(57)【要約】【課題】マグネシウム電池セルの複数個を同一容器内で直列接続したマルチセル型電池において、電池の正極側に近いセルの負極活物質が早く消滅し、他セルの負極活物質が残ったまま電池寿命を終えてしまうことがある。本現象は各セルを密閉封止すると防止できるが、構造が複雑化して電池の大型化・高コスト化を生じてしまう。セルの密閉をせず簡便な方法で各セルの負極活物質が消滅する時期を揃えることが課題である。【解決手段】マグネシウム電池（１０）の正極（６２）近くに接続されたセルの負極活物質（５１、４１）を、より負極（６１）側に接続されたセルの負極活物質（４１、３１）に比べてより厚いものとする。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
負極となるマグネシウムを含む金属層、電解液で満たされているセパレータ層、活性炭素層、及び正極となる導体層の４つの層がこの順序で並んでいるマグネシウム電池セル
の複数個を備え、
該複数個のマグネシウム電池セルを直列に接続して１個の電池を構成するマルチセル型のマグネシウム電池であって、
該マグネシウム電池のより正極側に接続されているマグネシウム電池セルの該金属層を、該マグネシウム電池のより負極側に接続されているマグネシウム電池セルの該金属層には津名をすることを特徴とするマルチセル型のマグネシウム電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マグネシウムを含む金属空気電池に関するものである。特に、複数の電池セルを直列接続したマルチセル型のマグネシウム電池において、安定かつ効率的に長期間の電流供給を可能とさせるための構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
マグネシウムを含む金属等を負極とし、空気極を正極とするマグネシウム電池は、エネルギー密度が高く、安全性も高い。材料のマグネシウムは資源的に極めて豊富で安価であり、また軽量である。
【０００３】
しかし、マグネシウム電池では、負極活物質のマグネシウムが電解液に溶出して反応することにより放電が行われるため、放電の都度、負極活物質が消耗する。したがって、やがては負極活物質が消失し、電池としての寿命が尽きることとなる。
【０００４】
電池をできるだけ長寿命化させるためには、理想的には、負極活物質のすべてが使い尽くされるまで、電池としての機能が発揮できるようにすることが望まれる。しかし、負極反応は必ずしも負極活物質の各所で一様とはならないため、負極活物質が全体としてはまだ十分使用されていないのに、一部分のみの消耗が進行して消滅することが間々あり、これにより電池の寿命が予想外に短くなってしまうという問題を生じている。
【０００５】
負極活物質の量を多くすれば消失までの寿命は長くできるが、電池の重量や製造コストが増加するなどの問題がある。このためマグネシウム電池の負極活物質の消耗をできるだけ防ぐことや、消滅しないようにするため、特許文献１ないし５のような諸々の発明が行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第５０３４０１４号
【特許文献２】特開２０１１−１８１３８２
【特許文献３】特開２０１３−１９１４８１
【特許文献４】特許第５３７９９４１号
【特許文献５】特開２０１４−８９９０４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１ないし５の発明は、単体のマグネシウム電池における長寿命化のための発明である。しかるに本発明は、複数個のマグネシウム電池セルが直列に接続されているマルチセル型のマグネシウム電池において、電池を長寿命化する手段を提供するものである。
【０００８】
直列接続された複数個のセルから構成されたマルチセル型のマグネシウム電池は、単一セルのマグネシウム電池では得られない高電圧を発生することができるので、実用上極めて重要なものである。
【０００９】
直列接続マルチセル型のマグネシウム電池は、図１に示すように、一つの電池容器の中に複数セルを直接隣接させて並べることにより簡易に構成することができ、小型・低価格なマグネシウム電池が実現できる。
【００１０】
しかしながら、このような直列接続のマルチセル型のマグネシウム電池においては、該電池の正極側により近く接続されているセルは、該電池の負極側により近いセルに比べて、負極活物質が異常に早く消耗する現象を生ずることが経験的に知られている。
【００１１】
したがって、複数のマグネシウム電池セルの各負極活性物質の層厚が等しいマグネシウム電池の場合は、発電を開始すると、電池の正極近くに位置するマグネシウム電池セルにおいては、負極活性物質が早期に消耗するので、負極活物質が他のマグネシウム電池セルにはまだ十分に残っているときでも、電池としては機能できなくなる現象が発生する。よって、一部のマグネシウム電池セルにおいて、負極活性物質が未使用のまま廃棄されることになり、負極活性物質の効率的な使用が出来ず、また電池寿命も負極活性物質の総量を使いこなせない結果、理論寿命より短寿命とならざるを得ない。この点が、直列接続マルチセル型マグネシウム電池の問題点となっている。
【００１２】
このような負極活物質の不均等な消耗現象は、セル内の電解液が漏出して他のセルの電極に接触すること（液絡）により、セル間に局部的な電池が形成されてしまうことに原因すると推測されている。
【００１３】
したがって、各セルをそれぞれ完全に密封し、電解液がセル間に漏れ出すことがないようにすれば、本現象を防ぐことは可能である。しかしこの場合、密封機構に加えて、セル間を直列接続する配線をセルの外部に設けることが必要になるので、電池内の構造が複雑になる。これにより、電池サイズの増大や製造コストの上昇を招来し、小型・低価格な直列接続マルチセル型マグネシウム電池を実現するためには大きな障害となる。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、上記した課題に鑑みなされたもので、負極となるマグネシウムを含む金属層、電解液で満たされているセパレータ層、活性炭素層、及び正極となる導体層の４つの層がこの順序で並んでいるマグネシウム電池セルの複数個を備え、該複数個のマグネシウム電池セルを直列に接続して１個の電池を構成するマルチセル型のマグネシウム電池であって、  該マグネシウム電池のより正極側に接続されているマグネシウム電池セルの該金属層を、該マグネシウム電池のより負極側に接続されているマグネシウム電池セルの該金属層に比べて厚くすることにある。
【発明の効果】
【００１５】
本発明により、直列接続マルチセル型マグネシウム電池において、各セルを密封せず、かつセル内の負極活物質であるマグネシウム等金属の消耗速度の差に起因する無駄の発生を防ぎつつ、電池の長寿命化が実現できる。このため、電池の軽量・小型化、製造コストの低減等の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態であるマグネシウム電池の外観斜視図である。
【図２】図１のマグネシウム電池の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図１および図２に示した本発明の一実施形態であるマグネシウム電池について説明する。  図１および図２において、直方体の電池容器２０の中には、３個のマグネシウム電池セル３０、４０、５０が収納されている。本実施例においては、電池容器２０の上面は空気を取り込むため開放されているが、通気ができるものであれば、上面は覆われていてもよい。
【００１８】
各セル３０、４０、５０の中では、それぞれ、負極となる金属層であるマグネシウム層３１、４１、５１、中間のセパレータ層３２、４２、５２、活性炭素層３３，４３，５３、及び正極となる導体層３４、４４、５４がこの順序で並んでいる。セパレータ層３２、４２、５２は電解液で満たされている。なお、図１においては、電池１０の負極端子６１の電池容器外の部分、および電池１０の正極端子６２の電池容器内の部分は、電池容器２０の陰になっていて図示されていない。
【００１９】
また、セル３０の正極３４はセル４０の負極４１と、セル４０の正極４４はセル５０の負極５１と直接隣接して電気的にも接触しており、これによりセル３０、４０、５０は、直列接続を構成している。
【００２０】
更に、セル３０の負極３１は電池１０の負極端子６１に、セル５０の正極５４は電池１０の正極端子６２に、接続されている。
【００２１】
以上の構成により、セル３０、４０、５０のそれぞれにおいては、活性炭素層３３，４３，５３から取り込まれた空気中の酸素がセパレータ層３２、４２、５２の電解液中においてマグネシウム層３１、４１、５１から溶出したマグネシウムイオンと反応し、これにより各セルの正極と負極との間に起電力を発生する。そして、セル３０、４０、５０は直列接続されているので、電池１０の正極端子７２と負極端子７１との間には、各セルの起電力の総和に等しい起電力を発生する。
【００２２】
ここにおいて、セル３０、４０、５０のマグネシウム層３１、４１、５１に関しては、本発明の特徴として、電池１０の負極端子６１に最も近く接続されているセル３０のマグネシウム層３１が最も薄く、電池１０の正極端子６２に最も近く接続されているセル５０のマグネシウム層５１が最も厚く構成されている。
【００２３】
例えば、マグネシウム層４１の厚さを相対比で１．０とするとき、マグネシウム層３１の厚さは０．８と薄くし、マグネシウム層５１の厚さは１．２と厚くすることが考えられる。
【００２４】
このように三つのマグネシウム層の厚さを変えることによって、「発明が解決しようとする課題」に述べたように、セル５０の負極であるマグネシウム層５１の消耗が最も早く進行し、セル４０のマグネシウム層４１の消耗がそれに次ぎ、セル３０のマグネシウム層３１の消耗が最も遅くなるが、各セルのマグネシウム層がほぼ同時に消失するようにすることができる。
【００２５】
本実施形態においては、負極活物質はマグネシウムとしたが、一般にはマグネシウムを含む金属等を負極活物質とする電池において本発明が適用され得ることは明らかである。
【００２６】
また本発明は、この本実施形態に示したような各セルおよびセル内の各層が平面板状に並んで接している構造のマグネシウム電池に限らず、セル内の各層が同心円の円筒状に構成されているマグネシウム電池や、セル間が直接隣接せずに別途導体により接続されているマグネシウム電池などにも同様に適用され得ることも明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明は、電池全体としての重量・寸法や製造コストを抑えながら長寿命のマグネシウム電池を提供する。
【符号の説明】
【００２８】
１０  マグネシウム電池
２０  電池容器
３０  電池セル
３１  電池セル３０のマグネシウム層（負極）
３２  電池セル３０のセパレータ層
３３  電池セル３０の活性炭素層
３４  電池セル３０の導電体層（正極）
４０  電池セル
４１  電池セル４０のマグネシウム層（負極）
４２  電池セル４０のセパレータ層
４３  電池セル４０の活性炭素層
４４  電池セル４０の導電体層（正極）
５０  電池セル
５１  電池セル５０のマグネシウム層（負極）
５２  電池セル５０のセパレータ層
５３  電池セル５０の活性炭素層
５４  電池セル５０の導電体層（正極）
６１  電池１０の負極端子
６２  電池１０の正極端子
【図１】
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【図２】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年10月26日(2016.10.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
負極となるマグネシウムを含む金属層、電解液で満たされているセパレータ層、活性炭素層、及び正極となる導体層の４つの層がこの順序で並んでいるマグネシウム電池セルの複数個を備え、
該複数個のマグネシウム電池セルを直列に接続して１個の電池を構成するマルチセル型のマグネシウム電池であって、
該マグネシウム電池のより正極側に接続されているマグネシウム電池セルの該金属層を、該マグネシウム電池のより負極側に接続されているマグネシウム電池セルの該金属層に比べて厚くすることを特徴とするマルチセル型のマグネシウム電池。