Слоистый элемент, собранная батарея, включающая слоистый элемент, и способ сборки слоистого элемента

Слоистый элемент, собранная батарея, включающая слоистый элемент, и способ сборки слоистого элемента

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Настоящее изобретение относится к слоистому элементу. В частности, настоящее изобретение относится к слоистому элементу с улучшенными характеристиками охлаждения, к собранной батарее, включающей слоистый элемент, и к способу сборки слоистого элемента.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Конструкции электродов вторичного элемента (т.е. вторичного химического источника тока или аккумулятора) обычно разделяют на два типа, т.e. типа спиральной намотки и слоистого типа. В элементе, имеющем конструкцию электродов типа спиральной намотки (спирально-намотанный элемент; относится, например, к патентному документу 1), положительный электрод и отрицательный электрод, спирально намотанные с проложенным между ними сепаратором, помещены в кожух элемента. В элементе, имеющем слоистый тип конструкции электродов (слоистом элементе), группа электродов, включающая положительный электрод и отрицательный электрод, которые поочередно уложены стопкой с проложенным между ними сепаратором, помещены в кожух элемента. В патентном документе 2 раскрыт элемент цилиндрического типа, в котором дискообразные электроды уложены стопкой. В патентном документе 3 раскрыт элемент прямоугольного типа, в котором стопкой уложены электроды в форме прямоугольного листа.

ПЕРЕЧЕНЬ ЦИТАТ

[0003] ПАТЕНТНАЯ ЛИТЕРАТУРА

Патентный документ 1: JP 2002-198044 A

Патентный документ 2: JP 2000-48854 A

Патентный документ 3: WO 2008/099609 A

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ТЕХНИЧЕСКСАЯ ЗАДАЧА

[0004] Что касается спирально-намотанного элемента, то между поверхностью и центром элемента в многослойном виде предусмотрен сепаратор с низкой теплопроводностью. В результате этого, даже когда температура поверхности кожуха элемента близка к комнатной температуре, температура части около центра спирально-намотанного элемента становится достаточно высокой.

[0005] Слоистый элемент цилиндрического типа, раскрытый в патентном документе 2, обладает конструкцией, позволяющей накапливать электричество таким образом, чтобы уложенные стопкой электроды входили в контакт с соответствующими выводами. Следовательно, в ходе сборки слоистого элемента цилиндрического типа возникает вероятность отказов в начальный период эксплуатации, вызванных коротким замыканием между положительным электродом и отрицательным электродом. Кроме того, при повторении зарядки и разрядки электрод многократно сжимается и расширяется. В результате этого возникает вероятность постоянных сбоев, вызванных деформацией и смещением электрода и коротким замыканием между положительным электродом и отрицательным электродом.

[0006] Настоящее изобретение было разработано для решения описанных выше проблем, и его задачей является сдерживание роста температуры внутри элемента и предотвращение короткого замыкания между электродами.

РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ

[0007] Для решения описанной выше задачи слоистый элемент согласно настоящему изобретению включает в себя: трубчатый внешний кожух; положительный электрод; отрицательный электрод; сепаратор, расположенный между положительным электродом и отрицательным электродом; и электропроводящий токоотвод, проходящий через положительный электрод, отрицательный электрод и сепаратор в осевом направлении внешнего кожуха. При этом положительный электрод, отрицательный электрод и сепаратор уложены стопкой в осевом направлении внешнего кожуха. Первый электрод, который представляет собой один из положительного и отрицательного электродов, входит в контакт с внутренней поверхностью внешнего кожуха с тем, чтобы быть электрически соединенным с внутренней поверхностью внешнего кожуха, но не находится в контакте с токоотводом. Второй электрод, который является другим из положительного и отрицательного электродов, не находится в контакте с внутренней поверхностью внешнего кожуха, но входит в контакт с токоотводом с тем, чтобы быть электрически соединенным с токоотводом. Внешняя кромка второго электрода накрыта сепаратором. Периферийная кромка отверстия, через которую проходит токоотвод, в первом электроде накрыта сепаратором.

[0008] Согласно этой конфигурации, внешний кожух выполнен из металла и служит в качестве токоотводящего вывода первого электрода. Внешний размер первого электрода является чуть большим, чем внутренний размер трубчатого внешнего кожуха, так что вся внешняя периферия первого электрода или часть его внешней периферии находится в контакте с внутренней поверхностью внешнего кожуха. Когда первый электрод помещают во внешний кожух под давлением, первый электрод плотно входит в контакт с внешним кожухом. Таким образом, первый электрод соединен с внешним кожухом с малым термическим сопротивлением. Поэтому эта конфигурация эффективно действует на охлаждение первого электрода.

[0009] При этом внешний размер электрода относится к размеру от графического центра до внешней периферии листообразного электрода. В случае дискообразного электрода внешний размер называется внешним диаметром. Аналогично, внутренний размер внешнего кожуха относится к размеру между графическим центром на вертикальном сечении трубчатого внешнего кожуха в осевом направлении и внутренней поверхностью внешнего кожуха. В случае цилиндрического внешнего кожуха внутренний размер называется внутренним диаметром.

[0010] Внешний размер второго электрода является меньшим, чем внутренний размер трубчатого внешнего кожуха, так что второй электрод не входит в контакт с внешним кожухом. Следовательно, второй электрод изолирован от внешнего кожуха.

[0011] Тепло, выделяющееся из первого электрода, передается непосредственно внешнему кожуху. Тепло, выделяющееся из второго электрода, передается первому электроду через сепаратор.

[0012] Общий коэффициент теплопередачи (U1) спирально-намотанного элемента представлен математической формулой 1, которая будет описана ниже. С другой стороны, общий коэффициент теплопередачи (U2) слоистого элемента согласно настоящему изобретению представлен математической формулой 2. Из сопоставления между двумя коэффициентами следует, что между ними существует большая разница с точки зрения члена числа витков n. В спирально-намотанном элементе с ростом числа витков n общий коэффициент теплопередачи становится меньше. Подробное описание с использованием подстановки конкретных численных значений будет приведено в нижеследующих вариантах воплощения.

[0013] В слоистом элементе согласно настоящему изобретению, как описано выше, нет необходимости в трубопроводе или теплоотводе для подачи охладителя в элемент для ограничения температуры внутри элемента. Следовательно, конструкция слоистого элемента согласно настоящему изобретению является компактной. Более того, в слоистом элементе согласно настоящему изобретению можно легко сдерживать рост температуры внутри элемента за счет охлаждения поверхности внешнего кожуха.

[0014] Каждый из положительного электрода, отрицательного электрода и сепаратора имеет сформированное в его центре отверстие для обеспечения возможности прохождения через него токоотвода. Через эти отверстия проходит стержневой токоотвод. Диаметр отверстия первого электрода больше, чем внешний размер стержневого токоотвода. Поэтому первый электрод не входит в контакт с токоотводом. Диаметр отверстия второго электрода меньше, чем внешний размер стержневого токоотвода. Поэтому второй электрод входит в контакт с токоотводом и электрически соединяется с токоотводом. Токоотвод выполнен из металла и служит в качестве токоотводящего вывода второго электрода. Более того, токоотвод предпочтительно представляет собой круглый стержень, но он может быть прямоугольным стержнем.

[0015] Кроме того, что касается слоистого элемента согласно настоящему изобретению, в состоянии, при котором электроды и сепаратор уложены стопкой, внешняя кромка второго электрода накрыта сепаратором, и периферийная кромка отверстия, через которое проходит токоотвод, в первом электроде накрыта сепаратором. Поэтому первый электрод и второй электрод с надежностью отделены друг от друга сепаратором у внешней кромки второго электрода и периферийной кромки отверстия в первом электроде. Следовательно, электроды не входят в контакт друг с другом на внешней кромке одного из электродов и на периферийной кромке отверстия в другом электроде из-за деформации электродов. В случае дискообразного электрода внешний диаметр сепаратора больше, чем внешний диаметр второго электрода. Более того, в случае, когда токоотвод представляет собой круглый стержень, диаметр отверстия сепаратора меньше, чем диаметр отверстия первого электрода.

[0016] В слоистом элементе согласно настоящему изобретению первый электрод окружен мешковидным первым сепаратором в состоянии, при котором внешняя кромка первого электрода выступает наружу из первого сепаратора, а второй электрод окружен мешковидным вторым сепаратором в состоянии, при котором периферийная кромка отверстия, через которое проходит токоотвод, во втором электроде выступает наружу из второго сепаратора. Согласно этой конфигурации, поскольку сепараторы имеют мешковидную форму, сепараторы предотвращают возникновение короткого замыканиями между электродами вследствие пыли или инородных веществ, происходящих из электродов.

[0017] В слоистом элементе согласно настоящему изобретению токоотвод имеет боковую поверхность, на которой сформирован паз, причем диаметр самой узкой части токоотвода является большим, чем диаметр отверстия, через которое проходит токоотвод, во втором электроде, а диаметр самой толстой части токоотвода является меньшим, чем диаметр отверстия, через которое проходит токоотвод, в первом электроде.

[0018] Существует вероятность того, что во время сборки электродов связь между токоотводом и электродом ослабевает и затрудняется тесный контакт между токоотводом и электродом. Для решения этой проблемы слоистый элемент согласно настоящему изобретению включает в себя токоотвод, на котором сформирована винтовая канавка. Согласно этой конфигурации становится возможным сохранять состояние, при котором второй электрод плотно вставляется в токоотвод по винтовой канавке, образованной на токоотводе. Эта конфигурация предотвращает ослабевание связи между электродом и токоотводом во время работ по сборке слоистого элемента.

[0019] В слоистом элементе согласно настоящему изобретению отрицательный электрод содержит сплав-аккумулятор водорода. Кроме того, в слоистом элементе согласно настоящему изобретению каждый из положительного и отрицательного электродов представляет собой электрод, который заряжается и разряжается, а также представляет собой электрод, который обеспечивает электролиз удерживаемого в слоистом элементе электролита подаваемым снаружи электрическим током. Согласно этой конфигурации каждый из положительного и отрицательного электродов играет роль электрода, который заряжается и разряжается во вторичном элементе (т.е. во вторичном химическом источнике тока или аккумуляторе), и роль электрода, который генерирует газообразный водород.

[0020] В слоистом элементе согласно настоящему изобретению, предпочтительно, зарядная емкость отрицательного электрода меньше, чем зарядная емкость положительного электрода. Такой слоистый элемент представляет собой так называемый лимитируемый отрицательным электродом элемент. Здесь эти зарядные емкости в некоторых случаях просто называются соответственно емкостью положительного электрода и емкостью отрицательного электрода.

[0021] Слоистый элемент согласно настоящему изобретению дополнительно включает в себя камеру аккумулирования водорода, расположенную внутри внешнего кожуха, для хранения газообразного водорода, выделившегося из отрицательного электрода. Здесь камера аккумулирования водорода может представлять собой независимое пространство. Более того, камера аккумулирования водорода не является независимым пространством, но может быть образована на просвете в электроде и на просвете в сепараторе.

[0022] В лимитируемом отрицательным электродом слоистом элементе по мере протекания заряда отрицательный электрод полностью заряжается перед тем, как полностью заряжается положительный электрод. При перезарядке, при которой зарядка продолжается от полностью заряженного состояния, на отрицательном электроде генерируется газообразный водород (см. формулу реакции (1)).

H⁺+e^- → 1/2H₂ (1)

[0023] Газообразный водород, выделившийся из отрицательного электрода, аккумулируется в сплаве-аккумуляторе водорода отрицательного электрода, служа в качестве источника энергии во время разряда. В случае положительного электрода из оксигидроксида никеля, формула реакции во время разряда представляет собой формулу реакции (2).

Отрицательный электрод: 1/2H₂ → H⁺+e^-

Положительный электрод: NiOOH+e^-+H⁺ → Ni(OH)₂ (2)

Итого NiOOH+1/2H₂ → Ni(OH)₂

[0024] Поскольку сплав-аккумулятор водорода является дорогостоящим, отрицательный электрод существенно влияет на цену элемента. В обычном лимитируемом положительным электродом вторичном элементе количество материалов для отрицательного электрода бывает в 1,5-2 раза больше, чем для положительного электрода. Однако, слоистый элемент согласно настоящему изобретению позволяет снизить количество дорогостоящих материалов для отрицательного электрода. Поэтому возможно получение недорогого слоистого элемента.

[0025] В слоистом элементе согласно настоящему изобретению отрицательный электрод заряжается таким образом, что содержащийся в отрицательном электроде сплав-аккумулятор водорода аккумулирует газообразный водород, накопленный в камере аккумулирования водорода. Согласно этой конфигурации отрицательный электрод заряжается газообразным водородом, генерируемым при перезарядке. Следовательно, газообразный водород эффективно утилизируется. Сплав-аккумулятор водорода, содержащийся в отрицательном электроде, действует как так называемый катализатор.

[0026] В слоистом элементе согласно настоящему изобретению, предпочтительно, положительный электрод содержит диоксид марганца. До сих пор положительный электрод на основе диоксида марганца использовался для первичного элемента (т.е. первичного химического источника тока), известного как элемент на основе диоксида марганца и цинка, но не использовался для вторичного элемента. Причина этого состоит в следующем. А именно, когда положительный электрод на основе диоксида марганца разряжается до получения гидроксида марганца, образуется тетраоксид тримарганца Mn₃O₄, который не способен заряжаться снова. Однако, авторы настоящего изобретения обнаружили, что необратимый тетраоксид тримарганца не образуется при контактировании положительного электрода с кислородом. Авторы настоящего изобретения успешно применили диоксид марганца в качестве материала для положительного электрода вторичного элемента путем подачи кислорода к окружной периферии положительного электрода.

[0027] В слоистом элементе согласно настоящему изобретению внешний кожух имеет боковую часть, образованную в цилиндрической форме. Более того, внешний кожух имеет выпуклые части, которые имеют форму купола, на его двух осевых концах, и камера аккумулирования водорода предусмотрена в каждой из выпуклых частей.

[0028] При продолжении заряда после того, как отрицательный электрод полностью заряжен, из отрицательного электрода выделяется газообразный водород. Образовавшийся газообразный водород, накопленный в камере аккумулирования водорода, аккумулируется в отрицательном электроде во время разряда и эффективно утилизируется. Таким образом, становится возможным снизить количество дорогостоящих материалов для отрицательного электрода. Поэтому возможно изготавливать недорогой слоистый элемент. Конструкция, в которой каждый из двух концов цилиндра может выступать в форме купола, пригодна для хранения газообразного водорода высокого давления.

[0029] Собранная батарея включает в себя множество слоистых элементов согласно настоящему изобретению, и эти слоистые элементы соединены друг с другом через столбчатый металлический фитинг. При этом в каждом из слоистых элементов внешний кожух имеет цилиндрическую корпусную часть, изготовленную из металла, и крышечные части для закрывания проемов, образованных на двух осевых концах корпусной части, и токоотвод проходит через крышечные части. Металлический фитинг имеет верхнюю поверхность и нижнюю поверхность, каждая из которых имеет сформированную на ней соединительную полость. Конец токоотвода в одном из слоистых элементов вставляется в соединительную полость, образованную на верхней поверхности металлического фитинга. Конец токоотвода в другом слоистом элементе, примыкающем к упомянутому слоистому элементу, вставляется в соединительную полость, образованную на нижней поверхности металлического фитинга, с изолятором, вставленным между концом и соединительной полостью. Нижняя поверхность металлического фитинга электрически соединена с внешним кожухом в другом слоистом элементе.

[0030] Нижняя поверхность и верхняя поверхность металлического фитинга способны входить в поверхностный контакт с крышечными частями примыкающих слоистых элементов. Изолятор проложен между полостью, образованной на нижней поверхности металлического фитинга, и токоотводом. Поэтому в двух примыкающих друг к другу слоистых элементах токоотводы изолированы друг от друга. Токоотвод в одном из слоистых элементов и внешний кожух в соседнем слоистом элементе соединены друг с другом через металлический фитинг. В результате соседние слоистые элементы соединены последовательно через металлический фитинг.

[0031] Собранная батарея включает в себя множество слоистых элементов согласно настоящему изобретению. При этом внешний кожух в каждом из слоистых элементов имеет закрытый с одного конца контейнер, имеющий прямоугольное сечение, и крышку для закрывания проема контейнера. Слоистые элементы соединены друг с другом таким образом, что контейнер в одном из слоистых элементов и крышка в другом из слоистых элементов, примыкающем к данному слоистому элементу, находятся в поверхностном контакте друг с другом.

[0032] Согласно этой конфигурации крышка в одном слоистом элементе и дно контейнера в соседнем слоистом элементе входят в контакт друг с другом, так что два слоистых элемента уложены стопкой и электрически соединены последовательно. Становится возможным повысить напряжение на выходе из собранной батареи за счет соединения большого числа слоистых элементов, как описано выше.

[0033] Способ сборки слоистого элемента согласно настоящему изобретению включает в себя: первый этап предварительного приготовления токоотвода, имеющего боковую поверхность, на которой сформирована винтовая канавка, и круглого стержня, имеющего такой же внешний диаметр, что и диаметр основания профиля винтовой канавки на токоотводе; второй этап сборки группа электродов таким образом, чтобы последовательно насаживать положительный электрод и отрицательный электрод на круглый стержень с сепаратором, проложенным между положительным электродом и отрицательным электродом, и укладывать электроды стопкой; третий этап, осуществляемый вслед за вторым этапом, размещения прижимных колодок на двух концах группы электродов для удержания группы электродов и приложения давления к прижимным колодкам для сжатия группы электродов; четвертый этап вытаскивания круглого стержня при сохранении сжатого состояния; пятый этап вталкивания токоотвода вместо круглого стержня в группу электродов при вращении токоотвода и затем ввинчивания токоотвода в винтовое отверстие, образованное в центре прижимной колодки, для сборки электродного узла при сохранении сжатого состояния группы электродов; шестой этап помещения электродного узла во внешний кожух под давлением; седьмой этап вакуумирования внешнего кожуха; восьмой этап впрыскивания электролита во внешний кожух; и девятый этап, осуществляемый вслед за восьмым этапом, прикрепления крышки к внешнему кожуху для герметизации внешнего кожуха.

ВЫГОДНЫЕ ЭФФЕКТЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0034] Согласно настоящему изобретению рост температуры внутри элемента сдерживается без необходимости в излишнем пространстве для охлаждения. Кроме того, слоистый элемент согласно настоящему изобретению позволяет предотвращать короткое замыкание между электродами.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0035] Фиг. 1 представляет собой рисунок, иллюстрирующий схематическую конфигурацию слоистого элемента цилиндрического типа согласно первому варианту воплощения, который, в частности, иллюстрирует осевой разрез.

Фиг. 2A представляет собой вид в разрезе, иллюстрирующий первый электрод и второй электрод, каждый из которых окружен мешковидным сепаратором.

Фиг. 2B представляет собой вид сверху, иллюстрирующий первый электрод, окруженный мешковидным сепаратором.

Фиг. 2C представляет собой вид сверху, иллюстрирующий второй электрод, окруженный мешковидным сепаратором.

Фиг. 3 представляет собой рисунок, иллюстрирующий схематическую конфигурацию слоистого элемента трубчатого типа согласно второму варианту воплощения.

Фиг. 4A представляет собой рисунок, иллюстрирующий схематическую конфигурацию в состоянии, при котором металлический фитинг прикреплен к слоистому элементу трубчатого типа.

Фиг. 4B представляет собой рисунок, иллюстрирующий конфигурацию в случае, когда собранная батарея выполнена со слоистым элементом трубчатого типа.

Фиг. 5 представляет собой рисунок, иллюстрирующий схематическую конфигурацию слоистого элемента капсульного типа согласно третьему варианту воплощения.

Фиг. 6A представляет собой вид в разрезе, иллюстрирующий в осевом направлении слоистый элемент прямоугольного типа согласно четвертому варианту воплощения.

Фиг. 6B представляет собой вид сверху, иллюстрирующий слоистый элемент прямоугольного типа согласно четвертому варианту воплощения.

Фиг. 7 представляет собой рисунок, иллюстрирующий конфигурацию в случае, когда собранная батарея выполнена со слоистым элементом прямоугольного типа согласно четвертому варианту воплощения.

Фиг. 8 представляет собой вид в разрезе, схематически иллюстрирующий в осевом направлении слоистый элемент цилиндрического типа согласно пятому варианту воплощения настоящего изобретения.

Фиг. 9 представляет собой вид в разрезе, схематически иллюстрирующий винтовую конструкцию токоотвода.

Фиг. 10 представляет собой рисунок, иллюстрирующий вариант воплощения, в котором токоотвод имеет конструкцию, отличную от винтовой конструкции.

Фиг. 11 представляет собой вид в разрезе, иллюстрирующий в осевом направлении способ сборки слоистого элемента.

Фиг. 12 представляет собой график, показывающий результаты испытания по росту температуры на слоистом элементе.

ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ВОПЛОЩЕНИЯ

[0036] Далее со ссылкой на чертежи будет приведено описание вариантов воплощения настоящего изобретения; однако настоящее изобретение не должно рассматриваться как ограниченное этими вариантами воплощения.

[0037] Перед описанием соответствующих вариантов воплощения настоящего изобретения сначала будет приведено описание примера вторичного элемента (т.е. вторичного химического источника тока или аккумулятора), к которому применимо настоящее изобретение. Вторичный элемент не ограничен типами, описываемыми в соответствующих вариантах воплощения, и может представлять собой такие вторичные элементы, как никель-железный элемент, цинк-марганцевый элемент и никель-кадмиевый элемент.

<Никель-металлогидридный элемент>

[0038] Отрицательный электрод содержит в качестве основного материала сплав-аккумулятор водорода, например, сплав лантан-никель. В качестве активного материала положительного электрода была использован оксигидроксид никеля. В качестве электролита, удерживаемого в сепараторе, был использован щелочной водный раствор, такой как водный раствор KOH, который обычно используется в никель-металлогидридный элементе.

[0039] Используемый в нем отрицательный электрод получают следующим образом. А именно, пасту, полученную путем добавления растворителя к сплаву-аккумулятору водорода, электропроводящему наполнителю и связующему, нанесли на подложку так, чтобы придать листовую форму, а затем отверждали. Аналогично, используемый в нем положительный электрод получают следующим образом. А именно, пасту, полученную путем добавления растворителя к активному материалу положительного электрода, электропроводящему наполнителю и связующему, нанесли на подложку так, чтобы придать листовую форму, а затем отверждали.

[0040] Используемый здесь электропроводящий наполнитель представлял собой углеродные частицы. Используемое здесь связующее представляло собой термопластическую смолу, которая растворяется в водорастворимом растворителе. Используемая здесь подложка представляла собой вспениваемый никелевый лист. Используемый здесь сепаратор представлял собой полипропиленовое волокно.

<Элемент на основе диоксида марганца>

[0041] Отрицательный электрод содержит сплав-аккумулятор водорода. Положительный электрод содержит диоксид марганца в качестве активного материала. Используемые здесь положительный электрод и отрицательный электрод были получены следующим образом. А именно, пасту, полученную путем добавления растворителя к активному материалу, электропроводящему наполнителю и связующему, нанесли на никелевую подложку так, чтобы придать листовую форму, а затем отверждали. Используемые здесь электропроводящий наполнитель, связующее, сепаратор и электролит были теми же, что и в никель-металлогидридном элементе.

[0042] В положительном электроде элемента на основе диоксида марганца диоксид марганца MnO₂ в ходе разряда преобразуется в оксигидроксид марганца MnOOH, а затем - в гидроксид марганца Mn(OH)₂. Когда положительный электрод разряжается до гидроксида марганца, образуется тетраоксид тримарганца Mn₃O₄, который не способен заряжаться снова. Однако, даже когда диоксид марганца подвергается окислению при разряде, контакт с кислородом позволяет оксигидроксиду марганца превращаться вновь в диоксид марганца. Таким образом, диоксид марганца не изменяется до гидроксида марганца, вследствие чего необратимый тетраоксид тримарганца не образуется. А значит, положительный электрод не содержит тетраоксида тримарганца или содержит тетраоксид тримарганца в количестве менее 5%, самое большее. Газообразный кислород, выделяющийся из положительного электрода во время перезарядки, аккумулируется в элементе и используется.

<Литий-ионный элемент>

[0043] Что касается отрицательного электрода, то сначала смешали титанат лития, карбоксиметилцеллюлозу (КМЦ) и сажу Ketjen (КС), вследствие чего была приготовлена смесь-суспензия. Затем, эту смесь нанесли на фольгу из нержавеющей стали, временно подсушили, а затем подвергли термообработке. Таким образом получили отрицательный электрод.

Что касается положительного электрода, то сначала смешали фосфат лития-железа, КМЦ, активированный уголь и КС, вследствие чего была приготовлена смесь-суспензия. Затем, эту смесь нанесли на фольгу из нержавеющей стали, временно подсушили, а затем подвергли термообработке. Таким образом получили положительный электрод.

Используемый здесь сепаратор представлял собой микропористую пленку, выполненную из полипропилена. Используемый здесь электролит представлял собой 1 моль/л LiPF₆/EC:DEC. Используемым здесь электропроводящим агентом была КС.

Используемым здесь связующим была КМЦ. Используемый здесь токоотвод представлял собой нержавеющую сталь.

<Никель-цинковый элемент>

[0044] Никель-цинковый элемент включает в себя: отрицательный электрод, содержащий цинк или соединение цинка; положительный электрод, содержащий оксид никеля, гидроксид никеля или оксигидроксид никеля; и электролит, содержащий фосфат в диапазоне от 0,025 M до 0,25 M и свободную щелочь в диапазоне от 4 M до 9 M.

<Первый вариант воплощения>

[0045] Фиг. 1 представляет собой вид в разрезе, схематически иллюстрирующий в осевом направлении слоистый элемент цилиндрического типа (здесь и далее просто называемый слоистым элементом) согласно первому варианту воплощения настоящего изобретения. Как проиллюстрировано на Фиг. 1, слоистый элемент 11 включает в себя в качестве основных составляющих элементов внешний кожух 15, токоотвод 17 и электродные блоки 13, каждый из которых заключен во внешнем кожухе. Внешний кожух 15 выполнен с закрытой с одного конца цилиндрической банкой 12 и дискообразной крышкой 16, закрепленной на проеме 12c цилиндрической банки. Каждая из цилиндрической банки 12 и крышки 16 изготовлена из железа, но может быть изготовлена из другого металла. Внешний диаметр крышки 16 несколько больше, чем внутренний диаметр проема 12c цилиндрической банки. После того как электродные блоки 13 заключены во внешнем кожухе 15, крышку 16 устанавливают с плотной посадкой в проеме 12c цилиндрической банки.

[0046] Каждый из электродных блоков 13 выполнен с положительным электродом 13a, содержащим активный материал положительного электрода, отрицательным электродом 13b, содержащим сплав-аккумулятор водорода, и сепаратором 13c, расположенным между положительным электродом 13a и отрицательным электродом 13b, чтобы позволить ионам проходить через него, но предотвращая прохождение через него электронов. Электродные блоки 13 уложены стопкой в осевом направлении (в направлении X на Фиг. 1) цилиндрической банки 12 и заключены во внешний кожух 15. При этом электролит (не проиллюстрирован) удерживается в сепараторе 13c. Каждый из положительного электрода 13a, отрицательного электрода 13b и сепаратора 13c имеет форму диска с образованным в центре отверстием. Внешний диаметр отрицательного электрода 13b является меньшим, чем внутренний диаметр цилиндрической банки 12, так что внешняя кромка 13bb отрицательного электрода не находится в контакте с внутренней поверхностью 12a цилиндрической банки. С другой стороны, внешний диаметр положительного электрода 13a является большим, чем внутренний диаметр цилиндрической банки 12, так что внешняя кромка 13ab положительного электрода находится в контакте с внутренней поверхностью 12a цилиндрической банки, и положительный электрод 13a оказывается электрически соединенным с цилиндрической банкой 12. Предпочтительно, внешний диаметр положительного электрода 13a на 100 мкм больше, чем внутренний диаметр цилиндрической банки 12.

[0047] Токоотвод 17 выполнен из никелированного железа и имеет выполненную в форме стержня штоковую часть 17a и удерживающую часть 17b, образованную на одном конце штоковой части 17a. Обработка никелированием предотвращает корродирование токоотвода 17 под действием электролита, содержащегося в сепараторе 13c. Штоковая часть 17a токоотвода проходит через центр электродного блока 13, включающего положительный электрод 13a, отрицательный электрод 13b и сепаратор 13c, в осевом направлении (направлении X на Фиг. 1) внешнего кожуха 15. Диаметр отверстия, образованного в центре отрицательного электрода 13b, является меньшим, чем внешний диаметр штоковой части 17a. Следовательно, периферийная кромка l3ba отверстия отрицательного электрода входит в контакт с штоковой частью 17a, так что отрицательный электрод 13b электрически соединен с токоотводом 17. С другой стороны, диаметр отверстия, образованного в центре положительного электрода 13a, является большим, чем внешний диаметр штоковой части 17a. Следовательно, периферийная кромка l3aa отверстия положительного электрода не входит в контакт со штоковой частью 17a, так что положительный электрод 13a электрически изолирован от токоотвода 17.

[0048] Электродные блоки 13 располагают последовательно уложенными стопкой на удерживающей части 17b токоотвода. Удерживающая часть 17b не дает электродному блоку 13 свалиться с конца токоотвода 17 в ходе сборки. Удерживающая часть 17b имеет форму диска. Удерживающая часть 17b расположена на дне 12b цилиндрической банки со вставленной между удерживающей частью 17b и дном 12b изоляционной пластиной 14. Изоляционная пластина 14 предотвращает электрическое короткое замыкание, вызываемое непосредственным контактом токоотвода 17 с цилиндрической банкой 12. Противоположный удерживающей части 17b конец штоковой части 17a опирается на опору 18 штока, обеспеченную в центре крышки 16. Опора 18 штока выполнена из изолирующего материала для предотвращения электрического короткого замыкания между крышкой 16 и штоковой частью 17a. Штоковая часть, выступающая из крышки 16, служит в качестве вывода 17c положительного электрода. Цилиндрическая банка 12 служит в качестве вывода отрицательного электрода.

[0049] Далее будет приведено описание соотношения между размерами положительного электрода 13a, отрицательного электрода 13b и сепаратора 13c и размерами внешнего кожуха 15 и токоотвода 17. Внешняя кромка сепаратора 13c накрыта положительным электродом 13a (первым электродом), а внешняя кромка отрицательного электрода 13b (второго электрода) накрыта сепаратором 13c. Более того, периферийная кромка отверстия, через которое проходит токоотвод 17, в положительном электроде 13a накрыта сепаратором 13c, а периферийная кромка отверстия, через которое проходит токоотвод 17, в сепараторе 13c накрыта отрицательным электродом 13b.

[0050] Иными словами, внешний диаметр сепаратора 13c больше, чем внешний диаметр отрицательного электрода 13b (второго электрода). Поэтому положительный электрод 13a и отрицательный электрод 13b полностью отделены друг от друга сепаратором 13c поблизости от внутренней периферийной поверхности внешнего кожуха 15. Таким образом, электроды не приходят в контакт друг с другом, даже будучи деформированными. Кроме того, диаметр отверстия, образованного в центре сепаратора 13c, является меньшим, чем диаметр отверстия, образованного в центре положительного электрода 13a. Поэтому положительный электрод 13a и отрицательный электрод 13b полностью отделены друг от друга сепаратором 13c поблизости от внешней периферийной поверхности токоотвода 17. Таким образом, электроды не приходят в контакт друг с другом, даже будучи деформированными. Более того, внешний диаметр сепаратора 13c является меньшим, чем внешний диаметр положительного электрода 13a (первого электрода). Поэтому сепаратор 13c не проложен между положительным электродом 13a и цилиндрической банкой 12. Кроме того, диаметр отверстия, образованного в центре сепаратора 13c, является большим, чем диаметр отверстия, образованного в центре отрицательного электрода 13b. Поэтому сепаратор 13c не проложен между отрицательным электродом 13b и токоотводом 17.

[0051] Внешняя кромка положительного электрода 13a приведена в контакт с внутренней поверхностью, которая служит в качестве вывода токоотвода, внешнего кожуха 15, так что электричество и тепло, генерируемые на положительном электроде 13a, могут передаваться внешнему кожуху 15 с хорошей эффективностью. Аналогично, периферийная кромка отверстия, через которое проходит токоотвод, в отрицательном электроде 13b приведена в контакт с токоотводом 17, служащим в качестве вывода токоотвода, так что электричество, генерируемое на отрицательном электроде 13b, может быть передано токоотводу 17 с хорошей эффективностью.

[0052] Авторы настоящего изобретения приняли в качестве электродной структуры цилиндрический элемент с пакетированной структурой. Таким образом, авторы настоящего изобретения обеспечили возможность передавать генерируемые на электродах электричество и тепло внешнему кожуху и токоотводу с хорошей эффективностью. Тем самым авторы настоящего изобретения реализовали слоистый элемент с улучшенными характеристиками охлаждения и характеристиками токоотведения.

[0053] Далее будет приведено описание функций и эффектов конструкции охлаждения в первом варианте воплощения.

Внешняя кромка 13ab положительного электрода плотно прижата к внутренней поверхности 12a цилиндрической банки и входит в плотный контакт с внутренней поверхностью 12a цилиндрической банки.