(57)【要約】【課題】製造コストの低廉化を実現するとともに過電圧を防止し、かつエネルギー容量を低下させない化学電池を提供する。【解決手段】本発明の空気電池は、正極端子２が接続された正極１と、負極端子４が接続された負極３と、正極１と負極３との間に介在された電解質５とを有している。負極３は、電解質５中に溶解する金属のみからなり、負極端子４との接続部分から離れるに従って正極１に対する厚み及び／又は幅が小さくされている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極端子が接続された正極と、負極端子が接続された負極と、該正極と該負極との間に介在された電解質とを有し、
前記負極は前記電解質中に溶解する金属を有し、該金属は前記負極端子との接続部分から離れるに従って該正極に対する厚み及び／又は幅が小さくされていることを特徴とする化学電池。
【請求項２】
前記正極は、酸素を還元する触媒を有し、かつ空気が供給されるように構成されている請求項１記載の化学電池。
【請求項３】
正極端子が接続された正極と、負極端子が接続された負極と、該正極と該負極との間に介在された電解質とを有し、
前記負極は、前記電解質中に溶解する金属のみからなり、前記負極端子との接続部分から離れるに従って該正極に対する厚み及び／又は幅が小さくされている化学電池の制御装置であって、
前記化学電池が使用されている時に出力する電流電圧特性を検出する検出手段と、
該検出手段で検出された該電流電圧特性に基づき、該化学電池の寿命を判断する判断手段とを備えていることを特徴とする化学電池の制御装置。
【請求項４】
前記化学電池の充電状態毎の電流電圧特性を予め記憶する記憶手段を備え、
前記判断手段は、該記憶手段に記憶されている該電流電圧特性と、前記検出手段で検出された該電流電圧特性とから、前記化学電池の寿命を推定する請求項３記載の化学電池の制御装置。
【請求項５】
前記判断手段は、前記検出手段で検出された電流電圧特性を任意の時間毎の特性値として把握し、該特性値の時間的推移から前記化学電池の寿命を推定する請求項３記載の化学電池の制御装置。
【請求項６】
正極端子が接続された正極と、負極端子が接続された負極と、該正極と該負極との間に介在された電解質とを有し、
前記負極は、前記電解質中に溶解する金属のみからなり、前記負極端子との接続部分から離れるに従って該正極に対する厚み及び／又は幅が小さくされている化学電池の使用方法であって、
前記化学電池が使用されている時に出力する電流電圧特性を検出する検出工程と、
該検出工程で検出された該電流電圧特性に基づき、該化学電池の寿命を判断する判断工程とを備えていることを特徴とする化学電池の使用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負極に金属を用いた化学電池と、その化学電池の制御装置と、その化学電池の使用方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
化学電池は化学エネルギーを直接的に電気エネルギーに変換する装置である。化学電池の一種である空気電池では、正極（陽極）は酸素を還元するＰｔ等の触媒を有しつつ空気が供給されるようになっており、負極（陰極）には金属及び集電板が用いられている。一般的な空気電池は、正極に正極端子が接続され、負極に負極端子が接続され、正極と負極との間に電解質が介在されている。空気電池の負極は、例えば特許文献１に記載されているように、電解質中に溶解するリチウム等の金属と、この金属と一体に形成された銅、ステンレス等の集電板とからなる。
【０００３】
この種の空気電池では、負極の金属が電解質中に溶解して陽イオンとなり、これによって生じた電子が集電板に集められる。このため、空気電池の正極端子と負極端子との間に導線で接続された負荷が設けられれば、負極の電子は負荷を通って正極に移動するとともに、陽イオンは正極に引き付けられ、正極の表面で陽イオンに電子が与えられることになる。こうして、空気電池には起電力が生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−６６２０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、この場合、金属が溶解するに従って途中で千切れてしまう懸念がある。このため、その場合には、金属の全量が有効に活用されないことから、化学電池のエネルギー容量が低下してしまうこととなる。また、その場合、化学電池が不測の寿命を迎えることとなり、ユーザがその事態に備えることができず、使用勝手が十分でない。
【０００６】
本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、製造コストの低廉化を実現するとともに過電圧を防止し、かつエネルギー容量を低下させない化学電池を提供することを解決すべき課題としている。
【０００７】
また、本発明は、化学電池の寿命をおよそ予測可能とし、化学電池の使用勝手を向上させることも解決すべき課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の化学電池は、正極端子が接続された正極と、負極端子が接続された負極と、該正極と該負極との間に介在された電解質とを有し、
前記負極は前記電解質中に溶解する金属を有し、該金属は前記負極端子との接続部分から離れるに従って該正極に対する厚み及び／又は幅が小さくされていることを特徴とする（請求項１）。
【０００９】
本発明の化学電池では、負極の金属が電解質中に溶解して陽イオンとなり、これによって生じた電子が負極自身に集められる。このため、化学電池の正極端子と負極端子との間に導線で接続された負荷が設けられれば、負極の電子は負荷を通って正極に移動するとともに、陽イオンは正極に引き付けられ、正極の表面で陽イオンに電子が与えられることになる。こうして、化学電池には起電力が生じる。
【００１０】
この間、この化学電池では、電解質中に溶解する金属で負極が構成され、負極に集電板が用いられていないため、集電板を別に用意する必要がなく、かつ金属と集電板とを接合等によって一体にする必要もない。また、この化学電池は、集電板を有さないことから、金属と集電板との接触抵抗による過電圧も生じない。
【００１１】
また、化学電池の負極は、溶解が正極と対面する面から主として進行して行く。本発明に係る負極は、負極端子との接続部分から離れるに従って正極に対する厚み及び／又は幅が小さくされているため、そうして溶解が進行するに従い、負極端子との接続部分から遠い部分から消失し、途中で千切れることがない。このため、この化学電池では、金属の全量が有効に活用され、エネルギー容量が低下することがない。
【００１２】
したがって、この化学電池は、製造コストの低廉化を実現するとともに過電圧を防止し、かつエネルギー容量を低下させないという効果を奏することができる。
【００１３】
また、この化学電池では、負極の表面積が溶解によって徐々に小さくなることから、出力電流が徐々に落ちて行き、寿命のおよその予測が可能である。このため、ユーザはその事態に備えることができ、優れた使用勝手を発揮することができる。
【００１４】
本発明は、空気電池ばかりでなく、リチウム金属電池、アルミニウム金属電池、マグネシウム金属電池等、負極に金属を用いた化学電池に具体化可能である。
【００１５】
正極は、酸素を還元する触媒を有し、かつ空気が供給されるように構成され得る（請求項２）。この場合、化学電池が空気電池として具体化される。正極は導電体と触媒とからなり得る。正極は集電板を有し得る。正極の触媒は、Ｐｔ、ＭｎＯ2、ペロブスカイト型酸化物等であり得る。空気電池の負極は、リチウム、アルミニウム、マグネシウム、亜鉛、鉄又はこれらの合金であり得る。
【００１６】
また、例えばリチウム金属電池では、負極はリチウムであり、正極はＳＯＣｌ2、ＳＯ2Ｃｌ2、Ｖ2Ｏ5、Ａｇ2Ｖ4Ｏ11、ＣｒＯｘ、Ａｇ2ＣｒＯ4、ＭｎＯ2、Ｃｕ4Ｏ（ＰＯ4）2、（ＣＦ）ｎ、ＣｕＳ、ＦｅＳ2、ＦｅＳ、ＣｕＯ、Ｂｉ2Ｐｂ2Ｏ5、Ｂｉ2Ｏ3、ＰｂＩ2／ＰｂＳ／Ｐｂ、Ｉ2（２ＰＶＰ）等であり得る。
【００１７】
本発明の化学電池の制御装置は、正極端子が接続された正極と、負極端子が接続された負極と、該正極と該負極との間に介在された電解質とを有し、
前記負極は、前記電解質中に溶解する金属のみからなり、前記負極端子との接続部分から離れるに従って該正極に対する厚み及び／又は幅が小さくされている化学電池の制御装置であって、
前記化学電池が使用されている時に出力する電流電圧特性を検出する検出手段と、
該検出手段で検出された該電流電圧特性に基づき、該化学電池の寿命を判断する判断手段とを備えていることを特徴とする（請求項３）。
【００１８】
上記のように、本発明の化学電池では、負極の表面積が溶解によって徐々に小さくなることから、出力電流が徐々に落ちて行く。このため、本発明の制御装置では、化学電池が使用されている時に出力する電流電圧特性を検出手段が検出し、判断手段は、検出手段で検出された電流電圧特性に基づき、化学電池の寿命を判断する。こうして、この制御装置では、化学電池の寿命のおよその予測が可能である。このため、ユーザはその事態に備えることができ、優れた使用勝手を発揮することができる。
【００１９】
本発明の化学電池の制御装置では、化学電池の充電状態毎の電流電圧特性を予め記憶する記憶手段を備えていることが可能である。そして、判断手段は、記憶手段に記憶されている電流電圧特性と、検出手段で検出された電流電圧特性とから、化学電池の寿命を推定することが好ましい（請求項４）。
【００２０】
また、本発明の化学電池の制御装置では、判断手段は、検出手段で検出された電流電圧特性を任意の時間毎の特性値として把握し、特性値の時間的推移から化学電池の寿命を推定することも好ましい（請求項５）。
【００２１】
本発明の化学電池の使用方法は、正極端子が接続された正極と、負極端子が接続された負極と、該正極と該負極との間に介在された電解質とを有し、
前記負極は、前記電解質中に溶解する金属のみからなり、前記負極端子との接続部分から離れるに従って該正極に対する厚み及び／又は幅が小さくされている化学電池の使用方法であって、
前記化学電池が使用されている時に出力する電流電圧特性を検出する検出工程と、
該検出工程で検出された該電流電圧特性に基づき、該化学電池の寿命を判断する判断工程とを備えていることを特徴とする（請求項６）。
【００２２】
本発明の使用方法では、化学電池が使用されている時に出力する電流電圧特性を検出工程で検出し、判断工程において、検出工程で検出された電流電圧特性に基づき、化学電池の寿命を判断する。こうして、この使用方法では、化学電池の寿命のおよその予測が可能である。このため、ユーザはその事態に備えることができ、優れた使用勝手を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施例１の空気電池の模式断面図である。
【図２】実施例１の空気電池に係り、図１の負極における紙面と直角方向の断面図である。
【図３】実施例１の空気電池と比較例の空気電池とにおける時間と出力電圧との関係を示すグラフである。
【図４】実施例２の空気電池に係り、図（Ａ）は負極の水平方向の断面図、図（Ｂ）は負極の垂直方向の断面図である。
【図５】実施例３、４の制御装置のブロック図である。
【図６】実施例３の制御装置に係り、記憶装置が記憶する電流電圧特性を示すグラフである。
【図７】実施例３の制御装置に係り、コントローラにおける概略のフローチャートである。
【図８】実施例４の制御装置に係り、コントローラが判断する、特定電力出力時の電圧特性を示すグラフである。
【図９】実施例４の制御装置に係り、コントローラにおける概略のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明を具体化した実施例１〜４を図面を参照しつつ説明する。
【００２５】
（実施例１）
実施例１は本発明の化学電池を空気電池に具体化したものである。この空気電池では、図１に示すように、正極１は導電体とＰｔ等の酸素を還元する触媒とからなる。導電体には図示しない集電板が一体に設けられている。正極１には空気が供給されるようになっており、正極１の一端には正極端子２が接続されている。また、負極３の一端には負極端子４が接続されている。正極１と負極３との間には電解質５が介在されている。
【００２６】
負極３は、電解質５中に溶解するリチウム等の金属のみからなり、従来のような集電板が用いられていない。また、負極３は、負極端子４と接続される側の厚みが厚く、負極端子４から離れた側の厚みが薄い形状をなしている。また、負極３の正極１と対面する面は、図２にも示すように、負極端子４と接続される側の辺が長辺をなし、負極端子４から最も離れた側の辺が短辺をなす等脚台形をなしている。つまり、負極３は、負極端子４との接続部分から離れるに従って正極１に対する厚み及び幅が小さくされている。
【００２７】
以上のように構成された空気電池では、負極３の金属が電解質５中に溶解して陽イオンとなり、これによって生じた電子が負極３自身に集められる。このため、空気電池の正極端子２と負極端子４との間に導線で接続された負荷６が設けられれば、負極３の電子は負荷６を通って正極１に移動するとともに、陽イオンは正極１に引き付けられ、正極１の表面で陽イオンに電子が与えられることになる。こうして、空気電池には起電力が生じる。
【００２８】
この間、この空気電池では、電解質５中に溶解する金属のみで負極３が構成され、負極３に集電板が用いられていないため、集電板を別に用意する必要がなく、かつ金属と集電板とを接合等によって一体にする必要もない。また、この空気電池は、集電板を有さないことから、金属と集電板との接触抵抗による過電圧も生じない。
【００２９】
また、この空気電池の負極３は、溶解が正極１と対面する面から主として進行し、負極端子４との接続部分から遠い部分から消失して行く。このため、負極３は途中で千切れることがない。このため、この空気電池では、金属の全量が有効に活用され、エネルギー容量が低下することがない。
【００３０】
したがって、この空気電池は、製造コストの低廉化を実現するとともに過電圧を防止し、かつエネルギー容量を低下させないという効果を奏することができる。
【００３１】
負極に集電板を用いず、負極を直方体形状とした比較例の空気電池では、図３に示すように、時間の経過に従って出力電流が急激に落ちる。これは、比較例の負極の容積を実施例１の負極３の容積と同一とした場合でも、比較例の空気電池では、金属が溶解するに従って途中で千切れてしまうからである。
【００３２】
これに対し、実施例１の空気電池では、負極３の表面積が溶解によって徐々に小さくなることから、出力電流が徐々に落ちて行く。このため、実施例１の空気電池は、後述の制御装置等を用いることにより、寿命のおよその予測が可能である。このため、ユーザはその事態に備えることができ、優れた使用勝手を発揮することができる。
【００３３】
（実施例２）
実施例２の空気電池は、図４に示す負極７を採用している。この負極７も、実施例１の負極３と同様、負極端子４と接続される側の厚みが厚く、負極端子４から離れた側の厚みが薄い形状をなしている。また、負極７の正極１と対面する面は平滑な長方形であるが、正極１と対面する面の反対側の面は両側面側が肉薄になるように湾曲している。つまり、この負極７は、負極端子４との接続部分から離れるに従って正極１に対する幅が小さくされている。他の構成は実施例１と同様である。この負極７を用いた空気電池も実施例１と同様の作用効果を奏することができる。
【００３４】
（実施例３）
実施例３は、本発明の化学電池の制御装置及び使用方法を空気電池の制御装置及び使用方法として具体化したものである。実施例３の制御装置は、図５に示すように、空気電池１０と、デジタル電圧計１１と、デジタル電流計１２と、コントローラ１３と、記憶装置１４とからなる。
【００３５】
空気電池１０は、実施例１、２等、本発明の構成を有するものである。空気電池１０の正極端子と負極端子との間には負荷１５が設けられており、デジタル電圧計１１は負荷１５に対して並列に接続され、デジタル電流計１２は負荷１５に対して直列に接続されている。デジタル電圧計１１及びデジタル電流計１２はコントローラ１３に接続されている。デジタル電圧計１１及びデジタル電流計１２が検出手段である。
【００３６】
コントローラ１３が判断手段である。コントローラ１３は、図７に示すフローチャートに従った情報処理を行う。このコントローラ１３には記憶装置１４も接続されている。記憶装置１４が記憶手段である。記憶装置１４には、図６に示す充電状態毎の電流電圧特性（記憶カーブ）が予め記憶されている。ここで、ｓｏｃ（state of charge）１００等は充電状態が１００％等であることを示す。また、記憶装置１４には、各充電状態の推定寿命も記憶されている。
【００３７】
この制御装置では、まず、図７に示すステップＳ３１において、デジタル電圧計１１及びデジタル電流計１２の出力信号によってＩ−Ｖカーブを検出する。ステップＳ３１が検出工程を行っている。次いで、ステップＳ３２では、記憶装置１４に記憶されている記憶カーブと、検出されたＩ−Ｖカーブとを比較する。ここで、Ｉ−Ｖカーブに相当する又は近似した記憶カーブがない場合には、ステップＳ３２が繰り返される。Ｉ−Ｖカーブに相当する又は近似した記憶カーブがある場合には、ステップＳ３３に進む。ステップＳ３３では、記憶カーブの推定寿命に基づき、Ｉ−Ｖカーブの寿命を推定する。ステップＳ３２及びステップＳ３３が判断工程を行っている。推定値は図示しない表示装置に表示される。
【００３８】
こうして、この制御装置では、空気電池１０の寿命のおよその予測が可能である。このため、ユーザはその事態に備えることができ、優れた使用勝手を発揮することができる。
【００３９】
（実施例４）
実施例４の制御装置及び使用方法では、コントローラ１３が図８に示すＩ−Ｖ値の信号処理及び図９に示すフローチャートに従った情報処理を行う。他の構成は実施例３の制御装置及び使用方法と同様である。
【００４０】
実施例４の制御装置では、まず、図９に示すステップＳ４１において、デジタル電圧計１１及びデジタル電流計１２の出力信号によって各時間毎のＩ−Ｖ値を検出する。ステップＳ４１が検出工程を行っている。これにより、各時間毎の電流値Ｉ、電圧値Ｖ、そしてその積である電力値Ｐが得られる。次いで、ステップＳ４２では、ある特定の電力値Ｐｋを出力した際のＩ又はＶ値の時間的推移を比較する。例えば、図８に示す時刻ｔ１の時点におけるＩ又はＶ値と、時刻ｔ２の時点におけるＩ又はＶ値とを比較し、電圧の降下量及び／又は電流の上昇量を把握する。そして、電圧の降下量等が一定値を超えれば、ズテップＳ４３に進み、空気電池１０が寿命の直前である時刻ｔｘに相当すると把握する。電圧の降下量等が一定値を超えなければ、ステップＳ４２が繰り返される。ステップＳ４２及びステップＳ４３が判断工程を行っている。こうして、この制御装置及び使用方法においても、実施例３と同様の効果を奏することができる。
【００４１】
以上において、本発明を実施例１〜４に即して説明したが、本発明は上記実施例１〜４に制限されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して適用できることはいうまでもない。
【００４２】
また、実施例１〜４は、負極として電解液中に溶解する金属のみを用いて電極と集電板とを兼用したが、金属に対して小さな集電板を負極端子との接続部分で、かつ正極からより離れた位置に設けてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、電気自動車、ハイブリッド車等の蓄電池等に利用可能である。
【符号の説明】
【００４４】
２…正極端子
１…正極
４…負極端子
３…負極
５…電解質
１１、１２…検出手段（１１…デジタル電圧計、１２…デジタル電流計）
１３…判断手段（コントローラ）
１４…記憶手段（記憶装置）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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