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特許6403091電池システム

書誌要約請求の範囲詳細な説明課題実施例実施するための形態図面の説明

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6403091

(24)【登録日】2018年9月21日

(45)【発行日】2018年10月10日

(54)【発明の名称】電池システム

(51)【国際特許分類】

H01M 2/36 20060101AFI20181001BHJP

H01M 12/06 20060101ALI20181001BHJP

【ＦＩ】

H01M2/36 101H

H01M12/06 A

H01M12/06 D

H01M12/06 J

【請求項の数】12

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2014-208464(P2014-208464)

(22)【出願日】2014年10月10日

(65)【公開番号】特開2016-81575(P2016-81575A)

(43)【公開日】2016年5月16日

【審査請求日】2017年8月4日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003997

【氏名又は名称】日産自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100102141

【弁理士】

【氏名又は名称】的場基憲

(72)【発明者】

【氏名】長山森

(72)【発明者】

【氏名】佐藤文紀

【審査官】立木林

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１４／１５６４３３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１３−１４９４５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３−２１４５０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０−１７０８１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】再公表特許第２０１５／１４５６９３（ＪＰ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ２／３６−２／４０

Ｈ０１Ｍ１２／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電解液及び電解液を調製するための溶媒の少なくとも一方の液体を貯留する貯留容器と、
正極と、負極と、フレーム部材とを備え、該正極及び該負極が、該正極、該負極及び該フレーム部材で囲まれた電解液収容部を介して対向する構造を有し、電解液及び電解液を調製するための溶媒の少なくとも一方の液体を該電解液収容部に供給することによって成立する電池と、
上記貯留容器と上記電池とを接続する液体流路と、
上記液体流路を介して、上記貯留容器から上記電池への液体の供給を行う液体供給部と、
上記電解液収容部に生成する酸化析出物を除去する除去部と、を備え、
上記貯留容器と上記電池とを一体又は別体で含み、
上記貯留容器及び上記電池の少なくとも一方が、上記液体流路を有し、
上記除去部が、上記電池の底部に接続される上記液体流路を含む上記液体供給部を有し、
上記電池が、上記電解液収容部の上部に上記正極及び上記負極が対向していない電極非対向部を有し、
上記電極非対向部が、上記除去部に含まれる
ことを特徴とする電池システム。

【請求項2】

上記液体流路が、上記貯留容器の底部に接続されることを特徴とする請求項１に記載の電池システム。

【請求項3】

上記液体流路を複数備え、
上記液体流路を介して、上記液体供給部が、上記貯留容器と上記電池との間での液体の循環を行う
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電池システム。

【請求項4】

上記液体流路の１つが、上記電池の上記電極非対向部に接続されることを特徴とする請求項３に記載の電池システム。

【請求項5】

上記電池の上記電極非対向部に接続される上記液体流路が、上記貯留容器の上部に接続されることを特徴とする請求項４に記載の電池システム。

【請求項6】

上記液体流路の１つが、その内部にフィルタを有することを特徴とする請求項３〜５のいずれか１つの項に記載の電池システム。

【請求項7】

上記貯留容器が、その内部にフィルタを有することを特徴とする請求項３〜６のいずれか１つの項に記載の電池システム。

【請求項8】

上記負極が、軽金属を適用したものであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つの項に記載の電池システム。

【請求項9】

上記軽金属が、マグネシウムであることを特徴とする請求項８に記載の電池システム。

【請求項10】

上記液体流路が、上記貯留容器及び上記電池を含むカートリッジ型ユニットの内部に形成されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つの項に記載の電池システム。

【請求項11】

上記貯留容器及び上記電池が、一体又は別体で含まれ、一体又は別体として装脱可能なカートリッジ構造を有することを特徴とする請求項１０に記載の電池システム。

【請求項12】

上記電池が、空気電池であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１つの項に記載の電池。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電池システムに関する。更に詳細には、本発明は、電池の起動性に優れ、電池の高容量化及び高出力化を実現し得る電池システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、空気中の二酸化炭素の被毒を受けにくい空気電池を提供することを目的として、収納外装材に正極触媒と負極とを有する本体部と、電解液と、電解液のタンクと、電解液を循環させるポンプと、電解液の循環途中に酸素取り入れ部と、本体部とタンクとポンプと酸素取り入れ部とを連結する配管とを有し、酸素取り入れ部に酸素選択透過膜が載置されている空気電池が提案されている（特許文献１参照。）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１２−８４２６１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１に記載された空気電池にあっては、循環させるための構造が複雑であり、酸化析出物の処理が難しい。そこで、本発明者らが、高出力化について電極間隔の削減を主に検討したところ、酸化析出物を除去する所定の除去部を設けることにより、電池の高出力化だけでなく、電池の起動性向上や高容量化を図ることができるという新たな技術知見を得た。

【0005】

本発明は、このような新たな技術知見に基づいてなされたものである。そして、本発明は、電池の起動性に優れ、電池の高容量化及び高出力化を実現し得る電池システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明者らは、酸化析出物を除去する所定の除去部を備えた構成とすることにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。

【0007】

すなわち、本発明の電池システムは、所定の貯留容器と、所定の電池と、貯留容器と電池とを接続する液体流路と、液体流路を介して、貯留容器から電池への液体の供給を行う液体供給部と、電解液収容部に生成する酸化析出物を除去する除去部と、を備え、貯留容器と電池とを一体又は別体で含み、貯留容器及び電池の少なくとも一方が、液体流路を有し、除去部が、電池の底部に接続される液体流路を含む液体供給部を有しているものである。そして、所定の貯留容器は、電解液及び電解液を調製するための溶媒の少なくとも一方の液体を貯留するものである。また、所定の電池は、正極と、負極と、フレーム部材とを備え、正極及び負極が、正極、負極及びフレーム部材で囲まれた電解液収容部を介して対向する構造を有し、電解液及び電解液を調製するための溶媒の少なくとも一方の液体を電解液収容部に供給することによって成立するものである。さらに、所定の電池は、電解液収容部の上部に正極及び負極が対向していない電極非対向部を有し、電極非対向部が、除去部に含まれる。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、電解液及び電解液を調製するための溶媒の少なくとも一方の液体を貯留する貯留容器と、正極と負極とフレーム部材とを備え、正極及び負極が、正極、負極及びフレーム部材で囲まれた電解液収容部を介して対向する構造を有し、電解液及び電解液を調製するための溶媒の少なくとも一方の液体を電解液収容部に供給することによって成立する電池と、貯留容器と電池とを接続する液体流路と、液体流路を介して、貯留容器から電池への液体の供給を行う液体供給部と、電解液収容部に生成する酸化析出物を除去する除去部と、を備え、貯留容器と電池とを一体又は別体で含み、貯留容器及び電池の少なくとも一方が、液体流路を有し、除去部が、電池の底部に接続される液体流路を含む液体供給部を有し、電池が、電解液収容部の上部に正極及び負極が対向していない電極非対向部を有し、電極非対向部が、除去部に含まれる構成とした。そのため、電池の起動性に優れ、電池の高容量化及び高出力化を実現し得る電池システムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、第１の形態に係る電池システムを模式的に示す構成図である。

【図2】図２（Ａ）及び（Ｂ）は、第１の形態に係る電池システムにおいて液体の供給を行う際の動作及び液体の回収を行う際の動作を模式的に示す説明図である。

【図3】図３（Ａ）〜（Ｃ）は、第１−１〜第１−３の例に係る電池を模式的に示す断面図である。

【図4】図４（Ａ）〜（Ｃ）は、第１−４〜第１−６の例に係る電池を模式的に示す断面図である。

【図5】図５は、第２の形態に係る電池システムを模式的に示す構成図である。

【図6】図６は、第２の形態に係る電池システムにおいて液体の供給又は回収を行う際の動作を模式的に示す説明図である。

【図7】図７は、第３の形態に係る電池システムを模式的に示す構成図である。

【図8】図８（Ａ）及び（Ｂ）は、第３の形態に係る電池システムにおいて液体の供給を行う際の動作及び液体の回収を行う際の動作を模式的に示す説明図である。

【図9】図９は、第４の形態に係る電池システムを模式的に示す構成図である。

【図10】図１０は、第４の形態に係る電池システムにおいて液体の供給又は回収を行う際の動作を模式的に示す説明図である。

【図11】図１１は、第５の形態に係る電池システムを模式的に示す構成図である。

【図12】図１２（Ａ）及び（Ｂ）は、第５の形態に係る電池システムにおいて液体の供給、回収又は循環を行う際の動作を模式的に示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の一形態に係る電池システムについて図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の形態で引用する図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。

【0011】

＜第１の形態＞
まず、第１の形態に係る電池システムについて図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、第１の形態に係る電池システムを模式的に示す構成概略図である。また、図２（Ａ）及び（Ｂ）は、第１の形態に係る電池システムにおいて液体の供給を行う際の動作及び液体の回収を行う際の動作を模式的に示す説明図である。

【0012】

図１及び図２に示すように、本形態の電池システム１は、カートリッジ型ユニットＡと、電池制御部Ｂと、液体供給部Ｃと、除去部Ｄとを含む。

【0013】

そして、カートリッジ型ユニットＡは、貯留容器１０と複数のセルからなる組電池である電池２０とを一体又は別体で含み、貯留容器１０及び電池２０のいずれか一方又は双方が、貯留容器１０と電池２０とを接続する液体流路３０を備えている。なお、詳しくは後述する電池２０は、正極と負極とフレーム部材とを備え、正極及び負極が、正極、負極及びフレーム部材で囲まれた電解液収容部を介して対向する構造を有し、電解液及び電解液を調製するための溶媒の少なくとも一方の液体を電解液収容部に供給することによって成立するものである。また、本形態においては、液体流路３０が電池２０の底部及び貯留容器１０の底部に接続されている。更に、本形態においては、液体流路３０が貯留容器１０及び電池２０に内包される、換言すれば液体流路３０がカートリッジ型ユニットＡの内部に形成されている。

【0014】

また、上記電池制御部Ｂは、カートリッジ型ユニットＡを貯留容器１０と電池２０とを一体又は別体として装脱可能な装着部４０を備えている。なお、本形態においては、電池制御部Ｂは、液体供給部Ｃの駆動部５０としてのモータ５１を備えている。

【0015】

更に、上記液体供給部Ｃは、液体流路３０を介して、貯留容器１０から電池２０への液体の供給を行うものである。なお、本形態においては、液体供給部Ｃは、モータ５１と、モータ５１により駆動されるロータ５２Ａ及びローラ５２Ｂと、液体流路３０と、貯留容器１０とから構成されるチューブポンプ５２とを備えている。そして、具体的には、ポンプヘッドとして機能する貯留容器１０とモータ５１の図示しない回転子に接続されたロータ５２Ａに取り付けられたローラ５２Ｂとの間に液体流路３０のチューブ部３０Ａを挟み込み、図２（Ａ）において矢印Ｘで示すように、ロータ５２Ａが左回りに回転することにより、液体流路３０を介して、貯留容器１０から電池２０への液体の供給が行われる。また、本形態においては、駆動部５０としてのモータ５１が逆に駆動することにより、図２（Ｂ）において矢印Ｙで示すように、ロータ５２Ａが右回りに回転して、液体流路３０を介して、電池２０から貯留容器１０への液体の回収が液体供給部Ｃにより行われる。更に、図示しないが、電解液収容部は、例えば、開閉可能な空気抜け部を有していてもよい。また、電池が空気電池である場合には、正極に設けられる液密通気層を空気抜け部として利用することもできる。

【0016】

また、上記除去部Ｄは、電解液収容部に生成する酸化析出物を除去するものであって、電池２０の底部に接続される液体流路３０を含む液体供給部Ｃを有している。

【0017】

上述のように、酸化析出物を除去する所定の除去部を備えた構成とすることにより、電池の起動性や容量、出力の向上を図ることができる。つまり、液体流路が電池の底部に接続されているため、液体供給部が駆動することにより、電解液収容部に生成する酸化析出物に下方から液体が供給され、酸化析出物を除去する除去部として機能することができる。酸化析出物は、放電時の発熱と水素の付着により上昇し易いので、底部から液体を供給することにより、その除去が容易となる。また、液体供給の初期に発生する水素の除去にも有効である。その結果、電池の起動性を向上させることができる。また、小型化が可能であるため、容量及び出力の向上を図ることもできる。

【0018】

そして、本形態の電池システムのように、駆動部を電池制御部に設けることによって、電池を含む取り扱い容易なカートリッジ型ユニットにおいて、例えば、モータなどの部品を設ける必要がなく、部品点数を低減できるため、小型化や軽量化、低コスト化を図ることができ、更に、耐久性向上の障害となる部位が簡単に交換可能な構造となったため、電池システム自体の耐久性向上を図ることができる。また、電池の底部に接続された液体流路を介して、液体供給部により液体の自由な供給・回収が可能となり、起動・停止の制御が容易になるという利点もある。

【0019】

なお、本形態においては、電池として複数のセルからなる組電池を適用した場合を一例に挙げて説明したが、電池として１つのセルからなる単電池を適用した場合が、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。

【0020】

また、本形態においては、カートリッジ型ユニットに液体供給部の駆動部としてのモータを設けない場合を一例に挙げて説明したが、カートリッジ型ユニットにモータを設け、他の部品を設けない場合が、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。なお、液体供給部に適用される部品のうち、駆動部としてのモータは、相対的に体積や重量が大きく、コストも高いため、カートリッジ型ユニットから除去することは好適である。

【0021】

更に、本形態においては、液体流路が貯留容器の底部に接続されている場合を一例に挙げて説明したが、電池の底部と貯留容器とが液体流路により接続されていれば、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。なお、液体流路が貯留容器の底部に接続されていることにより、貯留容器から電池へ液体を供給する際に、貯留容器内の空気が入り込まないようにすることが可能となる。

【0022】

また、本形態においては、液体流路が貯留容器及び電池に内包される、換言すれば液体流路がカートリッジ型ユニットの内部に形成されている場合を一例に挙げて説明したが、電池の底部と貯留容器とが液体流路により接続されていれば、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。なお、液体流路が貯留容器及び電池に内包される、換言すれば液体流路がカートリッジ型ユニットの内部に形成されている構成とすることにより、シンプルな構造とすることができ、耐漏液性を確保し易いという利点がある。

【0023】

更に、本形態においては、電池を保管する際に、液体が貯留容器にのみ存在していることが好適である。このような構成とすることにより、電池の劣化を抑制しながら長期保存することができる。

【0024】

ここで、各構成について更に詳細に説明する。

【0025】

上記貯留容器１０は、電解液及び電解液を調製するための溶媒のいずれか一方又は双方の液体を貯留するものであれば、特に限定されるものではない。

【0026】

そして、上記電解液としては、例えば、電解質支持塩とこれを溶解する溶媒とを含むものを挙げることができる。なお、電解質支持塩としては、例えば、塩化カリウム、塩化ナトリウム、水酸化カリウムなどを挙げることができる。また、溶媒としては、例えば、水、有機溶媒などを挙げることができる。しかしながら、これらに限定されるものではなく、例えば、空気電池に適用される従来公知の電解液を適用することが好ましい。空気電池は、体積当たりのエネルギー密度が高く、高容量であり、補助電池として車両への搭載が好適であるが、電池の種類はこれに限定されるものではなく、例えば、アルカリ電池であってもよい。空気電池の中では、取り扱いが容易であるなどの観点から、塩化ナトリウム水溶液を電解液とする塩水電池が好適である。更に、液体が溶媒である場合には、図示しないが、電解液を調製するための支持塩を詳しくは後述する電解液収容部の内部に予め保持させておく構成としてもよく、また、図示しないが、支持塩を貯蔵する貯蔵容器を別に有する構成としてもよい。

【0027】

また、上記電池２０は、正極と負極とフレーム部材とを備え、正極及び負極が、正極、負極及びフレーム部材で囲まれた電解液収容部を介して対向する構造を有し、電解液及び電解液を調製するための溶媒の少なくとも一方の液体を電解液収容部に供給することによって成立するものであれば、特に限定されるものではない。なお、電池は、例えば、１つの正極と１つの負極とが対向した構造を有するいわゆるシングルセル構造を有するものであってもよく、２つの正極の間に１つの負極が配置され、正極と負極とが対向した構造を有するいわゆるバイセル構造を有するものであってもよい。

【0028】

ここで、電池について若干の例を図示して説明する。しかしながら、本発明が、これらに限定されないことは言うまでもない。

【0029】

図３（Ａ）〜（Ｃ）は、第１−１〜第１−３の例に係る電池を模式的に示す断面図である。具体的には、図３（Ａ）は、図１に示した電池のＺ−Ｚ線に沿った模式的な断面図である。図３（Ｂ）及び（Ｃ）は、図１に示したＺ−Ｚ線と同様の位置の線に沿った模式的な断面図である。図３（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、電池（２０，２０Ａ，２０Ｂ）は、フレーム部材２１Ｃと、フレーム部材２１Ｃの紙面奥側及び紙面手前側に配置される正極２１Ａ及び負極２１Ｂとを備えている。なお、図中の破線Ｘで囲まれた部位は、正極２１Ａ及び負極２１Ｂ（電極）が対向している電極対向部を示す。そして、正極２１Ａ及び負極２１Ｂは、正極２１Ａ、負極２１Ｂ及びフレーム部材２１Ｃで囲まれた電解液収容部２１ａを介して対向する構造を有している。また、電解液収容部２１ａには、電解液流入部２１ｂ及び電解液排出部２２ｃが接続されている。

【0030】

そして、図３（Ａ）に示すように、第１−１例の電池２０においては、電解液収容部２１ａに特に何も備えていない。一方、図３（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、第１−２例及び第１−３例の電池２０Ａ，２０Ｂにおいては、電解液収容部２１ａにおいて、電解液流入部２１ｂと電解液排出部２１ｃとの間に、電解液収容部２１ａ内での電解液の流れの偏りを抑制する偏り抑制構造部材２２を備えている。

【0031】

上述のような構成を有するため、第１−２例及び第１−３例の電池２０Ａ，２０Ｂにおいては、セル内圧損が増加して流れの偏りが抑制されると共に、実線矢印Ｆで示すように電解液の流れをより速くすることができる。その結果、反応により生成する酸化析出物などをより除去し易く、起動性や出力、容量などの更なる向上を図ることができる。特に、高出力化するために電極間距離を削減する場合には、流れの偏りの抑制や酸化析出物の除去、後述する短絡防止などの観点から好ましい。一方、第１−１例の電池２０においては、流れの偏りを無くすことができず、点線矢印Ｓで示すように電解液の流れを速くすることができない。

【0032】

また、第１−２例の電池２０Ａにおいては、偏り抑制構造部材２２が、複数の柱状部材から構成されている。このような構成によっても、流れの偏りが抑制されると共に、実線矢印Ｆで示すように電解液の流れをより速くすることができる。その結果、酸化析出物を除去し易く、起動性や出力、容量などの更なる向上を図ることができる。なお、複数の柱状部材には、電池の作製を容易とするという観点から、複数の柱状部材の全部が一部でつながっている場合を含む。

【0033】

一方、第１−３例の電池２０Ｂにおいては、偏り抑制構造部材２２が、複数の板状部材から構成されている。このような構成によっても、流れの偏りが抑制されると共に、実線矢印Ｆで示すように電解液の流れをより速くすることができる。その結果、酸化析出物をより除去し易く、起動性や出力、容量などの更なる向上を図ることができる。なお、図示しないが、偏り抑制構造部材が１つの板状部材から構成されている場合が、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。また、板状部材から構成されている偏り抑制構造部材は形成し易いという利点もある。

【0034】

また、本例においては、偏り抑制構造部材２２である複数の板状部材がフレーム部材２１Ｃと一体となっている。このような構成とすることにより、偏り抑制構造部材を容易に作製することができると共に、流れの偏りが抑制され、実線矢印Ｆで示すように電解液の流れをより速くすることができる。その結果、酸化析出物をより除去し易く、起動性や出力、容量などの更なる向上を図ることができる。なお、図示しないが、偏り抑制構造部材である複数の板状部材がフレーム部材と別体となっている場合が、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。

【0035】

更に、本例においては、偏り抑制構造部材２２が、電解液の流れが分岐する部分を電解液収容部２１ａ内に形成していない。このような構成とすることにより、セル内圧損がより増加して流れの偏りが抑制されると共に、実線矢印Ｆで示すように電解液の流れを更に速くすることができる。その結果、酸化析出物を更に除去し易く、起動性や出力、容量などの更なる向上を図ることができる。

【0036】

また、図３（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、第１−１例〜第１−３例の電池においては、電解液収容部２１ａの外形が板状形状であることが好適である。このような構成とすることにより、板状形状の厚み方向での流れの偏りが抑制され、実線矢印Ｆで示すように電解液の流れを更に速くすることができる。なお、図示しないが、電解液収容部の外形が板状形状でない場合が、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。

【0037】

更に、図３（Ａ）〜（Ｃ）に示すようなセルが複数積層されてなる組電池である電池２０においては、複数の電解液流入部２１ｂ及び複数の電解液排出部２１ｃの一方又は双方が、組電池の複数のフレーム部材２１Ｃ内に亘るマニホールド構造をそれぞれ有していることが好適である。このような構成とすることにより、組電池の作製が容易となり、更に耐漏液性を確保し易いという利点がある。

【0038】

ここで、各構成について更に詳細に説明する。

【0039】

上記正極２１Ａは、例えば、電池が空気電池である場合には、酸素の酸化還元触媒を含み、必要に応じて添加される触媒を担持する導電性の担体を含んでいるものを適用することができる。なお、図示しないが、電池が空気電池である場合には、正極は、通気空間側に電解液収容部に充填される電解液の漏液を抑制ないし防止する導電性撥水層などの液密通気層を有する。導電性撥水層は、電解液に対する液密性（例えば、水密性）と、酸素に対する通気性を備え、電解液が外部に漏出するのを抑制ないし防止する一方、正極への酸素供給を可能にする機能を有するものであって、例えば、ポリプロピレンやポリエチレンなどのポリオレフィン樹脂やポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素樹脂などの撥水性多孔質樹脂と黒鉛などの導電性材料からなるものを好適に用いることができる。

【0040】

そして、触媒としては、例えば、二酸化マンガンや四酸化三コバルトなどの金属酸化物、炭素（Ｃ）、更には、白金（Ｐｔ）、ルテニウム（Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、オスミウム（Ｏｓ）、タングステン（Ｗ）、鉛（Ｐｂ）、鉄（Ｆｅ）、クロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、バナジウム（Ｖ）、モリブデン（Ｍｏ）、ガリウム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属、これらの合金や酸化物などから選択することができる。

【0041】

また、触媒の形状や大きさは、特に限定されるものではなく、従来公知の触媒と同様の形状及び大きさを採用することができる。ただし、触媒の形状は、粒状であることが好ましい。

【0042】

更に、担体は、上記触媒を担持するための担体として、また、触媒と他の部材との間での電子の授受に関与する電子伝導パスとして機能する。担体としては、触媒成分を所望の分散状態で担持させるための比表面積を有し、充分な電子伝導性を有しているものであればよく、主成分がカーボンであることが好ましい。担体としては、具体的には、カーボンブラック、活性炭、コークス、天然黒鉛、人造黒鉛などからなるカーボン粒子が挙げられる。

【0043】

また、担体の大きさについても特に限定されるものではなく、従来公知の担体と同様の大きさを採用することができる。

【0044】

なお、上記した触媒や、これを担持する担体の種類については、上記したものだけに限定されるものではなく、例えば、空気電池に適用される従来公知の材料を適宜使用することができることは言うまでもない。

【0045】

また、上記負極２１Ｂは、例えば、標準電極電位が水素より卑な金属単体や、これら金属を含む合金が好適に用いられる。このような金属単体としては、例えば亜鉛（Ｚｎ）、鉄（Ｆｅ）、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）などを挙げることができる。また、合金としてはこれらの金属元素に１種以上の金属元素又は非金属元素を加えたものを挙げることができる。その中でも、マグネシウムやアルミニウムのような軽金属を適用したものが好ましく、マグネシウムを適用したものが特に好ましい。しかしながら、これらに限定されるものではなく、例えば、空気電池に適用される従来公知の材料を適用することができる。なお、比重が相対的に低い軽金属を適用した場合、詳しくは後述するが、電解液収容部の上部において酸化析出物を滞留させて、回収し易いため好ましい。また、マグネシウムを適用した場合、酸化析出物の生成量が多いので、上述のような除去部を設けることが特に有効である。

【0046】

更に、上記フレーム部材２１Ｃは、例えば、樹脂のような電気絶縁性の材料からなるものを適用することが好ましい。また、正極２１Ａと負極２１Ｂとが対向するように、これらを離間して接合し、正極２１Ａと負極２１Ｂとの間に電解液収納部２１ａを形成するものであるため、液密性を有するものであることが好適である。

【0047】

更にまた、上記偏り抑制構造部材２２は、フレーム部材と一体となって作製することが好ましいため、フレーム部材と同様の材料からなるものを適用することが好ましいが、特に限定されるものではない。また、正極と負極との間に配設されるため、短絡防止という観点から、電気絶縁性の材料からなるものを適用することが好ましい。

【0048】

次に、図４（Ａ）〜（Ｃ）は、第１−４〜第１−６の例に係る電池を模式的に示す断面図である。具体的には、図４（Ａ）〜（Ｃ）は、図１に示したＺ−Ｚ線と同様の位置の線に沿った模式的な断面図である。なお、上記の例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。図４（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、電池（２０Ｃ，２０Ｄ，２０Ｅ）は、フレーム部材２１Ｃと、フレーム部材２１Ｃの紙面奥側及び紙面手前側に配置される正極２１Ａ及び負極２１Ｂとを備えている。なお、図中の破線Ｘで囲まれた部位は、正極２１Ａ及び負極２１Ｂ（電極）が対向している電極対向部を示す。一方、図中の破線Ｙで囲まれた部位は、正極２１Ａ及び負極２１Ｂ（電極）が対向していない電極非対向部を示す。そして、正極２１Ａ及び負極２１Ｂは、正極２１Ａ、負極２１Ｂ及びフレーム部材２１Ｃで囲まれた電解液収容部２１ａを介して対向する構造を有している。また、電解液収容部２１ａには、電解液流入部２１ｂ及び電解液排出部２２ｃが接続されている。

【0049】

そして、図４（Ａ）に示すように、第１−４例の電池２０Ｃにおいては、電解液収容部２１ａに特に何も備えていない。一方、図４（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、第１−５例及び第１−６例の電池２０Ｄ，２０Ｅにおいては、電解液収容部２１ａにおいて、電解液流入部２１ｂと電解液排出部２１ｃとの間に、電解液収容部２１ａ内での電解液の流れの偏りを抑制する偏り抑制構造部材２２を備えている。

【0050】

上述のような構成を有するため、第１−５例及び第１−６例の電池２０Ｄ，２０Ｅにおいては、流れの偏りが抑制されると共に、実線矢印Ｆで示すように電解液の流れをより速くすることができる。その結果、酸化析出物をより除去し易く、起動性や出力、容量などの更なる向上を図ることができる。一方、第１−４例の電池２０Ｃにおいては、流れの偏りを無くすことができず、点線矢印Ｓで示すように電解液の流れを速くすることができない。

【0051】

また、第１−５例の電池２０Ｄにおいては、偏り抑制構造部材２２が、複数の柱状部材から構成されている。このような構成によっても、流れの偏りが抑制されると共に、実線矢印Ｆで示すように電解液の流れをより速くすることができる。その結果、酸化析出物をより除去し易く、起動性や出力、容量などの更なる向上を図ることができる。なお、複数の柱状部材には、電池の作製を容易とするという観点から、複数の柱状部材の全部が一部でつながっている場合を含む。

【0052】

一方、第１−６例の電池２０Ｅにおいては、偏り抑制構造部材２２が、複数の板状部材から構成されている。このような構成によっても、流れの偏りが抑制されると共に、実線矢印Ｆで示すように電解液の流れをより速くすることができる。その結果、酸化析出物をより除去し易く、起動性や出力、容量などの更なる向上を図ることができる。なお、図示しないが、偏り抑制構造部材が１つの板状部材から構成されている場合が、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。

【0053】

【0054】

【0055】

また、図４（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、第１−４例〜第１−６例の電池においては、電解液収容部２１ａの外形が板状形状であることが好適である。このような構成とすることにより、板状形状の厚み方向での流れの偏りが抑制され、実線矢印Ｆで示すように電解液の流れを更に速くすることができる。なお、図示しないが、電解液収容部の外形が板状形状でない場合が、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。

【0056】

更に、図４（Ａ）〜（Ｃ）に示すようなセルが複数積層されてなる組電池である電池２０Ｃ等においては、複数の電解液流入部２１ｂ及び複数の電解液排出部２１ｃの一方又は双方が、組電池の複数のフレーム部材２１Ｃ内に亘るマニホールド構造をそれぞれ有していることが好適である。このような構成とすることにより、組電池の作製が容易となり、更に耐漏液性を確保し易いという利点がある。

【0057】

また、図４（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、第１−４例〜第１−６例の電池においては、電解液収容部の上部に上述した電極非対向部Ｙを有する。このような電極非対向部Ｙは、電解液収容部に生成する酸化析出物を除去する除去部として機能させることができる。つまり、酸化析出物は、放電時の発熱と水素の付着により上昇し易いので、上昇してきた酸化析出物は電解液収容部の上部に溜まることとなるが、その上部に電極非対向部を設けることにより、その影響を小さくし、電池の性能を安定させることができる。

【0058】

＜第２の形態＞
次に、第２の形態に係る電池システムについて図面を参照しながら詳細に説明する。なお、上記の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。図５は、第２の形態に係る電池システムを模式的に示す構成概略図である。また、図６は、第２の形態に係る電池システムにおいて液体の供給又は回収を行う際の動作を模式的に示す説明図である。

【0059】

図５及び図６に示すように、本形態の電池システム１Ａは、カートリッジ型ユニットＡと、電池制御部Ｂと、液体供給部Ｃと、除去部Ｄとを含む。

【0060】

そして、カートリッジ型ユニットＡは、貯留容器１０と複数のセルからなる組電池である電池２０とを一体又は別体で含み、貯留容器１０及び電池２０のいずれか一方又は双方が、貯留容器１０と電池２０とを接続する液体流路３０を備えている。なお、電池２０としては、上記詳述した各例のものを適用することができる。また、本形態においては、液体流路３０が電池２０の底部及び貯留容器１０の底部に接続されている。更に、本形態においては、液体流路３０にポンプヘッド３１が接続されている。また、本形態においては、液体流路３０が貯留容器１０及び電池２０に内包される、換言すれば液体流路３０がカートリッジ型ユニットＡの内部に形成されている。

【0061】

また、上記電池制御部Ｂは、カートリッジ型ユニットＡを貯留容器１０と電池２０とを一体又は別体として装脱可能な装着部４０を備えている。なお、本形態においては、電池制御部Ｂは、液体供給部Ｃの駆動部５０としてのモータ５１を備えている。また、モータ５１は、歯車５３を有している。

【0062】

更に、上記液体供給部Ｃは、液体流路３０を介して、貯留容器１０から電池２０への液体の供給を行うものである。なお、本形態においては、液体供給部Ｃは、モータ５１と、モータ５１により駆動されるポンプヘッド３１と、液体流路３０とから構成される。そして、具体的には、図６に示すように、カートリッジ型ユニットＡが装着部４０に装着された際に、ポンプヘッド３１が歯車５３を介してモータ５１により駆動又は逆に駆動される状態となり、ポンプヘッド３１が歯車５３を介してモータ５１により駆動又は逆に駆動されることにより、液体流路３０を介して、貯留容器１０から電池２０への液体の供給又は電池２０から貯留容器１０への液体の回収が液体供給部Ｃにより行われる。更に、図示しないが、電解液収容部は、例えば、開閉可能な空気抜け部を有していてもよい。また、電池が空気電池である場合には、正極に設けられる液密通気層を空気抜け部として利用することもできる。

【0063】

【0064】

【0065】

【0066】

【0067】

【0068】

【0069】

【0070】

【0071】

＜第３の形態＞
次に、第３の形態に係る電池システムについて図面を参照しながら詳細に説明する。なお、上記の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。図７は、第３の形態に係る電池システムを模式的に示す構成概略図である。また、図８（Ａ）及び（Ｂ）は、第３の形態に係る電池システムにおいて液体の供給を行う際の動作及び液体の回収を行う際の動作を模式的に示す説明図である。

【0072】

図７及び図８に示すように、本形態の電池システム１Ｂは、カートリッジ型ユニットＡと、電池制御部Ｂと、液体供給部Ｃと、除去部Ｄとを含む。

【0073】

そして、カートリッジ型ユニットＡは、貯留容器１０と複数のセルからなる組電池である電池２０とを一体又は別体で含み、貯留容器１０及び電池２０のいずれか一方又は双方が、貯留容器１０と電池２０とを接続する液体流路３０を備えている。なお、電池２０としては、上記詳述した各例のものを適用することができる。また、本形態においては、液体流路３０が電池２０の底部及び貯留容器１０の底部に接続されている。更に、本形態においては、液体流路３０が貯留容器１０及び電池２０に内包される、換言すれば液体流路３０がカートリッジ型ユニットＡの内部に形成されている。

【0074】

また、上記電池制御部Ｂは、カートリッジ型ユニットＡを貯留容器１０と電池２０とを一体又は別体として装脱可能な装着部４０を備えている。なお、本形態においては、電池制御部Ｂは、液体供給部Ｃの駆動部５０としてのアクチュエータ５４Ａを備えている。また、アクチュエータ５４Ａは、板部材５４Ｂを有している。

【0075】

更に、上記液体供給部Ｃは、液体流路３０を介して、貯留容器１０から電池２０への液体の供給を行うものである。なお、本形態においては、液体供給部Ｃは、アクチュエータ５４Ａと、板部材５４Ｂと、液体流路３０とから構成される。そして、具体的には、図８（Ａ）において矢印Ｘで示すように、アクチュエータ５４Ａが上方に伸長することにより、貯留容器１０が圧縮変形し、液体流路３０を介して、貯留容器１０から電池２０への液体の供給が行われる。また、本形態においては、駆動部５０としてのアクチュエータ５４Ａが逆に駆動することにより、換言すれば、図８（Ｂ）において矢印Ｙで示すように下方に収縮することにより、貯留容器１０が膨張変形し、液体流路３０を介して、電池２０から貯留容器１０への液体の回収が液体供給部Ｃにより行われる。更に、図示しないが、電解液収容部は、例えば、開閉可能な空気抜け部を有していてもよい。また、電池が空気電池である場合には、正極に設けられる液密通気層を空気抜け部として利用することもできる。

【0076】

【0077】

【0078】

そして、本形態の電池システムのように、駆動部を電池制御部に設けることによって、電池を含む取り扱い容易なカートリッジ型ユニットにおいて、例えば、アクチュエータなどの部品を設ける必要がなく、部品点数を低減できるため、小型化や軽量化、低コスト化を図ることができ、更に、耐久性向上の障害となる部位が簡単に交換可能な構造となったため、電池システム自体の耐久性向上を図ることができる。また、電池の底部に接続された液体流路を介して、液体供給部により液体の自由な供給・回収が可能となり、起動・停止の制御が容易になるという利点もある。

【0079】

【0080】

また、本形態においては、カートリッジ型ユニットに液体供給部の駆動部としてのアクチュエータを設けない場合を一例に挙げて説明したが、カートリッジ型ユニットにアクチュエータを設け、他の部品を設けない場合が、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。なお、液体供給部に適用される部品のうち、駆動部としてのアクチュエータは、相対的にコストが高いため、カートリッジ型ユニットから除去することは好適である。

【0081】

【0082】

【0083】

【0084】

＜第４の形態＞
次に、第４の形態に係る電池システムについて図面を参照しながら詳細に説明する。なお、上記の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。図９は、第４の形態に係る電池システムを模式的に示す構成概略図である。また、図１０は、第４の形態に係る電池システムにおいて液体の供給又は回収を行う際の動作を模式的に示す説明図である。

【0085】

図９及び図１０に示すように、本形態の電池システム１Ｃは、カートリッジ型ユニットＡと、電池制御部Ｂと、液体供給部Ｃと、除去部Ｄとを含む。

【0086】

そして、カートリッジ型ユニットＡは、貯留容器１０と複数のセルからなる組電池である電池２０とを一体又は別体で含み、貯留容器１０及び電池２０のいずれか一方又は双方が、貯留容器１０と電池２０とを接続する液体流路３０を備えている。なお、電池２０としては、上記詳述した各例のものを適用することができる。また、本形態においては、貯留容器１０が空気ポンプ挿入部１０ａを有している。更に、本形態においては、液体流路３０が電池２０の底部及び貯留容器１０の底部に接続されている。また、本形態においては、液体流路３０が貯留容器１０及び電池２０に内包される、換言すれば液体流路３０がカートリッジ型ユニットＡの内部に形成されている。

【0087】

また、上記電池制御部Ｂは、カートリッジ型ユニットＡを貯留容器１０と電池２０とを一体又は別体として装脱可能な装着部４０を備えている。なお、本形態においては、電池制御部Ｂは、液体供給部Ｃの駆動部５０としての空気ポンプ５５Ａを備えている。また、空気ポンプ５５Ａは、空気ポンプ挿入部１０ａに接続される接続部５５Ｂを有している。

【0088】

更に、上記液体供給部Ｃは、液体流路３０を介して、貯留容器１０から電池２０への液体の供給を行うものである。なお、本形態においては、液体供給部Ｃは、空気ポンプ５５Ａと、接続部５５Ｂと、液体流路３０とから構成される。そして、具体的には、図１０に示すように、カートリッジ型ユニットＡが装着部４０に装着された際に、接続部５５Ｂが空気ポンプ挿入部１０ａに挿入され、空気ポンプ５５Ａが駆動又は逆に駆動され、貯留容器１０の内圧を空気ポンプにより高くする又は低くすることにより、液体流路３０を介して、貯留容器１０から電池２０への液体の供給又は電池２０から貯留容器１０への液体の回収が液体供給部Ｃにより行われる。更に、図示しないが、電解液収容部は、例えば、開閉可能な空気抜け部を有していてもよい。また、電池が空気電池である場合には、正極に設けられる液密通気層を空気抜け部として利用することもできる。

【0089】

【0090】

【0091】

そして、本形態の電池システムのように、駆動部を電池制御部に設けることによって、電池を含む取り扱い容易なカートリッジ型ユニットにおいて、例えば、空気ポンプなどの部品を設ける必要がなく、部品点数を低減できるため、小型化や軽量化、低コスト化を図ることができ、更に、耐久性向上の障害となる部位が簡単に交換可能な構造となったため、電池システム自体の耐久性向上を図ることができる。また、電池の底部に接続された液体流路を介して、液体供給部により液体の自由な供給・回収が可能となり、起動・停止の制御が容易になるという利点もある。

【0092】

【0093】

また、本形態においては、カートリッジ型ユニットに液体供給部の駆動部としての空気ポンプを設けない場合を一例に挙げて説明したが、カートリッジ型ユニットに空気ポンプを設け、他の部品を設けない場合が、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。なお、液体供給部に適用される部品のうち、駆動部としての空気ポンプは、相対的に体積や重量が大きく、コストも高いため、カートリッジ型ユニットから除去することは好適である。

【0094】

【0095】

【0096】

【0097】

＜第５の形態＞
次に、第５の形態に係る電池システムについて図面を参照しながら詳細に説明する。図１１は、第５の形態に係る電池システムを模式的に示す構成概略図である。また、図１２（Ａ）及び（Ｂ）は、第５の形態に係る電池システムにおいて液体の供給、回収又は循環を行う際の動作を模式的に示す説明図である。

【0098】

図１１及び図１２に示すように、本形態の電池システム１Ｄは、カートリッジ型ユニットＡと、電池制御部Ｂと、液体供給部Ｃ、除去部Ｄとを含む。

【0099】

そして、カートリッジ型ユニットＡは、貯留容器１０と複数のセルからなる組電池である電池２０とを一体又は別体で含み、貯留容器１０及び電池２０のいずれか一方又は双方が、貯留容器１０と電池２０とを接続する複数の液体流路３０、３２を備えている。なお、電池２０としては、上記詳述した各例のものを適用することができる。また、本形態においては、液体流路３０が電池２０の底部及び貯留容器１０の底部に接続されている。更に、本形態においては、液体流路３２が電池２０の上部及び貯留容器１０の上部に接続されている。また、本形態においては、液体流路３０，３２が貯留容器１０及び電池２０に内包される、換言すれば液体流路３０，３２がカートリッジ型ユニットＡの内部に形成されている。更に、本形態においては、液体流路３２及び貯留容器１０が、それらの内部にフィルタ６１，６２を有している。

【0100】

【0101】

更に、上記液体供給部Ｃは、液体流路３０，３２を介して、貯留容器１０と電池２０との間での液体の供給、回収又は循環を行うものである。なお、本形態においては、液体供給部Ｃは、モータ５１と、モータ５１により駆動されるロータ５２Ａ及びローラ５２Ｂと、液体流路３０と、貯留容器１０とから構成されるチューブポンプ５２と、液体流路３２とを備えている。そして、具体的には、ポンプヘッドとして機能する貯留容器１０とモータ５１の図示しない回転子に接続されたロータ５２Ａに取り付けられたローラ５２Ｂとの間に液体流路３０のチューブ部３０Ａを挟み込み、図１２（Ａ）において矢印Ｘで示すように、ロータ５２Ａが左回りに回転することにより、液体流路３０を介して、貯留容器１０から電池２０への液体の供給が行われる。また、電池２０における電解液の液面が液体流路３２の上端に到達した場合には、液体流路３２を介して、電池２０から貯留容器１０への液体の回収が行われ、全体として電解液の循環が行われる。なお、本形態においては、駆動部５０としてのモータ５１が逆に駆動することにより、図１２（Ｂ）において矢印Ｙで示すように、ロータ５２Ａが右回りに回転して、液体流路３０を介して、電池２０から貯留容器１０への液体の回収が行われ、液体流路３２を介して、貯留容器１０から電池２０への液体の供給が行われ、全体として電解液の循環が行われる構成とすることもできる。

【0102】

【0103】

【0104】

【0105】

【0106】

【0107】

【0108】

【0109】

更に、本形態においては、液体流路が電池の上部、換言すれば電解液収容部の上部及び貯留容器の上部に接続されている場合を一例に挙げて説明したが、電池と貯留容器とが複数の液体流路により接続されていれば、電解液を循環させることができる。なお、液体流路が電池の上部、換言すれば電解液収容部の上部の一例である電極非対向部に接続されていることにより、電解液収容部の上部に滞留することがある酸化析出物をオーバーフローにより回収することができる。また、電解液収容部における液面を特に制御することなく一定の高さ以下に維持することができる。一方、液体流路が貯留容器の上部に接続されていることにより、貯留容器の内圧が上がっても、空気を逃すことができるので、スムースな循環が可能となる。他方、液体流路３２に相当する側の液体流路が電池の底部に接続されている場合、例えば液体流路３２がフィルタ６１と同程度の長さである場合、沈殿する酸化析出物を効率良く除去することができる。

【0110】

また、本形態においては、液体流路及び貯留容器が、それらの内部にフィルタを有している場合を一例に挙げて説明したが、液体流路及び貯留容器の内部にフィルタを有していない場合や液体流路及び貯留容器のいずれか一方の内部にフィルタを有している場合が、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。なお、液体流路及び貯留容器のいずれか一方又は双方の内部にフィルタを有していることにより、全部又は一部の酸化析出物を液体流路や貯留容器で除去することができる。また、相対的に体積の大きい貯留容器にフィルタを設けることにより、除去能力を向上させることもできる。

【0111】

【0112】

以上、本発明を若干の形態及び例によって説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。

【0113】

例えば、上述した各形態や例に記載した構成は、各形態や例に限定されるものではなく、各形態の構成を変更したり、各形態の構成を上述した各形態以外の組み合わせにしたりすることができる。
また、例えば、液体の供給、回収又は循環を行うものとして、液体供給部がチューブポンプを備えたものを例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、液体供給部としてポンプヘッドを液体流路に接続したものやアクチュエータを備えたもの、空気ポンプを備えたものを適用することもできる。
なお、アクチュエータを備えた液体供給部を適用して電解液の循環を行うに当たっては、例えば、複数の液体流路が電解液の流通を制御する図示しない弁を備え、アクチュエータを伸縮させるタイミングに合わせて２つの弁を交互に開閉させればよい。
また、空気ポンプを備えたものを適用して電解液の循環を行うに当たっては、例えば、複数の液体流路が電解液の流通を制御する図示しない弁を備え、空気ポンプで内圧を高めるタイミングに合わせて２つの弁を交互に開閉させればよい。

【符号の説明】

【0114】

１，１Ａ〜１Ｄ電池システム
１０貯留容器
１０ａ空気ポンプ挿入部
２０，２０Ａ〜２０Ｅ電池
２１Ａ正極
２１Ｂ負極
２１Ｃフレーム部材
２１ａ電解液収容部
２１ｂ電解液流入部
２１ｃ電解液排出部
２２偏り抑制構造部材
３０，３２液体流路
３０Ａチューブ部
３１ポンプヘッド
４０装着部
５０駆動部
５１モータ
５２チューブポンプ
５２Ａロータ
５２Ｂローラ
５３歯車
５４Ａアクチュエータ
５４Ｂ板部材
５５Ａ空気ポンプ
５５Ｂ接続部
６１，６２フィルタ
Ａカートリッジ型ユニット
Ｂ電池制御部
Ｃ液体供給部
Ｄ除去部
Ｘ電極対向部
Ｙ電極非対向部

【図1】