(57)【要約】【課題】枠部材へのパッキンの組付けを容易かつ迅速に行える電気化学デバイス及び積層型電気化学デバイスを提供する。【解決手段】  正極板６と、正極板６に対向して配置される負極板７と、これら両極板の間に配置して内部空間を形成するための環状の枠部材８と、電解液を保持し内部空間内に収納されるセパレータ９と、枠部材８と正極板６との間及び枠部材８と負極板７との間をシールするためのパッキン１０とを備えた電気化学デバイスであって、パッキン１０が、枠部材８の内周縁及び両側面を覆うように被せることにより枠部材に装着され、装着された状態で正極板６の内面６Ｕとこれに対向する枠部材８の一方の側面８Ａとの間及び負極板７の内面７Ｕとこれに対向する枠部材８の他方の側面８Ｂとの間をそれぞれシールするためのシール部１０Ａ，１０Ｂを備えた。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極板と、該正極板に対向して配置される負極板と、これら両極板の間に配置して内部空間を形成するための枠部材と、電解液を保持し前記内部空間内に収納されるセパレータと、前記枠部材と前記正極板との間及び該枠部材と前記負極板との間をシールするためのパッキンとを備えた電気化学デバイスであって、
前記パッキンが、前記枠部材の内周縁及び両側面を覆うように被せることにより該枠部材に装着され、該装着された状態で前記正極板の内面とこれに対向する枠部材の一方の側面との間及び前記負極板の内面とこれに対向する枠部材の他方の側面との間をそれぞれシールするためのシール部を備えていることを特徴とする電気化学デバイス。
【請求項２】
前記シール部が、前記枠部材の内周縁から外周縁に向かう方向において異なる厚みを有していることを特徴とする請求項１記載の電気化学デバイス。
【請求項３】
前記シール部の厚みが、前記枠部材の内周縁から外周縁に向かう方向において不連続に変化していることを特徴とする請求項１記載の電気化学デバイス。
【請求項４】
前記シール部の外周縁側に、前記枠部材側へ突出する凸部を備え、前記枠部材に、前記凸部が入り込む凹部を備えている請求項１〜３のいずれか１項に記載の電気化学デバイス。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の電気化学デバイスを複数積層してなる積層型電気化学デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に自動二輪車又は自動車などの車両に搭載する場合に最適な鉛蓄電池の他、燃料電池、二次電池、電気二重層キャパシタ等の電気化学デバイス及び電気化学デバイスの複数を積層した積層型電気化学デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
上記電気化学デバイスの一例である薄型鉛蓄電池として、特許文献１には、正極板と、該正極板に対向して配置される負極板と、これら両極板の間に配置して内部空間を形成するための枠部材と、電解液を保持し前記内部空間内に収納されるセパレータと、前記枠部材と前記正極板との間及び該枠部材と前記負極板との間をシールして前記内部空間を密閉するためのパッキンとを備えているものが記載されている。
そして、前記薄型鉛蓄電池においては、前記パッキンが、内径の異なる２種類のゴム製のＯリングから構成され、それら２種類のＯリングを収容するための周囲長が異なる大小２つの環状溝を、前記枠部材の両側面のそれぞれに形成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１２３７１１号公報（図６〜８参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記電気化学デバイスでは、１つのセル当たり、正極及び負極の両方の極が必要であり、それら正極及び負極のそれぞれに対してパッキンが必要になる。従って、１つのセルに対してパッキンを備えさせる工程が複数回必要になる。
これに対して、上記特許文献１では、正極及び負極のそれぞれに対して２個のＯリングを備える構成であるため、合計４つの溝に４つのＯリングをそれぞれ挿入しなければならない。つまり、パッキンを備えさせる工程が４回必要になり、更に組付作業が煩わしいものになっていた。
また、前記各溝は、Ｏリングが単に入り込むだけの形状に形成しているだけであるため、Ｏリングの組付作業時において次のような不都合があった。
Ｏリングの組付は、まず枠部材の一方の側面が上面となるように枠部材を水平姿勢に手で保持してから、一方の側面に形成の２つの溝に大小のＯリングをそれぞれ入り込ませる。この後、枠部材の他方の側面が上面となるように枠部材を１８０°反転させてから、他方の側面に形成の２つの溝に大小のＯリングをそれぞれ入り込ませる際に、下面側に位置する一方の側面に入り込ませたＯリングが溝から自重により脱落することがある。このため、片方の手で下面側に入り込ませた２つのＯリングを押さえながら、残る他方の手で上面側の２つの溝に大小のＯリングをそれぞれ入り込ませなければならず、前記組付作業が非常にやり難いものであった。
【０００５】
本発明は前述の状況に鑑み、解決しようとするところは、枠部材へのパッキンの組付けを容易かつ迅速に行える電気化学デバイス及び積層型電気化学デバイスを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の電気化学デバイスは、前述の課題解決のために、正極板と、該正極板に対向して配置される負極板と、これら両極板の間に配置して内部空間を形成するための枠部材と、電解液を保持し前記内部空間内に収納されるセパレータと、前記枠部材と前記正極板との間及び該枠部材と前記負極板との間をシールするためのパッキンとを備えた電気化学デバイスであって、前記パッキンが、前記枠部材の内周縁及び両側面を覆うように被せることにより該枠部材に装着され、該装着された状態で前記正極板の内面とこれに対向する枠部材の一方の側面との間及び前記負極板の内面とこれに対向する枠部材の他方の側面との間をそれぞれシールするためのシール部を備えていることを特徴としている。
【０００７】
上記のように単一のパッキンを枠部材の内周縁及び両側面を覆うように被せるだけで枠部材に装着することができる。つまりパッキンを備えさせる工程が１回で済む。しかも、パッキンが装着された状態において、枠部材の両側面のそれぞれにシール部が位置する、換言すれば一対のシール部間に枠部材が位置することになるから、パッキンが枠部材から脱落し難くなる。そして、前記パッキンの装着状態において、正極板の内面とこれに対向する枠部材の一方の側面との間及び負極板の内面とこれに対向する枠部材の他方の側面との間にそれぞれ、パッキンのシール部が挟み込まれた状態になって、枠部材とその両側面に位置する両極板間とのシールを確実に行うことができる。
【０００８】
また、本発明の電気化学デバイスは、前記シール部が、前記枠部材の内周縁から外周縁に向かう方向において異なる厚みを有していてもよい。
【０００９】
例えばシール部の厚みを枠部材の内周縁から外周縁に向かう全域に渡って同一の厚みに構成している場合に、シール部や他の構成部材の寸法誤差等に起因して圧縮率が良好となる範囲から外れてしまうことがあるが、上記のように、前記シール部が、前記枠部材の内周縁から外周縁に向かう方向において異なる厚みを有している構成であれば、ある厚みに構成された部分で圧縮率が良好となる範囲から外れていても、厚みの異なる他の厚みの部分で圧縮率が良好となる範囲内に維持することができる。従って、寸法誤差等の製品のバラツキの影響を受け難くなり、製品の品質の安定化を図ることができる利点がある。
【００１０】
また、本発明の電気化学デバイスは、前記シール部の厚みが、前記枠部材の内周縁から外周縁に向かう方向において不連続に変化していてもよい。
【００１１】
前記シール部の厚みが、前記枠部材の内周縁から外周縁に向かう方向において不連続に変化している場合には、前述同様に、寸法誤差等の製品のバラツキの影響を受け難くなり、製品の品質の安定化を図ることができるだけでなく、シール部の歪みの方向を圧縮方向と一致させやすくなるため、シール部の厚みが枠部材の内周縁から外周縁に向かう方向において連続的に変化するようにシール部を構成した場合に比べて、ある厚みに構成された部分で圧縮率が良好となる範囲から外れていても、厚みの異なる他の厚みの部分で圧縮率が良好となる範囲内に入ることとなるという設計意図を実現しやすいという効果を奏する。この観点から、前記厚みが不連続に変化している部分の前後におけるシール部の表面形状及びこれに接する枠部材の表面形状は、電気化学デバイスの厚み方向あるいは積層型電気化学デバイスにおける積層方向である圧縮方向に対して垂直な面を有するものとすることが好ましい。
【００１２】
また、本発明の電気化学デバイスは、前記シール部の外周縁側に、前記枠部材側へ突出する凸部を備え、前記枠部材に、前記凸部が入り込む凹部を備えていてもよい。
【００１３】
上記のように構成すれば、シール部の外周縁側に備えた凸部が枠部材に備えた凹部に入り込ませることによって、枠部材に装着されたパッキンが枠部材から内部空間内側へ脱落し難くなり、パッキン装着後の組付作業をより一層容易迅速に行うことができる。
【００１４】
また、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電気化学デバイスを複数積層してなる積層型電気化学デバイスであってもよい。
【発明の効果】
【００１５】
単一のパッキンを枠部材の内周縁を覆うように被せるだけで枠部材に装着することができるから、従来のように４つのパッキンを４つの溝にそれぞれ挿入する場合に比べて、枠部材へのパッキンの組付けを容易かつ迅速に行える電気化学デバイス及び積層型電気化学デバイスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】鉛蓄電池の縦断側面図である。
【図２】端電池の要部を示す縦断側面図である。
【図３】パッキンが装着された枠部材の斜視図である。
【図４】パッキンが装着された枠部材の正面図である。
【図５】パッキンの要部を示す縦断側面図である。
【図６】（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は別の４つの形状のパッキンを示す要部の縦断側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１に、本発明の積層型電気化学デバイスの一例である鉛蓄電池を示している。
前記鉛蓄電池は、４個の単電池１が直列に積層され、それら積層された単電池１の左右に、金属板等の硬質材料からなる圧迫部材２，３を配置するとともに、単電池１の上下及び前後の周囲を合成樹脂等の絶縁材料からなる環状の補助枠材４によって囲み、圧迫部材２，３を複数本のネジ５を用いて補助枠材４の左右端面に押し付けることによって、４個の単電池１が矢印の方向に強く圧迫されて圧迫部材２，３間に挟持固定される。尚、ここでは、単電池１を厚み方向が水平方向となる縦向きに配置した場合を示しているが、単電池１の厚み方向が上下方向となる横向きに配置してもよい。
【００１８】
前記各単電池１は、図１及び図２に示すように、正極板６と、該正極板６に対向して配置される負極板７と、これら両極板６，７の間に配置して内部空間を形成するための角型の枠部材８と、電解液を保持し前記内部空間内に収納されるセパレータ９と、前記枠部材８と前記正極板６との間及び該枠部材８と前記負極板７との間をシールするための角型で環状のゴム製パッキン１０とを備えている。
【００１９】
一方の正極板６は、チタンを所定厚みの板状としたチタン基板と該チタン基板の一方の面に二酸化錫からなる導電性皮膜（図示せず）を保護膜として形成してなる正極集電板６Ａと、該保護膜のチタン基板側とは反対側の面に密着させた正極活物質６Ｂとを備えている。尚、前記正極板６の外周縁側の内面が、これに対向する枠部材８の一方側面に接着性フィルムＦを介して接着されている。
【００２０】
他方の負極板７は、銅を所定厚みの板状とした銅基板と該銅基板の一方の面に形成された鉛メッキ層（図示せず）とからなる負極集電板７Ａと、該鉛メッキ層の銅基板側とは反対側の面に密着させた負極活物質７Ｂとを備えている。尚、前記負極板７の外周縁側の内面が、枠部材８の他方の側面に接着性フィルムＦを介して接着されている。
【００２１】
前記パッキン１０は、図２〜図４に示すように、前記枠部材８の内周縁及び両側面を覆い被せることにより枠部材８に装着され、装着された状態で前記正極板６の正極集電板６Ａの内面６Ｕとこれに対向する枠部材８の一方（図では左）の側面８Ａとの間及び前記負極板７の負極集電板７Ａの内面７Ｕとこれに対向する枠部材８の他方（図では右）の側面８Ｂとの間をシールするためのシール部１０Ａ，１０Ｂを備えている。そして、それらシール部１０Ａ，１０Ｂは、枠部材８の内周縁を覆う帯板状で環状のシール本体１０Ｈの幅方向両端の外周縁に、極板６，７の板面方向に延びるように形成されており、断面形状ほぼＣ字状のパッキン１０を構成している。従って、枠部材８へのパッキン１０の装着状態において、枠部材８の両側面８Ａ，８Ｂにシール部１０Ａ，１０Ｂがそれぞれ対向位置することによって、パッキン１０が枠部材８からその厚み方向において脱落することがないようにしている。ここでは、パッキン１０が枠部材８の両側面の一部のみを覆い被せる大きさに構成したが、枠部材８の両側面の全てを覆い被せる大きさに構成してもよい。尚、図３では、図５において左側から見たパッキン１０を示し、図４では、図５において右側から見たパッキン１０を示しており、要するに、図３と図４ではパッキン１０を見ている方向が逆になっている。
【００２２】
前記パッキン１０を枠部材８の外周縁に外側から嵌め込んで枠部材８の両側面８Ａ，８Ｂにシール部１０Ａ，１０Ｂがそれぞれ対向位置するように装着してもよいが、前記のように枠部材８の内周縁に内側から嵌め込んで枠部材８の両側面８Ａ，８Ｂにシール部１０Ａ，１０Ｂがそれぞれ対向位置するように装着することにより、シール部により覆われていない枠部材８の内周縁あるいは枠部材８とシール部との当接部に電解液が入り込んで接触することを避けることができ、もって、電解液が接触する枠部材８が電解液中に溶出して電池性能を低下させる原因となる虞を避けることができ、好ましい。
【００２３】
前記シール部１０Ａ，１０Ｂが、図５に示すように、前記枠部材８の内周縁から外周縁に向かう方向において圧縮率が異なるように２つの厚みを有している。具体的には、外周縁側（先端側）の部位の厚みＤ１に対して内周縁側（基端側）の部位の厚みＤ２が薄くなるように、厚みの異なる２つの部位を、枠部材８の内周縁から外周縁に向かう方向において不連続に設けている。例えば目標となる最適な厚みが２つの部位の厚みの中間の値になるように、２つの部位の厚みを設定しておけば、製作誤差等によって目標となる最適な厚みの値が変わった場合でも、シール性を左右する部分が複数箇所存在することとなることから、いずれかの部位の厚みの値に近付くことになり、２つの部位における圧縮率のうちの一方の部位で圧縮率が良好となる範囲内に維持することができる。
【００２４】
図２及び図５に示すように、前記シール部１０Ａ，１０Ｂの外周縁部に、前記枠部材側へ突出する凸部１０Ｔを備え、前記枠部材８の内周縁から外周縁側に寄った部位に、前記凸部１０Ｔが枠部材の厚み方向から入り込んで該厚み方向と直交する方向で係止する凹部８Ｈを備えさせることによって、凸部１０Ｔと凹部８Ｈとの係止作用により枠部材８に装着されたパッキン１０が枠部材８から内部空間側に向かって外れることを阻止することができ、パッキン１０が枠部材８から脱落することをより一層回避できるようにしている。
【００２５】
図４及び図５に示すように、正極板６をシールする前記一方のシール部１０Ａの外面には、断面視にて半円状に突出する環状の２つの突起１０Ｃ，１０Ｄが形成されており、突起１０Ｃ，１０Ｄが形成されている部分において他の部分に比べて圧縮率が高くなるようにしている。また、負極板７をシールする前記他方のシール部１０Ｂの外面には、断面視にて半円状に突出する環状の１つの突起１０Ｃ’が形成されており、突起１０Ｃ’が形成されている部分において他の部分に比べて圧縮率が高くなるようにしている。図５において左側の突起１０Ｃ，１０Ｄを右側の突起１０Ｃ’に比べて大きく形成したことで、正極板６に対するシール性を強固なものにすることができる。この点について、鉛蓄電池においては、水溶液中の酸素発生の平衡電位（１．２３Ｖvs.ＮＨＥ）よりも、通常の使用中における正極電位（約１．３〜約２．１Ｖvs.ＮＨＥ）が貴にあるため、正極シール材料の酸化劣化が進行しやすい。そのため、正極板６に対してより強固なシール性が必要になる。従って、前記のように突起１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｃ’の大きさを構成することによって、鉛蓄電池において有利になる。尚、図５において、左側の上側の突起１０Ｃとほぼ同一高さに右側の突起１０Ｃ’を位置させているが、異なっていてもよい。
このように、１０Ｃ、１０Ｄのような突起をシール部の一部に備えることにより、シール部にかかる圧縮力を圧縮方向に一致させやすくなる効果がより顕著に奏される。
【００２６】
従って、前記のようにシール部１０Ａ又は１０Ｂが、枠部材８の内周縁から外周縁に向かう方向において異なる２つの厚みを有し、更に突起１０Ｃ，１０Ｄ又は１０Ｃ’を備えることによって、シール部１０Ａ又は１０Ｂが、枠部材８の内周縁から外周縁に向かう方向において４箇所又は３箇所で異なる厚みを有することになり、更に圧縮率が良好となる範囲内に維持しやすくなる。図５では、シール部１０Ａ，１０Ｂに備えさせる突起の数及び大きさを左右で異なるように備えさせているが、同一の突起を備えさせてもよい。
【００２７】
また、図５において、前記一方のシール部１０Ａの２つの突起１０Ｃ，１０Ｄのシール部厚み方向での厚み部分をＡ部，Ｂ部とし、それらパッキン１０のＡ部，Ｂ部に与える圧縮量（ｍｍ）を変化させたときに、一方（Ａ部又はＢ部）の圧縮率が２０％未満になったとき他方（Ｂ部又はＡ部）の圧縮率が２０％以上で４０％以下となるように、また、一方（Ａ部又はＢ部）の圧縮率が４０％を超えるとき他方（Ｂ部又はＡ部）の圧縮率が２０％以上で４０％以下となるように、Ａ部及びＢ部の厚みを設定している。つまり、少なくとも一方（Ａ部又はＢ部）の圧縮率が常に２０％以上で４０％以下となるようにＡ部及びＢ部の厚みを設定することによって、パッキン（ここではＥＰＤＭゴム）１０の永久圧縮ひずみ特性、即ちシールを維持する耐久性が最大時間得られるようにしている。
【００２８】
表１から表３に、Ａ部とＢ部の厚みを変更した３種類のパッキン１０を用意し、それらパッキンに異なる４つの圧縮量（０．１５ｍｍ、０．２０ｍｍ、０．２５ｍｍ、０．３０ｍｍ）を加えた場合のＡ部とＢ部の圧縮率（％）をそれぞれ示している。
表１から表３において、×になっている箇所で圧縮率が２０％から４０％の範囲を外れている。そして、表１では圧縮量が０．２０ｍｍと０．２５ｍｍのときに、Ａ部とＢ部の圧縮率が共に２０％から４０％の範囲に入っている。また、表２では圧縮量が０．２５ｍｍのときに、Ａ部とＢ部の圧縮率が共に２０％から４０％の範囲に入っている。これに対して表３では、Ａ部とＢ部の圧縮率が共に２０％から４０％の範囲に入っている場合が存在しない。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
【表２】
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【００３１】
【表３】
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【００３２】
表１と表２のように、Ａ部とＢ部の圧縮率が共に２０％から４０％の範囲に入っているような良好な圧縮量範囲を確保するには、Ｂ部の元の厚み／Ａ部の元の厚み＜２の条件を満足するようにすればよいことになる。
例えば圧縮量をＸ、Ａ部の圧縮率をＹA、Ｂ部の圧縮率をＹB、Ａ部の元の厚みをＡ、Ｂ部の元の厚みをＢとすると、
ＹA＝１−（Ａ−Ｘ）／Ａ＜４０％          式１
ＹB＝１−（Ｂ−Ｘ）／Ｂ＜２０％          式２
上記連立方程式を解くと、Ｂ／Ａ＜２が求まる。
【００３３】
前記枠部材８には、図１に示すように、希硫酸を主成分とする電解液を電池内に注入するための貫通孔８Ｋが形成され、枠部材８の上端から突出させて前記貫通孔８Ｋに連通する孔１１Ａが形成された円筒状部８Ｅを備えている。前記円筒状部８Ｅの上端には、弁１２が装着されている。また、枠部材８の下端には、前記パッキン１０を貫通して下方に突出させて前記貫通孔８Ｋに連通する孔１３Ａが形成された円筒状部１３が備えられている。
【００３４】
尚、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００３５】
例えば、前記実施形態で示したパッキン１０の形状を図６（ａ）から（ｄ）に示すように形成してもよい。つまり、図５では、シール部１０Ａが、枠部材の内周縁から外周縁に向かう方向において複数箇所に厚みの異なる２つの部分Ａ，Ｂを不連続に有することによって、シール部１０Ａの厚みが、枠部材の内周縁から外周縁に向かう方向において不連続に変化している。従って、一方の部分Ａ又はＢで圧縮率が良好となる範囲から外れていても、他方の部分Ｂ又はＡで圧縮率が良好となる範囲内に入ることとなりやすいが、図６（ａ）では、シール本体１０Ｈに備えさせる左右のシール部１０Ａ，１０Ｂを、それの内側面１０Ｎ，１０Ｎが下方に向かうほど内方側に突出する台形状に形成して、シール部１０Ａ，１０Ｂの厚みが上下方向において連続して（具体的には下方側ほど厚みが大きくなるように）変更することができる構成になっている。また、図６（ｂ）では、図６（ａ）の形状の逆の形状、つまり逆台形状のシール部１０Ａ，１０Ｂに構成している。つまり、シール部１０Ａ，１０Ｂの内側面１０Ｎ，１０Ｎが上方に向かうほど内方側に突出する逆台形状に形成している。図６（ａ），（ｂ）いずれにおいても、シール部１０Ａの圧縮率が、内周縁から外周縁に向かう方向において連続して異なる構成になっている。
【００３６】
また、図６（ｃ）では、左右のシール部１０Ａ，１０Ｂのうちの左側のシール部１０Ａの上端内面にのみ枠部材側へ突出する凸部１０Ｔを備えさせ、右側のシール部１０Ｂの内面はフラット面にした形状にしている。図６（ｃ）では、内周縁から外周縁に向かう方向においてシール部１０Ａの凸部１０Ｔの厚みが厚い部分とそれの下側の厚みが薄い部分とで圧縮率が不連続で異なる構成になっている。
【００３７】
また、図６（ｄ）では、左右のシール部１０Ａ，１０Ｂの上端のそれぞれに、円弧状の凸部１４を形成し、左右のシール部１０Ａ，１０Ｂの下側の外面のそれぞれに、外側に突出する断面視にて円弧状の突起部１５を備えさせている。図６（ｄ）では、内周縁から外周縁に向かう方向においてシール部１０Ａ，１０Ｂそれぞれの突起部１５又は凸部１４と、突起部１５と凸部１４との間に位置する厚みの薄い部分とで圧縮率が不連続で異なる構成になっている。
【００３８】
本発明は、４個の単電池１が積層された鉛蓄電池に適用できる他、４個以外の複数の単電池が積層された鉛蓄電池や１個の単電池、あるいは燃料電池、電気二重層キャパシタ、各種の二次電池等にも適用することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１…単電池、２，３…圧迫部材、４…補助枠材、５…ネジ、６…正極板、６Ａ…正極集電板、６Ｕ…内面、６Ｂ…正極活物質、７…負極板、７Ｕ…内面、７Ｂ…負極活物質、８…枠部材、８Ａ，８Ｂ…側面、８Ｅ…円筒状部、８Ｈ…凹部、８Ｋ…貫通孔、９…セパレータ、１０…パッキン、１０Ａ，１０Ｂ…シール部、１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｃ’…突起、１０Ｔ…凸部、１０ａ，１０ｂ…部位、１１Ａ…孔、１２…弁、１３…円筒状部、１３Ａ…孔、１４…凸部、１５…突起部
【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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