(57)【要約】【課題】本発明は、金属空気二次電池において、充放電時の寸法変化による接触抵抗の増加を抑制し、これによって性能・寿命向上を図るというものである。【解決手段】本発明の金属空気二次電池は、金属イオンを吸蔵・放出する負極と、酸素を活物質とする正極と、負極と正極との間に設置された電解質膜を有するものであり、負極側に柔軟性のある寸法吸収材を配置したことを特徴とし、寸法吸収材が可逆的に変化する弾性体であることを特徴とするものである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属イオンを吸蔵・放出する負極と、酸素を活物質とする正極と、前記負極と前記正極との間に設置された電解質膜を有する金属空気二次電池において、
前記負極側に柔軟性のある寸法吸収材を配置したことを特徴とする金属空気二次電池。
【請求項２】
請求項１に記載の金属空気二次電池において、
前記寸法吸収材が、弾性体であることを特徴とする金属空気二次電池。
【請求項３】
請求項１に記載の金属空気二次電池において、
前記寸法吸収材は、弾性変形量が、前記負極の厚さをＤとした時に、（１／１００）Ｄ以上を有することを特徴とする金属空気二次電池。
【請求項４】
請求項１に記載の金属空気二次電池において、
前記寸法吸収材は、弾性変化量が、容量（Ａｈ）から計算される前記負極の厚さの変化量と同等以上を有することを特徴とする金属空気二次電池。
【請求項５】
請求項１に記載の金属空気二次電池において、
前記寸法吸収材が、多孔質体であることを特徴とする金属空気二次電池。
【請求項６】
請求項１に記載の金属空気二次電池において、
前記寸法吸収材が、高熱伝導率体であることを特徴とする金属空気二次電池。
【請求項７】
請求項１に記載の金属空気二次電池において、
前記寸法吸収材は、反応ガスを供給または排出することが可能なガス流路を有することを特徴とする金属空気二次電池。
【請求項８】
請求項１に記載の金属空気二次電池において、
前記負極側および前記正極側から押圧付加手段により押圧が付加されていることを特徴とする金属空気二次電池。
【請求項９】
請求項１に記載の金属空気二次電池において、
電池冷却手段および電池温度計測手段を設け、
前記電池温度計測手段と前記電池冷却手段とにより、電池温度を制御することを特徴とする金属空気二次電池。
【請求項１０】
請求項１に記載の金属空気二次電池において、
前記正極側にガス供給材を配置したことを特徴とする金属空気二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、正極活物質として酸素を用いた金属空気電池に係り、特に、充放電可能な金属空気二次電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境保護と省エネルギー化との意識の高まりから、自動車業界においては、従来のガソリンを燃料とした自動車に代わって、ガソリンと電気とで駆動するモータを併用するハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）やモータのみで駆動する電気自動車（ＥＶ）の開発競争が激化している。
【０００３】
電気エネルギーの供給源である蓄電池の特性は、これらの電気自動車の性能を大きく左右するため、各電気自動車メーカと提携関係にある電池メーカは、リチウムイオン二次電池の開発にしのぎを削っている。
【０００４】
リチウムイオン二次電池は、その軽量・高出力という特徴から、電気自動車の蓄電池としての利用が最も期待されている。
【０００５】
しかし、その重量エネルギー密度は、４００Ｗｈ／kg程度が理論的上限と考えられており、実際に得られている重量エネルギー密度は約１００Ｗｈ／kgである。
【０００６】
電気自動車の本格的な普及には、約５００Ｗｈ／kgの重量エネルギー密度が必要であると言われており、現在、蓄電池の研究開発の中心であるリチウムイオン二次電池よりも大きな重量エネルギー密度が期待できる革新型電池の開発が求められている。
【０００７】
リチウムイオン二次電池の重量エネルギー密度を制約している要因の一つとして、コバルト酸リチウムに代表される含リチウム遷移金属酸化物の正極材料がある。その構成元素である遷移金属元素は、重金属であるため、蓄電池として組み込むと重量が増加し、結果として重量エネルギー密度が小さくなってしまう。
【０００８】
そこで、正極材料に大気中の酸素を利用し、負極材料に金属を利用する金属空気電池が注目されている。
【０００９】
さらに、こうした金属空気電池を電力貯蔵に用いても、重量低減によるコスト低減が見込めるため、金属空気電池に対する期待が高まっている。
【００１０】
この金属空気電池は、リチウムイオン電池と同様に、実用的な出力を確保するため、高積層化，大面積化，大容量化が必要である。
【００１１】
金属空気電池においては、これまで補聴器の電源に使用されている亜鉛を用いた金属空気電池に代表されるように、金属空気一次電池としての実用化に留まっており、充放電可能な金属空気二次電池としての実用化は未だなされていない。
【００１２】
金属空気電池の二次電池化を阻む大きな理由としては、充電時において過電圧が大きい、サイクル特性が悪い、触媒寿命が短いなどがあげられる。
【００１３】
しかしながら、これらの理由は主に材料面から見たものである。
【００１４】
二次電池化においては、充放電に伴い、負極電極が収縮・膨張する現象が生じる。これは、放電時は金属の溶出で負極電極が収縮し、充電時は金属の析出で負極電極が膨張するという現象である。
【００１５】
このような負極電極の体積変化に対して、特に、高積層化，大面積化，大容量化を行う場合には、金属空気二次電池を構成する構成部材の接触状態が悪化し、性能および寿命が低下すると考えられる。
【００１６】
しかしながら、構造面からこの課題を解決することはこれまで試みられてこなかった。
【００１７】
例えば、積層型の金属空気二次電池としては、特許文献１に示されるような、積層セル間の冷却に関するものがある。
【００１８】
また、特許文献２に記載されている金属空気二次電池は、負極電極の体積変化時に、電解液の液面管理を行い、性能維持を図るものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特開平１０−１６２８７０号公報
【特許文献２】特開２００８−３００３４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
しかしながら、従来の技術における金属空気二次電池は、負極電極の体積変化への対策が検討されていない。そして、接触状態の課題についても検討されていない。
【００２１】
そこで、本発明の目的は、こうした課題を解決するものであって、金属空気二次電池において、充放電時の寸法変化による接触抵抗の増加を抑制し、これによって性能・寿命向上を図るというものである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明の実施形態の一つである金属空気二次電池は、金属イオンを吸蔵・放出する負極と、酸素を活物質とする正極と、負極と正極との間に設置された電解質膜を有するものである。そして、負極側に柔軟性のある寸法吸収材を配置したことを特徴とする。
【００２３】
また、寸法吸収材が、弾性体であることが好ましい。つまり、可逆的に変化する物質で寸法吸収材を形成する必要がある。
【００２４】
また、寸法吸収材は、弾性変形量が、負極の厚さをＤとした時に、（１／１００）Ｄ以上を有することが好ましい。
【００２５】
また、寸法吸収材は、弾性変化量が、容量（Ａｈ）から計算される負極の厚さの変化量と同等以上を有することが好ましい。
【００２６】
これは、容量（Ａｈ）が決まると負極の厚さの変化量が決まるという関係を用いるものである。すなわち、所定の容量（Ａｈ）を出力するということは、負極から所定の金属（たとえばＬｉ）が放出されるということであり、電気化学的に決まるものである。そして、負極から所定の金属（たとえばＬｉ）が放出されると、負極の厚さは変化し、薄くなる。例えば、純Ｌｉの負極金属箔を用い、電極面積が１０cm2のＬｉ空気電池において放電１ＡｈあたりにどれだけＬｉ箔が薄くなるかを以下で計算する。
【００２７】
まず、Ｌｉが放出される放電反応は下記で表される。
Ｌｉ → Ｌｉ+＋ｅ-              −−−（１）
【００２８】
この時、１（Ａｈ）の容量が放電されたとすると、上記の式から、放出されたＬｉのモル数は下記となる。
放出されたＬｉのモル数（mol）＝１×３６００（ｓ）／Ｆ（Ｃ／mol）−−−（２）
Ｆ＝９６４８５（Ｃ／mol）：ファラデー定数
【００２９】
したがって、１Ａｈの容量は、０.０３７molのＬｉが放出して反応したことに相当する。これに、Ｌｉの原子量６.９４１ｇ／molとＬｉの真密度ρ０.５３５ｇ／cm3から、１Ａｈの容量に対するＬｉの放出体積が下記で求まる。
１ＡｈあたりのＬｉ放出体積
＝０.０３７(mol)×６.９４１(ｇ／mol)／ρ(ｇ／cm3)＝０.４８４cm3−−−（３）
よって、電極面積が１０cm2であるので、１Ａｈの放電でＬｉ箔は０.４８４／１０＝０.０４８４cmだけ薄くなる。これとは逆に、１Ａｈの充電では、０.０４８４cmだけ厚くなる。
【００３０】
したがって、負極の面積と容量（Ａｈ）（金属（たとえばＬｉ）の変化量）とから、負極の厚さの変化量が決まり、こうした観点から寸法吸収材の弾性変化量を決めることが可能となる。
【００３１】
なお、上記の計算例は、純Ｌｉ箔が真密度０.５３５ｇ／cm3を有する場合であり、例えばＬｉ粉末を焼結するなどして真密度ρではない場合は、（３）式のρを見かけ密度ρ′で代用して計算すればよい。さらに、純Ｌｉではなく、結着材を含んでいたり、カーボンなどの導電材と複合化していたり、Ｌｉ合金を使用していたりする場合でも、充放電容量とその時の負極電極の厚さを事前に計測しておけば、寸法吸収材の適正な弾性変形量を決めることが可能である。
【００３２】
また、寸法吸収材が、多孔質体であることが好ましい。
【００３３】
また、寸法吸収材が、高熱伝導率体（Ｃｕ，Ａｌ，Ｎｉ）であることが好ましい。
【００３４】
また、寸法吸収材は、反応ガスを供給または排出することが可能なガス流路を有することが好ましい。
【００３５】
なお、ここで説明する金属空気二次電池は、負極側および正極側から押圧付加手段により押圧が付加されていることが好ましい。
【００３６】
また、ここで説明する金属空気二次電池は、電池冷却手段および電池温度計測手段を設け、電池温度計測手段と電池冷却手段とにより、電池温度を制御することが好ましい。
【００３７】
また、ここで説明する金属空気二次電池は、正極側にガス供給材を配置したことが好ましい。
【００３８】
つまり、本発明の一実施形態は、空気電池の負極側に柔軟性のある寸法吸収材を配置し、  正極側の電池反応層にガス供給材を配置した金属空気二次電池の積層セル構造が、最も主要な特徴である。
【００３９】
なお、本発明の一実施形態は、負極の厚さをＤとした時に、弾性変形量が（１／１００）Ｄ以上の能力を有する寸法吸収材を用いる。
【００４０】
また、寸法吸収材には、封孔処理をしたガス流路が設けてあり、このガス流路で反応ガスを供給または排出することが可能な構成とする。
【発明の効果】
【００４１】
本発明によって、金属空気二次電池において充放電時の寸法変化による接触抵抗の増加を抑制し、これによって性能・寿命向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本実施例の金属空気二次電池の断面構成を示した図である。
【図２】寸法吸収材とガス供給材とを一体化した実施例を示した図である。
【図３】押圧付加部を簡素化した実施例を示した図である。
【図４】温度制御を行うシステムの実施例を示した図である。
【図５】寸法吸収材を積層方向の厚さを変化させた実施例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
本実施形態は、金属空気二次電池において、負極側に寸法吸収材を設ける。これにより、充放電時の負極電極の寸法変化を吸収し、接触状態を良好に保つことができるため、高い重量エネルギー密度を有しつつ、性能および寿命を向上することができる。
【００４４】
以下、図面を参照して本実施形態における実施例を説明する。
【実施例１】
【００４５】
図１に、本実施例の金属空気二次電池の断面構成を示す。
【００４６】
本実施例における金属空気二次電池は、便宜上、負極に用いる負極金属としてリチウムを用い、電解液として非水溶媒を用いる。
【００４７】
なお、負極金属としては、リチウムの他に、亜鉛，アルミ，マグネシウムなどを用いても良く、また、電解液として水溶液系の溶媒を用いても良い。
【００４８】
さらに、本実施例では、負極に金属を用いたが、負極としては金属でなくともよく、後述するように充放電で寸法変化するものであれば、本実施例の効果が得られるため、金属イオンを吸蔵・放出可能な材料であれば、炭素材料や酸化物材料でも構わない。ただし、活物質金属を負極に多く含むことでエネルギー密度を高くできる空気電池においては、純金属や合金を用いた負極が好ましく、そのような負極においては、特に金属イオンの吸蔵・放出時に寸法変化が大きくなるので、本発明の効果をより発揮し、エネルギー密度が高く、かつ、接触状態を良好に保てる空気電池が提供されることになる。
【００４９】
図１において、単位セル１０は、電解質膜１，正極２，負極３，寸法吸収材４，ガス供給材５、を有し、この単位セル１０が積層されて、本実施例の金属空気二次電池１００が構成される。
【００５０】
電解質膜１には、例えば、ポリエチレンなどの微多孔膜が用いられ、これにプロピレンカーボネートなどの非水溶媒に１モル濃度のＬｉＰＦ6などが電解質として含浸されており、Ｌｉイオンの伝導を担う。
【００５１】
正極２は、通常、カーボンを担体として二酸化マンガンなどの触媒が担持され、充放電反応を担っている。ただし、本発明は負極の寸法変化に関するものであるため、触媒はこれに限定されるものではない。
【００５２】
この図１を基に、金属空気二次電池の充放電反応を説明する。
【００５３】
放電反応は下記で示される。
【００５４】
（負極側）２Ｌｉ → ２Ｌｉ+＋２ｅ-            −−−（４）
（正極側）Ｏ2＋２Ｌｉ+＋２ｅ- → Ｌｉ2Ｏ2     −−−（５）
（全反応）２Ｌｉ＋Ｏ2 → Ｌｉ2Ｏ2             −−−（６）
また、充電反応は下記で示される。
【００５５】
（負極側）２Ｌｉ ← ２Ｌｉ+＋２ｅ-            −−−（７）
（正極側）Ｏ2＋２Ｌｉ+＋２ｅ- ← Ｌｉ2Ｏ2     −−−（８）
（全反応）２Ｌｉ＋Ｏ2 ← Ｌｉ2Ｏ2             −−−（９）
このような充放電反応では、単位セル１０の構成部材である電解質膜１，正極２，負極３の接触状態が良好である必要がある。なぜなら、構成部材間に隙間が生じると、接触抵抗が増加し、電池性能が低下する懸念があるためである。
【００５６】
これらの反応式において、放電時には、（４）で示されたように、負極３の金属Ｌｉが電解液中に溶出する反応が生じる。したがって、図１で示された負極３の厚さ方向に、電極が収縮することになる。
【００５７】
一方、これらの反応式において、充電時には、（７）で示されたように、逆に電解液中のＬｉイオンが負極３に析出する。したがって、図１で示された負極３の厚さ方向に、電極が膨張することになる。
【００５８】
この収縮量または膨張量は、負極３の金属Ｌｉをどれだけ充放電反応で利用してＬｉ⇔Ｌｉ2Ｏ2の変換を生じさせるかで決まる。ここで、元々の負極３の金属Ｌｉの厚さＤ０に対して、放電反応で消費する金属Ｌｉの厚さをＤ１とする。この時、
η＝Ｄ１／Ｄ０×１００（％）                  −−−（１０）
で示されるηを負極利用率と呼ぶことにする。
【００５９】
究極的には、ηが１００％であれば、理論的な重量エネルギー密度を達成することができるが、実際には、電極そのものが崩壊し、形を留めないため、１００％よりも下回り、未反応の金属Ｌｉを残すことになる。
【００６０】
したがって、未反応の金属Ｌｉの重量が余分に存在することになるため、利用率を下げ、重量エネルギー密度が低下するため、金属空気二次電池にとっては好ましくない。
【００６１】
なるべく利用率を向上した金属空気二次電池を開発することが望ましいが、このような充放電反応を繰り返すと、負極３と電解質膜１との間の界面で電極の寸法変化による隙間が発生しやすくなり、接触抵抗が増加する懸念がある。
【００６２】
また、単位セル１０の面内に亘って均一な接触が保たれていないと、一部の接触している部分だけで充放電反応が進むことになり、やはり電池性能の低下を招く懸念がある。
【００６３】
しかしながら、これまでの従来技術では、充放電時の負極の寸法変化に対する課題解決に対応したものはなかった。
【００６４】
そこで、本実施例では、図１に示すような寸法吸収材４を負極３に密着させて構成することによって、この課題を解決するものである。
【００６５】
なお、ここで説明した負極３は、金属Ｌｉのみで形成されたものであるが、金属Ｌｉと共に結着材や導電材等を混合した合剤層を負極３に用いた場合であっても、原理的には同様であり、寸法吸収材４を負極３に密着させて構成することが好ましい。
【００６６】
まず、実用的な利用率から考えると、１％以上の利用率が望ましいため、負極３の初期の厚さＤの１／１００が反応に関与することになる。そこで、この厚さの変化量以上、すなわち（１／１００）Ｄ以上を満足し、好ましくはその２倍以上（つまり（２／１００）Ｄ以上）の弾性変形量を有する材料を寸法吸収材４として負極に密着させて構成する。
【００６７】
このようにすることで、利用率１％において負極３が充放電時に厚さ変化しても、その厚さの変化量以上の弾性変形能力を有するので、常に接触状態が良好に保たれる。
【００６８】
また、究極的には利用率１００％を考えた場合、最大の弾性変形量がＤであれば充分である。さらに、利用率にこだわらずに、単位セル１０の容量（Ａｈ）から金属Ｌｉの厚さの変化量が分かるので、この変化量以上の寸法吸収材を配置してもよい。
【００６９】
寸法吸収材の材質としては、電気的な接続が必要であるため電子導電性を持つことが必要である。さらに好ましくは、Ｃｕ，Ａｌ，Ｎｉなどのように熱伝導率が高い材料を用いると、充放電時において単位セル１０の面内の温度分布が均一化され、高温部が生じにくくなるため、寿命向上が期待できる。
【００７０】
これらの要求を考慮して、弾性変形能力を有し、高熱伝導率を持つＣｕ，Ａｌ，Ｎｉなどの金属多孔質体が寸法吸収材４として好適である。
【００７１】
この金属多孔質体は、例えば発泡金属のようなものを用いてもよいし、繊維を編んだフェルト状のものを用いてもよい。
【００７２】
また、空孔率も９０〜９８％程度まで有するものがあり、このような材料を用いれば、重量増加も抑えることができ、好適である。その中でもＣｕは、Ｌｉとの反応性が低く、集電材として最適である。
【００７３】
さらに、本実施例では、正極２と寸法吸収材４との間に、ガス供給材５を設ける。これは、空気電池の原理上、正極２に酸素含有ガスを供給する必要があるためである。
【００７４】
寸法吸収材４がガス流通性に乏しかったり、圧力損失が大きくてガス供給の動力が大きくなったりする場合に、このガス供給材５が必要である。
【００７５】
ガス供給材５は、緻密質の材料を用い、反応ガス流路５１が形成されており、ここに酸素含有ガスを流通させることで、正極２に酸素が供給され、放電反応が生じる。また、充電反応時には反応ガス流路５１から酸素が排出される。
【００７６】
さらに、ガス供給材５には、冷却媒体流路５２が形成されており、ここには充放電反応で生じた熱を除去するための冷却媒体（冷却空気，水など）を流通することができる。もちろん、冷却媒体だけでなく、寒冷地での起動のために、冷却媒体流路５２には温水などの暖気運転用媒体を流すことも可能である。
【００７７】
なお、このガス供給材５は、寸法吸収材４と同様な理由から高熱伝導率体であることが望ましい。
【００７８】
このように寸法吸収材４とガス供給材５とを配置して構成した単位セル１０を積層する。
【００７９】
さらに、両端に電流端子７１および電流端子７２を取り付け、絶縁端板６１，締付ナット６２，締付バネ６３，締付ロッド６４から成る押圧付加部６０によって、両側から押圧が付加された金属空気二次電池１００が形成される。
【００８０】
この押圧としては、電解質膜１，正極２，負極３に損傷を与えない押圧以下、例えば、０.０１ＭＰａ〜数ＭＰａ程度の押圧を付加する。
【００８１】
ここで、負極３の初期の厚さをＤとした時に、０.０１ＭＰａ〜数ＭＰａ程度の押圧において、弾性変形量が少なくとも（１／１００）Ｄ以上となる寸法吸収材４を配置することで、本実施例の金属空気二次電池が完成される。
【００８２】
このようにして構成された金属空気二次電池は、寸法吸収材４が配置されて、押圧が付加されているので、充放電時の負極３の厚さの変化を寸法吸収材４の弾性変形により吸収し、常に単位セル１０内、および、単位セル１０間を良好な接触状態に保つことができる。
【００８３】
特に、負極３の金属Ｌｉを高利用率で使う場合に有効であり、重量エネルギー密度の向上につながる。
【００８４】
また、ガス供給材５も配置し、ガス供給・排出を容易にできるため、空気電池の充放電反応も容易に行うことができる。
【００８５】
さらに、寸法吸収材４およびガス供給材５ともに、Ｃｕ，Ａｌ，Ｎｉなどの高熱伝導率体で構成するので、単位セル１０の面内の温度分布も容易に均一化される。
【００８６】
また、寸法吸収材４を配置することにより、振動吸収の効果も得られるため、電気自動車用の蓄電システムとしても好適である。
【００８７】
なお、図１では積層セルについて説明したが、本実施例の骨子は、負極３の寸法変化を吸収する構成としたことであるため、セル数が１つの単セルでも同様の効果が得られることはもちろんである。
【００８８】
以上の構成により、金属空気二次電池において、負極３に用いる金属Ｌｉの利用率を高くしても接触状態を良好に保つことができるため、高い重量エネルギー密度を有し、かつ、充放電において性能および寿命が向上された金属空気二次電池を提供することができる。
【００８９】
本実施例によれば、金属空気二次電池において、負極３に用いる金属の利用率を向上させても、充放電時の寸法変化による接触抵抗の増加を抑制することができるため、重量エネルギー密度を向上させつつ、性能・寿命を向上できる効果が得られる。
【００９０】
また、セルを大面積化した時の温度分布を均一化することができるため、性能・寿命を向上できる効果が得られる。
【実施例２】
【００９１】
寸法吸収材４とガス供給材５とにおいては、（１）寸法吸収が可能であること、（２）ガス供給が可能であること、の２点を機能として満足できればよい。
【００９２】
図２は、寸法吸収材とガス供給材とを一体化した実施例を示した図である。
【００９３】
図２に示したように、弾性変形能力を有する多孔質体４ａに反応ガス流路５１を設け、この流路を流れる反応ガスが正極２にのみ流れるように、反応ガス封孔５３により封孔処理をすることで、本実施例の効果が同様に達成される。
【００９４】
この封孔処理は、多孔質体にシール材を含浸するなど、簡便な方法で処理することができるため、部品点数を低減し、積層方向の高さを低減できる。
【００９５】
したがって、コスト低減や電池サイズ低減、さらには重量低減につながり、好適である。
【実施例３】
【００９６】
押圧付加部６０は、図１に限定されるものではなく、使用時に押圧が加わった状態になっている構成であればよい。
【００９７】
図３は、押圧付加部を簡素化した実施例を示した図である。
【００９８】
図３には、締め付け電池容器６５と絶縁クッション６６とを配置した構成を示している。
【００９９】
これは、絶縁クッション６６を配置して押圧を付加し、その後、電池容器６５と閉止蓋６７とで金属空気二次電池の全体を缶状に固定した例である。
【０１００】
絶縁クッション６６としては、例えばゴムを用いることができる。
【０１０１】
電池容器６５としては、金属やラミネートフィルムを用いることができる。
【０１０２】
組み立て方法としては、電池容器６５に単位セル１０を積層し、電流端子７１，電流端子７２および絶縁クッション６６を積層し、押圧を付加し、最後に閉止蓋６７で閉止する。
【０１０３】
この閉止は、溶接やかしめなどで行う。
【０１０４】
このような構成にすることによって、押圧付加部６０の簡素化につながり、さらなる重量低減と体積低減とが図られる。
【０１０５】
なお、本実施例の骨子は、組み立て時の押圧が使用時にも加わっている状態を保つ手段が取られていることであり、図１や図３に限定されず、種々の構成を採れることができる。
【実施例４】
【０１０６】
本実施例は、単位セル１０の温度管理を容易にするものである。
【０１０７】
一般に、電池の温度が高温になり過ぎると、性能低下や寿命低下を引き起こすことが知られている。そのため、本実施例により、温度制御を行うものである。
【０１０８】
図４は、温度制御を行うシステムの実施例を示した図である。
【０１０９】
図４に示したように、寸法吸収材４に熱電対８が挿入されている。熱電対８は、単位セル１０と電気的に絶縁されている。ここで、熱電対８は、単位セル１０の温度を測定するものである。
【０１１０】
熱電対８は、ガス供給材５の反応ガス流路に挿入しないで形成することが好ましい。これにより、反応ガス供給を阻害することなく、単位セル１０の温度を測定することができる。
【０１１１】
また、熱電対８は、例えば０.５mm程度の細径のものを用いれば、寸法吸収材４の柔軟性を阻害することなく、温度測定が可能である。
【０１１２】
次に、具体的な温度管理について説明する。
【０１１３】
まず、熱電対８で測定された温度検知信号８Ｓは、全体制御装置３００に入力される。
【０１１４】
単位セル１０の温度が、ある閾値（例えば６０℃）を超えると、冷却媒体ポンプ５２Ｐの冷却媒体流量５２Ｆを増加させるように、全体制御装置３００からの信号５２Ｓによって、冷却媒体流量制御バルブ５２Ｖの開度を調整する。この結果、熱電対８で検知された温度が下がり、結果として単位セル１０の温度を適正な範囲に調整することができる。
【０１１５】
また、このような冷却媒体の流量を調整することで、単位セル１０の温度管理を行う実施例を示したが、図４に示すように、金属空気二次電池の電流値信号７０Ｓ（電流端子７１から検出）を負荷制御部２００に入力し、この電流値を全体制御装置３００からの制御信号７０ＳＦによって電流値を下げることにより、単位セル１０の温度を低減することができる。
【０１１６】
また、全体制御装置３００からの反応ガス流量制御信号５１Ｓによって、反応ガス流量制御バルブ５１Ｖの開度を調整することにより、反応ガスポンプ５１Ｐの反応ガス流量５１Ｆを調整する。
【０１１７】
ただし、単位セル１０の効果的な冷却には、反応ガス流量５１Ｆの流量が多すぎると電解液の蒸発につながる恐れもあり、また、電流値はシステム要求から低減できない可能性があるため、冷却媒体の流量を調整して温度管理することが最も望ましい。
【実施例５】
【０１１８】
図５は、寸法吸収材を積層方向の厚さを変化させた実施例を示した図である。
【０１１９】
図５に示すように、単位セル１０の積層において、押圧付加部６０に近い側（端部側）の寸法吸収材４１を、中央部の寸法吸収材４よりも弾性変形量を大きくしたものを用いる。
【０１２０】
例えば、簡単な構成としては、材質を同じくし、図５で示すように、寸法吸収材４１の厚さを寸法吸収材４の厚さよりも厚くすれば、弾性変形量を大きくとることができる。
【０１２１】
端部側は、一般的に、積層時の各単位セルの寸法変化量が重畳されて大きくなり、接触が不良されやすくなる。このため、端部側の寸法吸収をより大きくすることにより、結果的に高積層セルにおいても各単位セルの接触が良好となる。
【０１２２】
本実施例では、厚さのみを寸法吸収材４１と寸法吸収材４とで変えているが、例えば多孔質体であれば気孔率を変えるなどして寸法吸収材４１の弾性変形量を大きいものに変えてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１２３】
本発明は、充放電可能な金属空気二次電池に関するものであり、電気自動車等の電気エネルギーの供給源である蓄電池に利用可能である。
【符号の説明】
【０１２４】
１  電解質膜
２  正極
３  負極
４  寸法吸収材
５  ガス供給材
８  熱電対
８Ｓ  温度検知信号
１０  単位セル
５１  反応ガス流路
５１Ｆ  反応ガス流量
５１Ｐ  反応ガスポンプ
５１Ｓ  反応ガス流量制御信号
５１Ｖ  反応ガス流量制御バルブ
５２  冷却媒体流路
５２Ｆ  冷却媒体流量
５２Ｐ  冷却媒体ポンプ
５２Ｓ  冷却媒体流量制御信号
５２Ｖ  冷却媒体流量制御バルブ
５３  反応ガス封孔
６０  押圧付加部
６１  絶縁端板
６２  締付ナット
６３  締付バネ
６４  締付ロッド
６５  電池容器
６６  絶縁クッション
６７  閉止蓋
７１，７２  電流端子
２００  負荷制御部
３００  全体制御装置
【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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