JPH0742522U - 化学電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 化学電池に関し、容積が同じという条件で高
いエネルギーを有する電池を提供することを目的とす
る。 【構成】 アノードが三角形断面を有する三面体柱のと
きには、カソードはアノードの形状に適合する薄い板状
を成している。アノード及びカソードのグリッドは格子
状フレームである。円筒形の本体構造を有する場合に
は、アノードは単一の円筒柱状を成し、カソードはそれ
を包囲する薄い板状を成し、且つ双方のグリッドは格子
状フレームを有する。アノード板及びカソード板の側面
が波状の構造を有する場合には、グリッドは無孔の凹部
を有する格子状フレームとして形成され、その凹部は活
物質で塗布若しくは充填される。アノード及びカソード
の波状の相互に対向する側面は相互に適合するように配
置され、化学電池の全体構成を形成する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、化学電池（二次電池）に関し、更に正確には、アノード及びカソー ドのグリッドの構造又は形状を改良することにより性能を向上させた高エネルギ ー化学電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】

化学電池は、一般に、活物質を有するアノード板及びカソード板と、活物質と 反応する充分な量の電解液と、セパレーターとを有する。アノード及びカソード は相互に対向してセパレーターによって所定距離離されて配置されている。放電 の間に、活物質と電解液との間に電気化学反応が起る。蓄電池の放電容量は、活 物質のタイプが決まれば、その活物質の容積と利用率とに依存する。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

現在、鉛電池の様な化学電池では、使用される電極板にはおもに２つの形式が ある。即ち、ペースト塗布型と繊維状パイプ型である。ペースト塗布型のアノー ド板及びカソード板の構造では、活物質の支持容量が小さいこと、電流伝導度が 低いこと、及び活物質の利用率が低いことから、この形式の電池には、容量が小 さい、寿命が短い、大電流を使用するには不適当という欠点があった。例えば、 今までのところ最も良い二次型の、メンテナンス・フリーのシールド鉛電池（ペ ースト塗布のアノード板及びカソード板の構造）は、体積に対するエネルギーの 比が６０ＷＨ／１（ワット時／リットル）である。また、カソードがペースト塗 布、アノードがパイプ型構造の電池の場合には、アノード板のリブ（鉛の心金） による比較的大きな活物質の支持容量と、比較的高いその使用率とに起因して、 電池容量が高められることから、輸送用として使用されており現在のところ最も 好ましい、角形で静止型、耐酸型のパイプ型電池では、体積当りのエネルギー効 率が７５ＷＨ／１である。更に、心金が比較的太くなるにつれて電池が流すこと が出来る電流も増加する。しかし、パイプ型のアノード板のリブ（鉛の心金）は 円筒チューブであり、電流に対する活物質の配分は均一ではなく、またその支持 能力も大きくはないので、陰極の耐衝撃性及び電流変換効率も比較的低い。

【０００４】 本考案の目的は、化学電池の上述の欠点を克服し、化学電池のアノード及びカ ソードのグリッドの構造又は形状を改良することにより、その性能が改善された デバイスを提供することである。

【０００５】

【課題を達成するための手段】

本考案の化学電池は、その構成要素及び作動原理が従来の化学電池、例えば鉛 電池の構成要素及び作動原理と全く同じである。本考案の特徴は、電池のアノー ドが、３角形断面の３角柱に形成され、且つ活物質（鉛粉末）が内部に塗布又は 充填されているが、ポリエステル繊維等の外部スリーブを必要としない点にある 。グリッドは、活物質を支持し電気を電導するための格子状フレームである。カ ソードはアノードに適合する薄板形状となるように製作されている。アノードは ダイアフラム・セパレーターに囲まれ、そのダイアフラム・セパレーターはカソ ード板に囲まれる。アノードの各側面はカソードと電気化学的に反応出来る。

【０００６】 本考案の化学電池は、アノードが、活物質（鉛粉末）が内部に塗布又は充填さ れる単一の円筒構造を有し、ポリエステル繊維等の外部スリーブを必要としない ことを特徴とする。カソードはアノードを包囲する薄板であり、アノード及びカ ソードのグリッドは、格子状フレームであり、また、アノードとカソードは、疑 似電極（pseudo-electrode) によって、それぞれ別々に製作される。アノードは 、製作されると乾燥され使用準備が整い、また、カソードは、製作されると直ち に洗浄され、例えばセパレーターを包囲するように組み立てられる。

【０００７】 本考案の化学電池は、アノード及びカソード双方のグリッドが無孔の(non-pun ctured) 格子状フレームであり、その側面が上下に起伏した面であることを特徴 としている。該側面の凹部は活物質によって塗布若しくは充填され、ポリエステ ル繊維等の外部スリーブを有する必要がない。化学電池の全体は、アノード及び カソードのグリッドの、上下に起伏した面と面とがぴったり嵌合し、最外層のカ ソード板の外側の側面は平坦な面であり、反対側の側面は上下に起伏した面であ る。

【０００８】

【作用】

電池の容積を大きくしないという条件下で、本考案の化学電池の容量は増加し 、しかもその他の種々の性能を示す数値も良くなる。更に詳しくは、同じ種類の 電池と比較した場合に、電池容量が約２０〜１００％増加し、例えば本考案の鉛 電池の容積に対するエネルギーの比は１００ＷＨ／１であり、サイクル寿命は約 ２〜５倍に延び、また、大電流の充電及び放電は５０〜２００％大きくとれる。 更には、放電及び充電曲線がなだらかになり、電池の衝撃吸収特性が高められる 。本考案のこの化学電池は、既存の電池工場において何等新しい装置を必要とす ることなく、より簡単に且つ都合よく製造可能であるので、既存の装置の利用価 値と製品の完成試験の合格率とがいずれも向上すると共にコストが低減できる。

【０００９】 本考案の目的及び利点は、図面を参照して行われる以下の好適な実施例の詳細 な説明から、更によく理解され且つ明白と成る。

【００１０】

【実施例】

図１は、本考案の第一の実施例の二次型酸性鉛蓄電池の構造図である。この電 池は、アノード及びカソードの端子、充填物、栓、電池カバー及び電池ウエルを 有している。これらの部品は、従来技術のものと同一又は類似であるので、記述 を省略する。この実施例では、図２に示したように、アノード１０４は、活物質 （鉛粉末）で内部が塗布若しくは充填された三角形断面を有する柱状体であり、 ポリエステル繊維等の外部スリーブを必要としない。アノードのグリッドは格子 状のフレームであり、その３つの面で電気化学反応を生ずる。アノード１０４の コンタクト・スパイク(contact spike) は、相互に並列に接続されて１つのアノ ード部集合バーとなって、アノード端子１０１を形成する。カソード１０５は、 平板状の電極板を、三角形断面を有する角柱状体となるように曲げることで製作 される。カソードのグリッドは格子状フレームである。カソード１０５のコンタ クト・スパイクは相互に並列に接続されて１つのカソード部集合バーとなって、 その一方側に位置するカソード端子１０２を形成する。参照番号１０３は、ダイ アフラム・セパレーターを示している。上述のごとく、このアノード及びカソー ドの電極は、三面体構造から形成される。これらは、従来の二次電池の二面構造 と比較すると、よりコンパクトでより大きな耐衝撃・ショック性を有しているよ うに思える。電気化学反応において、三面体構造は二面構造よりも内部抵抗が小 さく、また、グリッドのフレームのリブが幾らかその容積を膨張させることが出 来るので、大電流による充電及び放電が可能となる。更に加えて、その構造は活 物質を多く保持することを可能にするので、電池容量を増加させ且つその寿命を 増加させる。

【００１１】 更に、容積が同じであれば、三面体電極板を有する電池は、四面体の或いはも っと多面の多面体の電極板を有する電池に比べても、より大きな容量、より小さ な内部抵抗、活物質の大きな利用率、充電及び放電のより大きなエネルギー変換 効率及びより優れたヒートシンク容量を有するという利点がある。

【００１２】 図３は、本考案の第二の実施例の円筒状単一体電池の構造図である。それのア ノードのグリッドは、活物質（鉛粉末）が内部に塗布若しくは充填される単一の 円筒状体に鋳造され、ポリエステル繊維等の外部スリーブを必要としない。カソ ードは、板状であり、アノードを包囲している。アノード及びカソードのグリッ ドの双方は格子状フレームである。

【００１３】 アノード及びカソードは、夫々疑似電極によって別個に製作される。アノード は、製作された後、乾燥され使用の準備が整い、またカソードは、製作された後 、乾燥による破壊を防止するために、ただちに洗浄されて、例えばセパレーター を包囲するように組み立てられる。

【００１４】 この種類の構造を有する化学電池では、アノード、カソード及びダイアフラム ・セパレーターが相互に巻き付けられた構造の従来技術の巻付け型の円筒型電池 と比較すると、容積が全く同じとすると、ダイアフラム・セパレーターの減少に より相対的に活物質（鉛粉末）の量が多くなり、また、容量も増加する。双方の 電極のグリッドは、巻付け型電池の電極グリッドよりも厚く、活物質がよりしっ かりと支持される。従って、大電流のための使用が改善され、寿命がより長くな り、耐食性、衝撃吸収性、及びヒートシンク容量の性能が全て改善される。

【００１５】 図５、６、及び７は、本考案の第三の実施例の、新規な構造のグリッドを有す る鉛電池のアノードおよびカソードのグリッドを線図である。同図において、ア ノード及びカソードのグリッドは夫々、複数の凹部を有するインテグラル・ボデ ィのものとして別々に鋳造された無孔の格子状フレームである。凹部は、活物質 （鉛粉末）で塗布若しくは充填されており、ポリエステル繊維のような外部スリ ーブを有することを要しない。図５は、アノードのグリッドを、図６及び図７は カソードのグリッドを示している。図８は、図５〜図７に示されたアノード及び カソードの配列順序を示しており、同図では、図６に示されたカソードのグリッ ドは、保護機能を有する「外殻」の層を付加された電池を製作するための最外層 として配置される。その結果、電流条件、ヒートシンク、耐衝撃性及び衝撃吸収 性についての性能が高められる。更に、アノードのグリッドの上下に起伏した面 は、カソードのグリッドの上下に起伏した面と、ぴったり嵌合する。これらの上 下に起伏した面は、化学反応を起すための面が平坦な表面よりも大きいので、内 部抵抗が減少し、活物質の利用率が向上し、その物理的構造がより剛に且つコン パクトになる。従って、耐衝撃性及び衝撃吸収性の性能が向上する。

【００１６】 図９は、本考案の実施例の電池の室温（２５℃）における放電特性曲線を示す 。同図において、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆは全て放電率を示しており、ａは６Ｃ （アンペア）、ｂは３Ｃ（アンペア）、ｃは１Ｃ（アンペア）、ｄは０．６Ｃ（ アンペア）、ｅは０．２７Ｃ（アンペア）、ｆは０．１Ｃ（アンペア）である。

【００１７】 図１０は、上記電池の室温（２５℃）における定電流、定電圧での充電特性曲 線を示す。同図において、ｋは充電量（放電量に対比して）、ｌは端子電圧、ｍ は充電電流（レートは０．１Ｃ）である。

【００１８】 図９及び１０から理解できるように、本考案の化学電池の充電及び放電性能は 、かなりな程度向上している。

【００１９】 本考案の上記実施例は、単に例示であり、本考案を限定するものではない。当 業者は、実用新案登録請求の範囲の精神及び範囲から離れることなく種々の変形 ・改良をすることが可能である。

【００２０】

【考案の効果】

以上説明したように、本考案の化学電池によると、従来の同程度の容積で同種 類の電池に比して、電池の容量が増加し、その耐衝撃性、衝撃吸収性等の性能が 向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の第一の実施例の、アノードが三角形断
面の柱状体、の二次型酸性鉛電池の構造を示す斜視図。

【図２】図１の電池のアノード及びカソードの構造を示
す斜視図。

【図３】本考案の第二の実施例の構造を示す斜視図。

【図４】図３の電池の円筒状アノードの構造を示す斜視
図。

【図５】本考案の第三の実施例の電池の新規な構造のア
ノードのグリッドの構造を示す斜視図。

【図６】本考案の第三の実施例の電池の新規な構造のカ
ソードのグリッドの構造を示す斜視図。

【図７】本考案の第三の実施例の電池の新規な構造の別
のカソードのグリッドの構造を示す斜視図。

【図８】図５〜図７に示されたアノード及びカソードの
グリッドの配列順序を示す略図。

【図９】図３に示された電池の放電特性曲線図。

【図１０】図３に示された電池の充電特性曲線図。

【符号の説明】

１０１ アノード端子 １０２ カソード端子 １０３ セパレーター １０４ アノード １０５ カソード

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【手続補正書】

【提出日】平成５年６月３０日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】実用新案登録請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【実用新案登録請求の範囲】

Claims (4)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 主として、活物質を有するアノードとカ
   ソードとからなる、高エネルギー化学電池において、該
   化学電池のアノードとカソードのグリッドが格子状フレ
   ームであり、該アノードが柱状体であってその内部が活
   物質で塗布及び充填されている形状であり、そして該カ
   ソードが該アノードに適合する板状であることを特徴と
   する、高エネルギー化学電池。
2. 【請求項２】 前記アノードが三角形断面を有する三面
   体柱の形状である、請求項１に記載の高エネルギー化学
   電池。
3. 【請求項３】 前記アノードが円筒状単一体であり、前
   記カソードが該アノードを取り囲む薄板の形状である、
   請求項１に記載の高エネルギー化学電池。
4. 【請求項４】 主として、活物質を有するアノードとカ
   ソードとからなる、高エネルギー化学電池において、該
   アノードと該カソードのグリッドが無孔格子状フレーム
   であり、その側面が上下に起伏した面であり、その凹部
   が活物質で塗布又は充填されていて外部スリーブを有す
   る必要がなく、該化学電池の全体は、該アノードと該カ
   ソードのグリッドの上下に起伏した面と面がぴったり嵌
   合し、その最外層のカソード板の外側の側面が平面であ
   り、そして他の側面が上下に起伏した面であることを特
   徴とする、高エネルギー化学電池。