良く適合する。これらはし
わが寄ることなくダイから出て来て、シートは平らで均
一なものであった。
【００２５】理論的には、以上の事柄はさておき、縁部
３７としていかなるポリエチレン又はポリプロピレンを
用いても中央部３３の導電性プラスチックと良好に適合
し得る。なぜならば、導電性プラスチックとして用いら
れる基本的な物質が２つのコポリマだからである。融点
は３２５°Ｆ（１６３℃）ないし３７５°Ｆ（１９１℃
）の範囲である。従って２つの流れが合流するのに適し
た温度は約４００°Ｆ（２０４℃）である。落差圧力は
１５００ないし１８００ｐｓｉ　（１０５ないし１２６
ｋｇ／ｃｍ２　）である。これらの条件の下では結合線
において良好な結合がなされる。
【００２６】２つの縁の結合部に形成されるスカラップ
を除去するためには、溶融指数を厳密に一致させること
が必要である。２つの押出し機からの流れの粘性及び速
度も厳密に同じにしなければならない。２つの落差によ
る圧力を維持しつつダイの種々の領域の温度を変えて合
致した条件を得ることができる。然し乍ら、導電性プラ
スチックの溶融流れ指数と絶縁性プラスチックの溶融流
れ指数との差は小さくしなければならない。
【００２７】押出し速度は約２０フィート／分（６ｍ／
分）ないし９０フィート／分（２７ｍ／分）である。同
時押出しされたシートがまだ高温で柔いうちにこのシー
トを加工するように追加することのできる下流の取付具
は多数ある。これにより、プラスチックの質低下を伴な
うような加熱及び冷却の繰返しサイクルを除去すること
ができる。シートがダイから出て来た時であって然もシ
ートが冷めた挟みローラによって縮経される前にカーボ
ンプラスチックの片面に活性炭の粉末をスプレーがけす
ることができる。粉末のスプレーがけは導電性の領域に
限定される。
【００２８】挟みローラを光沢クロムメッキ面からテフ
ロン被覆のゴムローラに変えることにより種々の型式の
表面仕上げを行なうことができる。同時押出しされたシ
ートの片面又は両面に空胴又は特殊な流れパターンを形
成できるように挟みローラをディンプル加工ローラに取
り替えることもできる。所望ならば、熱間成型ローラに
よって電極にぎざぎざ模様の繰り返しパターンを作るこ
とができる。
【００２９】模様の組合せは創作能力の及ぶ限り可能で
ある。ディンプル加工する場合には、ディンプル加工ロ
ーラの回転ごとに模様が繰り返される。これは織物に繰
り返しパターンを印刷する場合に非常に良く似ている。 製造コストを著しく追加せずに全ての操作を行なえるよ
うに、触媒のスプレーがけ、ディンプル加工、又は熱間
成形のような下流での変更を加えることができる。
【００３０】図５は、図６及び図７に示された分割式ダ
イから出て来る連続的な電極シートの概略斜視図である
。さて図２を参照すれば、本発明による電気化学装置の
保安特徴が示されている。本発明によれば、ケース又は
区画室がこわれた場合に腐食性の臭素及び臭素化合物が
こぼれるおそれを排除又は低減するために、臭素収容区
画室５０が最も内部の区画室となるように種々の区画室
を入れ子構造にされている。臭素区画室５０は陰極液収
容区画室５１によって取り囲まれ、次いでこの区画室５
１は陽極液収容区画室５２によって取り囲まれる。区画
室５０、５１及び５２は全て外部ケース５３によって包
囲される。
【００３１】１９８０年４月８日付のＭ．　Ｚａｈｎ　
、Ｐ．　Ｇ．　Ｇｒｉｍｅｓ及び　Ｒ．　Ｊ．　Ｂｅｌ
ｌｏｗｓ氏の米国特許第４，１９７，１６９　号に開示
された技術に従って電解液通流コンジットに沿って保護
電流を流すことによりこれらの成形マニホルド（　コネ
クタ４０）に沿った分路電流を除去することができる。 ２葉電気化学セル構造はこの種の装置に比べると部品数
が少なく、製造及び組立てが容易である。この技術の当
業者には本発明に対して更に別の変更が明らかであろう
。これらの変更は説明の簡略化のためここには述べない
。
【００３２】
【発明の効果】本発明によれば、腐食性物質を収容した
区画室がこわれた場合にも、これら腐食性物質が洩れる
おそれがなく、また洩れるおそれが少ない安全なバッテ
リ設計及び構造が提供され得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】図２ないし図９に示された本発明の構造体によ
る効果が得られる典型的な循環式亜鉛−臭素装置の概略
図。
【図２】本発明により構成された亜鉛−臭素装置の部分
破断斜視図。
【図３】本発明による電気化学装置のセル積層体の１部
分の２シート積層構造を示す分解斜視図。
【図４】図３に示された本発明構造体の同時押出しされ
たシート電極の各々前面図及び側面図。
【図５】押出しされる電極の斜視図。
【図６】図３、図４に示されたシート電極を製造するの
に用いられる同時押出しダイの各々上面図及び前面図。
【図７】図３、図４に示されたシート電極を製造するの
に用いられる同時押出しダイの側面図。
【図８】図３に示された本発明構造体の一体的なセパレ
ータ・スペーサを示す各々前面図及び側面図。
【図９】図８に示されたセパレータ・スペーサのウエブ
面に設けられた突起の種々の構成及び側面を示す図。
【符号の説明】
８　　　　区画室 ９　　　　区画室 １０　　セル １１　　貯溜器 １２　　ポンプ １３　　ループ １４　　貯溜器 １５　　ポンプ １６　　ループ １７　　臭素活性電極 １８　　セパレータ １９　　亜鉛活性電極 ２５　　バッテリ ２８　　一体的なセパレータ・スペーサ２９　　電極シ
ート ３０　　微孔性中央部面 ３１　　無孔性の面 ３２　　突起 ３３　　導電性の面 ４０　　コネクタ ４１　　穴

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　亜鉛−臭素の電気化学セル用の漏洩防
    止・耐衝撃性構造体において、臭素に富んだ相を収容す
    る第１の内部区画室と、上記第１の内部区画室を実質的
    に取り巻き、そして上記セルに循環する第１電解液を収
    容する第２の区画室と、上記第１及び第２区画室の両方
    を実質的に取り巻き、そして上記セルに循環する第２の
    電解液を収容する第３の区画室と、上記第１、第２及び
    第３区画室を実質的に取り巻く外部ケースとを備えたこ
    とを特徴とする構造体。
  2. 【請求項２】　　電気化学装置用の漏洩防止・耐衝撃性
    構造体において、第２相を収容する第１の内部区画室と
    、上記第１の内部区画室を実質的に取り巻き、そして第
    １電解液を収容している第２区画室であって、上記第１
    電解液から第２相が分離して上記セルに循環するような
    第２区画室と、上記第１及び第２区画室の両方を実質的
    に取り巻き、そして上記セルに循環する第２電界液を収
    容している第３区画室と、上記第１、第２及び第３区画
    室を実質的に取り巻く外部ケースとを備えたことを特徴
    とする構造体。
JP3227945A 1981-06-01 1991-09-09 漏洩防止・耐衝撃性構造体 Granted JPH04357676A (ja)

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