(57)【要約】【課題】負極カップに相当する部材を廃して軽量，小型化とともにコスト低減をも図ることができるようにする。【解決手段】本発明は、組電池Ｂとして互いに積層させて用いる空気電池Ａにおいて、一の空気電池Ａを構成する負極材５０の少なくとも一部を、その一の空気電池Ａに隣接する他の空気電池Ａの正極構成部品３０に直接当接するように突設させている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
組電池として互いに積層させて用いる空気電池において、
一の空気電池を構成する負極材の少なくとも一部を、その一の空気電池に隣接する他の空気電池の正極構成部品に直接当接するように配設させてある空気電池。
【請求項２】
一の空気電池の負極材の断面積を、その一の空気電池の正極構成部品側から隣接する他の空気電池の正極構成部品に向けて、連続的又は段階的に増加させている請求項１に記載の空気電池。
【請求項３】
一の空気電池の負極材と当接する他の空気電池の液密通気膜が、その一の空気電池の負極材よりも大きな面積に設定されている請求項１又は２に記載の空気電池。
【請求項４】
液密通気膜が導電性を有している請求項１〜３のいずれか１項に記載の空気電池。
【請求項５】
液密通気膜とこれらに当接する負極材との界面上には、空気が流れる空気流路が形成されており、その空気流路の入出口には、少なくとも正極材と対峙する面の液密通気膜よりも透気性の高い液密通気膜が設けられている請求項１〜４のいずれか１項に記載の空気電池。
【請求項６】
前記空気電池は枠体を備え、
枠体には液密通気膜への空気流通孔が設けられている請求項１〜５のいずれか１項に記載の空気電池。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の空気電池どうしを互いに積み重ねていることを特徴とする組電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気電池とこれを互いに積み重ねてなる組電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の空気電池として、「電池パック」とした名称において特許文献１に記載されたものがある。
特許文献１に記載されている電池パックは、金属製の外装缶内に３個のボタン型空気電池を縦に直列に接続して収納したものであり、また、空気電池と外装缶との間には、その空気電池と外装缶とを絶縁する絶縁シートが配設されている。
【０００３】
各空気電池は、一端面が開口した有底円筒状に形成された金属製の正極缶内部に亜鉛等の負極活物質、水酸化カリウム水溶液等の電解液等が収納され、負極カップにより正極缶の開口部を封口して構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−６７８２４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、上記特許文献１に記載の電池パックでは、空気電池の重量比率の大きな負極板（負極カップ）があるために軽量化を図ることが難しく、また、小型化を阻害する要因ともなっているという未解決の課題がある。
【０００６】
そこで本発明は、上記負極カップに相当する部材を廃して軽量，小型化とともにコスト低減をも図ることができる空気電池とこれを用いた組電池の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するための本発明は、組電池として互いに積層させて用いる空気電池において、一の空気電池を構成する負極材の少なくとも一部を、その一の空気電池に隣接する他の空気電池の正極構成部品に直接当接するように配設させている。
この構成により、上記負極カップに相当する部材を廃しても隣接する空気電池どうしを導通させられるとともに、軽量，小型化とともにコスト低減をも図ることができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、従来の負極カップに相当する部材を廃して軽量，小型化とともにコストの低減をも図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る空気電池を用いた組電池の断面図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る空気電池単独での断面図である。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る空気電池単独での断面図である。
【図４】本発明の第４の実施形態に係る空気電池を上下２段に積み重ねた状態の断面図である。
【図５】本発明の第５の実施形態に係る空気電池を上下２段に積み重ねた状態の断面図である。
【図６】（Ａ）は、本発明の第６の実施形態に係る空気電池の平面図、（Ｂ）は、（Ａ）に示すＩ‐Ｉ線に沿う断面図、（Ｃ）は、（Ａ）に示すＩＩ‐ＩＩ線に沿う断面図である。
【図７】（Ａ）は、本発明の第７の実施形態に係る空気電池の上面図、（Ｂ）は、その下面図、（Ｃ）は、（Ａ）に示すＩＩＩ‐ＩＩＩ線に沿う断面図、（Ｄ）は、ＩＶ‐ＩＶ線に沿う断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る空気電池を用いた組電池の断面図、図２は、本発明の第２の実施形態係る空気電池の断面図である。
【００１１】
図１に示すように、本発明の一例に係る組電池Ｂは、三つの空気電池を互いに上下に積み重ねたものである。
本実施形態においては、本発明の第１の実施形態に係る二つの空気電池Ａ１，Ａ１と、空気電池Ａ０を上下三段に積み重ねたものを示している。
【００１２】
本発明の第１の実施形態に係る空気電池Ａ１は、枠体１０、接点部材２０、正極構成部品３０、電解液及びセパレータ層４０及び負極材５０を有して構成されている。
本実施形態において示す枠体１０は、ポリプロピレン（ＰＰ）やエンジニアリングプラスチック等の耐電解液性のある樹脂製のもので、電気絶縁性を有している。
また、枠体１０の材質として、機械的強度を持たせるために、カーボン繊維やガラス繊維等の強化繊維で複合化した繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）も採用することができる。ポリプロピレン（ＰＰ）やエンジニアリングプラスチック等の耐電解液性のある樹脂を採用した場合、軽量化を図ることができる。ただし、本実施形態において示す枠体１０は、先に述べたように電気絶縁性を有していることが必須条件である。
「電解液」は、水酸化カリウム（ＫＯＨ）や塩化物を主成分とした水溶液又は非水溶液である。
【００１３】
本実施形態において示す枠体１０は、上下両面を開口した円筒形に形成されており、この枠体１０の一方（図示上方）の開口端面１０ａ内縁部には、詳細を後述する接点部材２０を嵌合するための嵌合部１０ｂが全周に亘って形成されている。
【００１４】
また、上記枠体１０の外周壁１１であって、下記の液密通気膜３１に対向する高さ位置には、その外周壁１１の内外を連通する空気流通孔１１ａが軸線Ｏを中心とした所要の角度間隔で形成されている。
嵌合部１０ｂは、接点部材２０の外径に一致する内径にし、かつ、その接点部材２０の高さにほぼ一致する高さにした段差として形成されている。
【００１５】
接点部材２０は導電性を有する金属製のものであり、下記の液密通気膜３１と正極材３２のそれぞれに導通接続され、かつ、図示上側において隣接する他の空気電池Ａ１の枠体１０に当接させるためのものである。
【００１６】
本実施形態において示す接点部材２０は、嵌合部１０ｂに嵌合する外径にしたリング形に形成されているとともに、その嵌合部１０ｂに嵌合したときに、枠体１０の開口端面１０ａと面一となる高さに形成されている。
【００１７】
この接点部材２０の外周壁２１であって、上記した通気用孔１１ａに対向する位置には、その外周壁２１の内外を連通する空気流通孔２１ａが通気用孔１１ａと同じ角度間隔で形成されている。
【００１８】
本実施形態において示す正極構成部品３０は、液密通気膜３１、正極材３２及び集電材３３を有して構成されている。
この正極構成部品３０は、正極材３２で酸素還元反応を行なうための触媒や導電パスを形成するための例えばカーボン粉で形成された導電層であり、触媒やカーボン粉を層として形成するためのバインダ等を含む構成とすることができる。
【００１９】
液密通気膜３１は、導電性とともに液密通気性を有するものであり、正極のガス供給（空気）を行なうための多数の微細な孔が形成され、かつ、電解液が外部に漏れ出さないようなフッ素樹脂等で形成されている。
本実施形態において示す液密通気膜３１は、接点部材２０の内径に一致する外径にした平面視円形に形成されている。換言すると、下記の正極材３２の外面３２ａを被覆するように形成されている。なお、液密通気膜３１は、それ自体の液密性又は水密性をもって液体の通流を阻止する一方で、空気等の気体の通流は許容する通気性を有しているものである。
【００２０】
集電材３３は、ステンレス、Ｃｕ、Ｎｉやカーボン等で形成された導電性の開口体であり、その開口率は正極材３２の導電性によって、例えば金網であれば５０〜６００mesh相当の仕様の中から採用することができる。なお、カーボンペーパーを用いることもできる。
【００２１】
本実施形態において示す集電材３３は、上記した枠体１０の内径に一致した平面視円形に形成されており、イオンを流通させられる大きさの流通孔を有する導電性の金網等である。この集電材３３を配設することにより、導電性や機械的強度を向上させることができる。
【００２２】
正極材３２は、触媒を含んだ導電性、かつ、多孔質な材料で形成されており、例えば、カーボン材料とバインダー樹脂とで形成され、導電性多孔質体内に二酸化マンガン等の触媒が含まれているものである。
【００２３】
負極材５０は、例えばＬｉ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｚｎ，Ｍｇの純金属又はこれらの1つ以上を主成分とする合金製のものであり、この負極材５０の一部又は全部を、この空気電池Ａ１に隣接する他の空気電池Ａ１の正極構成部品３０に直接当接するように配設している。
すなわち、図１に示すように、空気電池Ａ０を最下段としてその上に二つの空気電池Ａ１を積層した場合、上側の空気電池Ａ１の負極材５０下面全面がその下側の空気電池Ａ１又はＡ０の正極構成部品であるところの導電性を有する液密通気膜３１と正対することになるので、後述するように、上側の空気電池Ａ１の負極材５０の少なくとも一部が下側の空気電池Ａ１又はＡ０の液密通気膜３１に圧接すれば、上下の空気電池どうしが導通して直列接続されることになる。
【００２４】
本実施形態において示す負極材５０は、枠体１０の内径一致する外径にした円板形に形成されているとともに、負極材５０の下面５０ａと枠体１０の下端面１０ｂとを面一又は負極材５０の下面５０ａを枠体１０の下端面１０ａよりも下方にやや突出するようにしている。これにより、空気電池Ａ１では、従来は必要としていた集電板、例えば図１の最下段の空気電池Ａ０が有している集電板２２を廃することができる。
【００２５】
空気電池Ａ０は、上述した空気電池Ａ１に集電板２２を枠体１０の下端面１０ｃに配設した他は、上記空気電池Ａ１について説明したものと同等のものであるので、図１においては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。
【００２６】
集電板２２は導電性を有するとともに、電解液がカートリッジ外部に漏れ出ない材質のものであり、例えば、ステンレス、銅（合金）の他、金属表面に耐食性のある金属をメッキしたものである。
【００２７】
次に、上記した空気電池を用いた組電池Ｂの組み立てについて説明する。
最も下側の空気電池Ａ０に空気電池Ａ１を積み重ねると、その空気電池Ａ０の接点部材２０の上端面２０ａと枠体１０の上端面１０ａとが、その上の空気電池Ａ１の枠体１０の下端面１０ｃに当接する。
【００２８】
また同時に、空気電池Ａ１の負極材５０の下面５０ａが空気電池Ａ０の液密通気膜３１に当接密着して導通する。これにより、上下の空気電池Ａ１，Ａ０どうしが直列接続される。
このとき、空気流通孔１１ａ，２１ａが、枠体１０，接点部材２０にそれぞれ形成されているので、空気の流通を容易に行なわせることができる。
【００２９】
さらに、その空気電池Ａ１の上側に、これとは別の空気電池Ａ１を積み重ねると、その空気電池Ａ１の接点部材２０の上端面２０ａと枠体１０の上端面１０ａとが、上側の空気電池Ａ１の枠体１０の下端面１０ｃに当接する。同時に、上側の空気電池Ａ１の負極材５０の下面５０ａが下側の空気電池Ａ１の液密通気膜３１に当接密着して導通する。これにより、上下の空気電池Ａ１，Ａ０どうしが直列接続される。このとき、上記と同様にして空気流通孔１１ａ，２１ａが、枠体１０，接点部材２０にそれぞれ形成されているので、空気の流通を容易に行なわせることができる。
【００３０】
この構成によれば、導電性の液密通気膜３１を採用しているので、負極材との接触面積を大きく取ることができ、接触界面の電池抵抗を低減することができる。また、電流制御の運転では、負極面積の変化によって電圧の変化から負極材の消耗度をモニタリングすることができる。
【００３１】
以上の構成により、従来では必須とされた封口のための負極カップに相当する部材を廃することができるほか、少なくとも空気電池Ａ１では空気電池Ａ０のような集電材２２までも廃することができるので、軽量，小型化とともに、コストの低減をも図ることができる。
また、組み立て時に部品を減らすことができるので、より組み立てを容易に行なうことができる。
【００３２】
次に、図２を参照して第２の実施形態に係る空気電池について説明する。図２は、第２の実施形態に係る空気電池の断面図である。なお、上述した実施形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。
【００３３】
第２の実施形態に係る空気電池Ａ２は、枠体と負極材の材質，形状が相違している。
負極材５０Ａは、枠体１０Ａの内径に一致する直径にした小径部５０Ａ′と、この小径部５０Ａ′よりも大きな直径とした大径部５０Ａ″とからなる。
【００３４】
枠体１０Ａは、上下両面を開口した円筒形に形成されており、この枠体１０の一方（図示上方）の開口端面１０ａ内縁部には、導電性の液密通気膜３１を嵌合するための嵌合部１０ｂが全周に亘って形成されている。
【００３５】
この枠体１０の他方（図示下方）の開口端面（下端面）１０ｃの内縁部には、負極材５０Ａの大径部５０Ａ″を嵌合するための嵌合部１０ｄが全周に亘って形成されている。また、この負極材５０Ａの下面全体を、この空気電池Ａ１に隣接する他の空気電池Ａ１の正極構成部品３０、すなわち正極構成部品３０を構成している液密通気膜３１に直接当接するように形成している。
【００３６】
この構成によれば、先の第１の実施形態と同様に、導電性の液密通気膜３１を採用しているので、負極材との接触面積を大きく取ることができ、接触界面の電気抵抗を低減することができる。
また、電流制御の運転では、負極面積の変化によって電圧の変化から負極材の消耗度をモニタリングすることができる。
【００３７】
図３を参照して第３の実施形態に係る空気電池について説明する。図３は、第３の実施形態に係る空気電池の断面図である。なお、上述した実施形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。
【００３８】
第３の実施形態に係る空気電池Ａ３は、上記した空気電池Ａ２と同じく、枠体と負極材の形状が相違している。
負極材５０Ｂは、これの上面５０ａから下面５０ｂ近傍にかけて断面積が次第に大きくなる略台形断面にして形成されている。
この負極材５０Ｂは、これの下面５０ｂ全体を、この空気電池Ａ３に隣接する他の空気電池Ａ３の正極構成部品３０、すなわち正極構成部品３０を構成している液密通気膜３１に直接当接するように形成している。
【００３９】
枠体１０Ｂは、上下両面を開口した円筒形に形成されており、この枠体１０Ｂの他方（図示下方）の開口端面１０ｂ内縁部には、負極材５０Ｂを嵌合するための嵌合部１０ｅが全周に亘って形成されている。
この構成によっても、上記空気電池Ａ２と同様の効果を得ることができる。
【００４０】
図４を参照して第４の実施形態に係る空気電池について説明する。図４は、第４の実施形態に係る空気電池を上下２段に積み重ねた状態の断面図である。なお、上述した各実施形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。
【００４１】
第４の実施形態に係る空気電池Ａ４は、導電性の液密通気膜３１の外径Ｄ２を、負極材５０Ａの外径Ｄ１よりも大きく設定している。
これにより、継続した使用により負極材５０Ａの溶解が進行して貫通してしまったときにも、その負極材５０Ａより大きなサイズで設定されている液密通気膜３１がシール機能を発揮する。
【００４２】
図５を参照して第５の実施形態に係る空気電池について説明する。図５は、第５の実施形態に係る空気電池を上下２段に積み重ねた状態の断面図である。なお、上述した各実施形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。
【００４３】
第５の実施形態に係る空気電池Ａ５は、一の空気電池Ａ５の導電性の液密通気膜３１と、これらに当接する他の空気電池Ａ５の負極材５０Ｃとの界面上に、空気を流通させるための空気流路（図中矢印で示す）が形成されている。
なお、図５には記載していないが、空気流路は負極材５０Ｃの上記当接する面（特に５０Ｃ″）に、図中矢印の方向に空気が流れるように溝が形成されている。若しくは液密通気部材３１の当接する面に溝が形成されている。
【００４４】
枠体１０Ｃは、上下両面を開口した円筒形若しくは矩形状に形成されている。図５は矩形状を前提とした場合の断面構造である（以下同じ）。また、両開口端面内縁部には、いずれも嵌合部が形成されていないものである。
負極材５０Ｃは、枠体１０Ｃの内径に一致する外径にした小径部５０Ｃ′と、枠体１０Ｃの内径と外径の間に位置する外径にした大径部５０Ｃ″とを形成したものである。
【００４５】
大径部５０Ｃ″は、隣り合う二つの空気電池Ａ５，Ａ５どうしの間、すなわち、一方の空気電池Ａ５の枠体１０Ｃの下端面１０ｂと、他方の空気電池Ａ５の枠体１０Ｃの上端面１０ａとの間に挟入されて、上記空気流路を形成する。
【００４６】
なお、３３Ａは、上記した集電材３３と同様の集電材であり、小径部５０Ｃ′と大径部５０Ｃ″の境界に配設されている。換言すると、枠体１０Ｃの下端面１０ｂとほぼ面一となる高さ位置に配設されている。
【００４７】
その空気流路の入出口には、上記液密通気膜３１よりも透気性の高い液密通気膜３１Ａを設けたものである。
本実施形態において示す液密通気膜３１Ａは、液密通気膜３１の外径に一致する内径にし、かつ、枠体１０Ｃの外径に一致する外径にしたものである。
【００４８】
上記の構成によれば、液密通気膜３１Ａが、空気流路の入出口の液体シール機能部材として作用する。すなわち、集電板を用いずに直接負極材５０Ｃに当接するとき、負極材５０Ｃの貫通溶解で電解液が漏れた場合にも、空気流路の入出口からの電解液の漏洩を防止できる。
なお、図５に示すように、二つの空気電池Ａ５どうしを重ねた場合には、下側の空気電池Ａ５の液密通気膜３１と上側の空気電池Ａ５における負極部材５０Ｃの大径部５０Ｃ″との密着することで、上下の空気電池Ａ５どうしが導通して直列接続される。
【００４９】
図６を参照して第６の実施形態に係る空気電池について説明する。図６（Ａ）は、第６の実施形態に係る空気電池の平面図、（Ｂ）は、（Ａ）に示すＩ‐Ｉ線に沿う断面図、（Ｃ）は、（Ａ）に示すＩＩ‐ＩＩ線に沿う断面図である。なお、上述した各実施形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。
【００５０】
第６の実施形態に係る空気電池Ａ６は、平面視長方形枠形にした枠体６０内に、上記した正極構成部品３０、電解液及びセパレータ層４０及び負極材５０Ａを配設しているとともに、流路形成部材７０と高透気性シール材８０，８０を有する構成のものである。
【００５１】
流路形成部材７０は、正極構成部品３０をなす導電性の液密通気膜３１上に配設され、空気の流通方向αに平行な複数のリブ７１…を互いに等間隔にして配列したものである。
なお、流路形成部材７０も導電性を有している。
高透気性シール材８０，８０は、枠体６０の空気の流入側側面６０ｂに相当する位置、より具体的には枠体６０のうち長辺側の上端面６０ａ，６０ａ上の中央部に設けられ、空気の流通を容易に行なえるようにしたものである。
【００５２】
高透気性シール材８０，８０が配設された枠体６０の上端面６０ａは、空気電池Ａ６，Ａ６どうしを重ねた場合に、それら上下の空気電池Ａ６，Ａ６どうしの間に空気流路が区画形成されるように、流路形成部材７０よりも相対的に低くなるように設定されている。
【００５３】
図７を参照して第７の実施形態に係る空気電池について説明する。図７（Ａ）は、第７の実施形態に係る空気電池の上面図、（Ｂ）は、その下面図、（Ｃ）は、（Ａ）に示すＩＩＩ‐ＩＩＩ線に沿う断面図、（Ｄ）は、ＩＶ‐ＩＶ線に沿う断面図である。なお、上述した各実施形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。
【００５４】
第７の実施形態に係る空気電池Ａ７は、平面視リング形の外枠材９０と、これよりも小径にした円筒形の空気導入管９１を、軸線Ｏを中心とした同心円配置にしている。
それら外枠材９０と空気導入管９１とにより囲繞された内空間には、上記した接点部材２０、流路形成部材１１０、正極構成部品３０、電解液及びセパレータ層４０及び負極材５０を互いに積み重ねて配設した構成のものである。
【００５５】
外枠材９０の上端面９０ａには上記した高透気性シール材１００を設けており、それは、外枠材９０の内外径に一致する肉厚にしかつ所要の高さにするとともに、液密通気膜３１を囲繞する円環形にしたものである。
この高透気性シール材１００には、外枠材９０の内外を連通する通気用溝１０１が軸線Ｏを中心とした所要の角度間隔で形成されている。
【００５６】
外枠材９０の下端面９０ｂには、上記した高透気性シール材１００を設けたものであり、それは、外枠材８０の内外径に一致する肉厚の円環形にしたものである。
この高透気性シール材１００には、外枠材９０の内外を連通する通気用溝１０１が軸線Ｏを中心とした所要の角度間隔で形成されている。
【００５７】
空気導入管９１は、図７（Ｃ）に示すように、高透気性シール材１００と同じ高さとなるように形成されており、この上端面９１ａには、空気導入溝９２が、軸線Ｏを通る直径線上に形成されている。
また、この下端面９１ｂにも、空気導入溝９４が、軸線Ｏを通る直径線上に形成されている。
【００５８】
流路形成部材１１０は、正極構成部品３０をなす導電性の液密通気膜３１上に配設され、空気導入孔９２から導入された空気を上記した通気用溝１０１に円滑に流通させるように、軸心Ｏを中心とする放射状に配列された複数のリブを有して構成されている。
【００５９】
・以上詳細に説明したが、いずれにしても、上記各実施形態において説明した各構成は、それら各実施形態にのみ適用することに限らず、一の実施形態において説明した構成を、他の実施形態に準用若しくは適用し、さらには、それを任意に組み合わせることができるものである。
【符号の説明】
【００６０】
３０  正極構成部品
３１，３１Ａ  液密通気膜
５０，５０Ａ〜５０Ｃ  負極材
Ａ１〜Ａ７  空気電池
Ｂ  組電池
【図１】
2013175445.tif 000003
【図２】
2013175445.tif 000004
【図３】
2013175445.tif 000005
【図４】
2013175445.tif 000006
【図５】
2013175445.tif 000007
【図６】
2013175445.tif 000008
【図７】
2013175445.tif 000009