电池密封结构、电解液循环型电池单元框架、电解液循环型电池单元堆及电解液循环型电池

技术领域

本发明涉及一种易于组装的电池密封结构以及包括该电池密封结 构的电解液循环型电池单元框架、电解液循环型电池单元堆及电解液 循环型电池。

背景技术

电解液循环型电池诸如氧化还原液流电池是大容量蓄电池中的一 种。在氧化还原液流电池中，将正极电解液和负极电解液供应至具有 隔膜以及彼此面对的、隔膜介于其间的正极电极和负极电极的单元， 以对电池进行充电和放电。关于电解液，通常使用含有价数随氧化还 原而变化的金属离子的水溶液。例如，作为氧化还原液流电池，对于 正极电解液使用铁离子水溶液且对于负极电解液使用铬离子水溶液的 铁-铬系氧化还原液流电池，以及对于正极电解液和负极电解液使用钒 离子水溶液的钒系氧化还原液流电池是公知的（例如，参照专利文献1 至专利文献3）。

图8是用于说明电解液循环型电池（氧化还原液流电池）的示意 图。氧化还原液流电池100包括单元110。单元110被离子能够穿透的 隔膜111划分成正极单元112和负极单元113。正极单元112容纳正极 电极114，负极单元113容纳负极电极115。对于正极电极和负极电极 中的每个，氧化还原液流电池100还包括用于存储电解液的电解液槽 120、用于使电解液在电解液槽120和电池单元110（正极单元112、 负极单元113）之间循环的循环路径130、以及用于使电解液通过循环 路径130循环的循环泵140。循环路径130包括用于将电解液从电解液 槽120供给至电池单元110（正极单元112、负极单元113）的前往导 管131、和用将电解液从电池单元110（正极单元112、负极单元113） 供给回电解液槽120的返回导管132。在图8所示的氧化还原液流电池 100中，钒离子水溶液以示例的方式被用作正极电解液和负极电解液。 在图8中，在电池单元中的实线箭头图示充电反应，虚线箭头图示放 电反应。

氧化还原液流电池的单元通常以称为单元堆的形式被利用。单元 堆包括多个层叠的单元，每个单元包括隔膜和彼此面对的正极电极和 负极电极，所述隔膜介于所述正极电极和负极电极之间。图9是用于 图示单元堆的示意图。单元堆200采用单元框架210，单元框架210包 括双极板211和用于固定双极板211的框架212。单元堆200包括层叠 的多个单元，单元框架210介于所述多个单元之间，每个单元包括相 互层叠的正极电极114、隔膜111和负极电极115。也就是说，在单元 框架210（双极板211）之间形成一个单元，并且在单元框架210（框 架212）之间的空间中，相邻单元的负极电极（负极单元）和正极电极 （正极单元）布置在前侧和后侧，双极板211介于所述负极电极和正 极电极之间。为将电解液供应到每个电极和从每个电极排出电解液， 单元框架210的框架212设置有：通过前表面和后表面的液体供应歧 管213、214和液体排出歧管215、216；以及引导槽，所述引导槽交替 形成于前表面和后表面，以将电解液从各歧管引导至各电极。在某些 情况中，由塑料制成的保护板（未示出）被布置以覆盖引导槽，以防 止引导槽和隔膜111之间的直接接触，因此降低隔膜111在层叠后破 裂的可能性。然后，一对端板220布置在叠层体的相反侧，所述叠层 体包括层叠的多个单元，单元框架210介于所述多个单元之间，每个 单元包括正极电极114、隔膜111和负极电极115，并且两个端板220 都由紧固机构230诸如螺栓在叠层体的叠层方向上紧固，以形成单元 堆200（例如，专利文献1的0004至0005段，图9）。

对于以上所述的单元框架，经常使用由碳塑料（例如，含石墨的 树脂）制成的双极板和由塑料（例如，氯乙烯）制成的框架。该单元 框架通常通过以下方式组装：将所述双极板的周缘部保持在一对框架 之间，并且利用有机溶剂通过粘接使框架和双极板形成整体（例如， 专利文献3的0028段）。在这种情况中，所述一对框架构成框架。通 过利用有机溶剂来在框架和双极板之间进行粘接，形成密封在框架之 间的由双极板隔离的空间的密封结构。

引用列表

专利文献：

专利文献1：日本专利特开第2002-367659号

专利文献2：日本专利特开第2002-367660号

专利文献3：日本专利特开第2001-189156号

发明内容

技术问题

在上述的常规技术中，利用有机溶剂进行粘接形成用于在一对框 架和电池板状构件（双极板）的周缘部之间提供密封的密封结构。然 而，常规电池密封结构受到以下问题的困扰。

由于粘接操作依赖于操作者的技巧，所以质量常常变化，其在组 装工作性方面存在问题。

而且，在通过利用有机溶剂在一对框架和电池板状构件的周缘部 之间进行粘接而形成的电池密封结构中，应力集中常发生在框架和电 池板状构件之间的边界部，因此提高了内部损坏的可能性。

鉴于上述情况做出本发明，并且本发明的目的是提供一种易于组 装的电池密封结构。本发明的另一目的是提供包括该电池密封结构的 电解液循环型电池单元框架、电解液循环型电池单元堆和电解液循环 型电池。

解决问题的手段

本发明通过利用由弹性材料制成的环状填充物来解决上述问题， 所述填充物包括：一对脚部，所述一对脚部用于将电池板状构件的周 缘部保持在其间；和基部，所述基部在所述电池板状构件的外缘处将 所述脚部连接到一起。

本发明的电池密封结构包括电池板状构件和用于将所述电池板状 构件的周缘部保持在其间的一对框架，以密封框架之间的空间。所述 一对框架从前后受到挤压。所述一对框架在其沿着挤压方向彼此面对 的相应表面之间设置有环状槽，所述环状槽用于容纳所述电池板状构 件的周缘部。所述电池密封结构包括由弹性材料制成的环状填充物， 所述填充物被布置在所述环状槽中，且压接在所述一对框架和所述电 池板状构件的周缘部之间。所述填充物包括：一对脚部，所述一对脚 部用于将电池板状构件的周缘部保持在其间；和基部，所述基部在所 述电池板状构件的外缘处将所述脚部连接到一起。

根据该结构，所述电池板状构件的周缘部被保持在一对框架之间， 并且所述一对框架从前后受到挤压，以使所述框架和所述电池板状构 件形成为一体。因此，电池密封结构不需要粘接操作，不依赖于操作 者的技巧，因而容易组装。另外，通过设置由弹性材料制成的环状填 充物，所述填充物通过在一对框架和电池板状构件的周缘部之间被压 接以与两者紧密接触而变形，因此确保高密封性能。而且，由于填充 物包括一对脚部和将所述脚部连接到一起的基部，填充物能够通过扩 张填充物和将填充物配合到电池板状构件的周缘部上的简单操作来安 装，并且能够被可靠安装而不移位或脱离。

在此，如果填充物具有大致V形的截面且被形成为使得在从基部 延伸的一对脚部的前端之间的间距比在所述脚部的根部之间的间距 （即，电池板状构件的周缘部的厚度）大，则在将填充物安装在电池 板状构件的周缘部上的过程中，电池板状构件的周缘部能够被容易地 保持在脚部之间，因此方便所述填充物的配合操作。例如，在安装在 电池板状构件的周缘部上之前，在脚部的前端之间的间距是电池板状 构件的周缘部的厚度的优选两倍或以上，更优选三倍或以上。

由于填充物由弹性材料制成，如果电池板状构件因膨胀或收缩而 变形，则所述填充物随电池板状构件膨胀或收缩。此外，例如，如果 电池板状构件随电解液的循环而变形或受到应力，如在电解液循环型 电池中那样，所述填充物跟随电池板状构件并提供减缓应力的效果。 因此，能够防止框架或电池板状构件损坏。因而，对于用于电池板状 构件的材料具有宽范围的选择而不受限制。

用于填充物的弹性材料的示例包括橡胶，诸如三元乙丙橡胶 （EPDM）、含氟橡胶和硅橡胶，可以取决于应用适当选择所述弹性材 料。例如，如果本发明的电池密封结构应用于上述电解液循环型电池 （氧化还原液流电池）的单元框架，优选选择高度耐电解液的EPDM 或含氟橡胶。

在本发明的电池密封结构的一个实施例中，所述填充物的脚部中 的至少一个脚部包括位于面对所述框架的外表面和面对所述电池板状 构件的内表面中的至少一个上的突起。

所述脚部被压接在框架和电池板状构件之间。根据该结构，由于 脚部具有突起，在压接过程中所述突起被压挤且由于压缩而变形，因 而提高密封性能。更具体而言，在采用电池密封结构时，所述突起由 于压缩而变形以在与框架和电池板状构件接触的部分产生接触压力， 从而产生高密封功能。脚部的尺寸和突起的数目不作具体限制，而是 可以适当设定。例如，如果本发明的电池密封结构应用于上述电解液 循环型电池（氧化还原液流电池）的单元框架，则在非压缩状态，每 个脚部具有0.2mm至0.5mm的厚度（从其外表面到其内表面的距离） 和1.0mm至10mm的宽度（从其前端到其基部的距离）。突起在环状 填充物的周向方向以间隔设置。一个至五个突起设置在脚部的一个表 面上，并且所述突起在非压缩状态具有0.1mm到0.5mm的高度。对于 在脚部具有突起的填充物，突起的压缩量（压挤率）决定接触压力。 压缩量越大，接触压力越高。通过将突起的高度设置在上述范围内， 能够确保充分的接触压力以提高密封性能，并且能够抑制由于产生过 大的接触压力而造成框架或电池板状构件的损坏或变形。如果设置多 个突起，则在脚部的宽度方向上提供与框架或电池板状构件的更多的 接触部分，因此提高密封性能的可靠性。脚部的突起用作用于加强填 充物（脚部）的肋，并且还具有形状保持功能。

在此，突起可以设置在一对脚部中的至少一个脚部上，可以设置 在脚部中的一个或两个上。另外，突起可以设置在脚部中的一个脚部 的外表面和内表面中的至少一个上，可以设置在表面中的至少一个表 面上。例如，突起可以设置在一个脚部的外表面上且突起可以设置在 另一个脚部的内表面上，或者突起可以设置在两个脚部的内表面和外 表面的仅一个上。如果突起设置在一个脚部的内表面和外表面两者上， 所述突起可以设置于在脚部的宽度方向上在外表面和内表面之间的不 同位置中，或者可以设置于在脚部的宽度方向上的相同位置中。如果 突起设置在两个脚部上，所述突起可以在一个脚部和另一脚部之间设 置在不同位置，或者可以设置在相同位置。

在本发明的电池密封结构的一个实施例中，所述填充物的所述脚 部中的至少一个脚部包括：从所述基部以直线状延伸的根部；以及在 该根部和前端之间形成的至少一个弯曲部。

脚部被压接在框架和电池板状构件之间。根据该结构，由于脚部 具有弯曲部，在压接过程中弯曲部从弯曲状态展开且弹性变形成平坦 形状，因此提高密封性能。更具体而言，在应用电池密封结构时，弯 曲部弹性变形以在与框架和电池板状构件接触的部分产生接触压力， 从而产生高密封功能。弯曲部的尺寸和形状以及弯曲部的数目不作具 体限制，而是可以适当设定。例如，如果将本发明的电池密封结构应 用于上述电解液循环型电池（氧化还原液流电池）的单元框架，则每 个脚部在非压缩状态具有0.2mm至0.5mm的厚度（从其外表面到其内 表面的距离）和1.0mm至10mm的宽度（从其前端到其基部的距离）。 弯曲部在环状填充物的周向方向以间隔设置。设置一个至五个弯曲部， 且弯曲部在非压缩状态具有80°至150°的弯曲角度和0.3mm至3mm 的弯曲高度。弯曲部可以具有V形或U形的形状（弧状、弓状），或 者多个弯曲部可以形成波状。如果设置多个弯曲部，则在脚部的宽度 方向上提供更多的与框架或电池板状构件接触的部分，因此提高密封 性能的可靠性。

当在本文中使用时，弯曲部的弯曲角度指在形成弯曲部的两个侧 面（表面）之间形成的角度。如果所述弯曲角度过小，在压接过程存 在弯曲部屈曲的风险。另一个面，如果弯曲角度过大，当弯曲高度恒 定时，脚部需要具有大的宽度，导致在压接过程中脚部的前端会从环 状槽突出的风险。如果弯曲部相对于根部具有面对框架的向外凸出的 形状，弯曲部的弯曲高度指从弯曲部的在根部处的面对电池板状构件 的内表面到顶点的距离，如果弯曲部具有向内凸出的形状，弯曲部的 弯曲高度指从弯曲部的在根部处的外表面到顶点的距离。对于在脚部 具有弯曲部的填充物，弯曲部的压缩量（弯曲高度的变形量）决定接 触压力。压缩量越高，接触压力越大。通过将弯曲部的弯曲高度设在 上述范围内，能够确保充分的接触压力以提高密封性能。如果弯曲高 度过高，则脚部具有更大的宽度，导致在压接过程中脚部的前端会从 环状槽突出的风险。

弯曲部满足以下条件。

（1）弯曲部由第一侧部和第二侧部形成，所述第一侧部与根部连 续且相对于根部倾斜，所述第二侧部与第一侧部连续且相对于第一侧 部倾斜。

（2）第二侧部的前端至少延伸至根部的延长线。

（3）脚部沿径向朝向填充物的内部延伸，在弯曲部处不（沿径向 朝向填充物的外部）朝向基部折返。

在脚部具有弯曲部且通过利用弯曲部的弹性变形实现密封功能的 上述类型的填充物与利用压缩变形实现密封功能的类型的填充物（例 如O型环）相比，具有以下附加的优点。决定压缩量的、在布置脚部 处的框架和电池板状构件的周缘部之间的距离可能由于这些构件的制 造公差和装配误差而变化。对于在脚部具有弯曲部的填充物，由于压 缩量的差异所引起的接触压力的变化（上述距离变化）与O型环相比 更小，这样获得稳定的接触压力。因此，通过将弯曲部的弯曲高度设 定成比距离的设计值足够高，则即便距离变化，也能够通过稳定的接 触压力确保密封性能。另外，由于能够吸收制造公差和装配误差，所 以能够以大的制造公差设计构件。而且，例如，在电池工作过程中， 由于由在框架和电池板状构件之间的热膨胀系数的差异引起的应力， 电池板状构件可能相对于框架移动。对于在脚部具有弯曲部的填充物， 能够在与距离变化无关的情况下获得稳定的接触压力，从而降低电池 板状构件的移动受到阻碍的可能性。结果，能够抑制电池板状构件由 于由热膨胀系数的差异引起的应力而损坏。与此不同，对于O型环， 如果距离变化，接触压力大大变化以变得过小或过大。因而，不能获 得稳定的接触压力。由于该原因，如果考虑制造公差或装配误差，将O 型环的直径（高度）设计得比距离的设计值大，可能产生过大的接触 压力以导致框架或电池板状构件损坏或变形。此外，对于O型环，由 于可能由距离变化产生过大的接触压力，因而存在电池板状构件的移 动会受到阻碍的风险，且由于由热膨胀系数的差异引起的应力，电池 板状构件会被损坏。

同样，通过使用在脚部具有弯曲部的填充物，能够期待以下有益 效果。也就是说，（1）能够获得稳定的接触压力；（2）在确保密封 性能的同时，能够吸收框架和电池板状构件的制造公差和装配误差； 以及（3）能够抑制过大的接触压力产生，以便于电池板状构件移动。 而且，由于能够增加构件的制造公差，所以能够降低电池密封结构的 成本。而且，由于电池板状构件损坏的风险进一步降低，所以能够更 进一步降低电池板状构件的要求强度，且能够提供对于用于电池板状 构件的材料的更宽范围的选择。

在本发明的电池密封结构的一个实施例中，所述填充物的所述基 部包括位于面对所述一对框架的前表面和后表面中的至少一个表面上 的突起。

基部被压接在一对框架之间。根据该结构，由于基部具有突起， 在压接过程中突起被压挤且由于压缩而变形，从而提高密封性能。更 具体而言，在应用电池密封结构时，突起由于压缩而变形以在与框架 接触的部分产生接触压力，从而产生高水平的密封功能。基部的尺寸 和突起的数目不作具体限定，而是可以适当设定。例如，如果将本发 明的电池密封结构应用于上述电解液循环型电池（氧化还原液流电池） 的单元框架，则基部在非压缩状态具有0.5mm至1.2mm的厚度（从其 前面到其后面的距离）和0.5mm至1.5mm的宽度（从其与电池板状构 件的外缘接触的内周缘到其外周缘的距离）。突起在环状填充物的周 向方向以间隔设置。一个至三个突起设置在脚部的一个表面上且所述 突起在非压缩状态具有0.1mm至0.5mm的高度。突起的压缩量（压挤 率）决定接触压力。压缩量越大，接触压力越大。通过将突起的高度 设在上述范围内，则能够确保充分的接触压力以提高密封性能，并且 能够抑制由于产生过大的接触压力造成框架损坏或变形。如果设置多 个突起，则在基部的宽度方向上设置更多的与框架接触的部分，因此 提高密封性能的可靠性。基部的突起用作用于加强填充物（基部）的 肋，还具有形状保持的功能。

在此，突起可以设置在基部的前表面和后表面中的至少一个表面 上，且可以设置在表面中的一个或两个表面上。如果突起设置在基部 的前表面和后表面两者上，所述突起可以设置于在基部的宽度方向上 在前表面和后表面之间的不同位置中，或者可以设置于在基部的宽度 方向上的相同位置中。

本发明的电解液循环型电池单元框架包括电池板状构件以及用于 将所述电池板状构件的周缘部保持在其间的一对框架。所述电池板状 构件是双极板。所述电解液循环型电池单元框架包括上述本发明的电 池密封结构。

如上所述，通过包括上述本发明的电池密封结构，该结构易于组 装。另外，由于填充物由弹性材料所构成，填充物能够缓解在框架和 双极板之间的边界部中的应力集中，以防止框架或双极板损坏。因而， 对于用于双极板的材料提供宽范围选择而没有限制。例如，容易将由 含有约10质量％至约50质量％的石墨的碳塑料、含较高的石墨含量 （例如60质量％或以上）的碳塑料、或仅含石墨的碳制成的板用于双 极板。

本发明的电解液循环型电池单元堆包括层叠体，所述层叠体包括 层叠的多个单元，单元框架介于所述多个单元之间，每个单元包括隔 膜以及彼此面对的正极电极和负极电极，所述隔膜介于所述正极电极 和负极电极之间。单元框架为上述本发明的电解液循环型电池单元框 架。所述电解液循环型电池单元堆包括：一对端板，所述一对端板布 置在所述层叠体的相反的两端上；以及紧固机构，所述紧固机构用于 在所述叠层体的叠层方向上紧固两个所述端板。

通过包括上述本发明的单元框架作为其单元框架，该结构易于组 装并且能够防止由在构成单元框架的框架和双极板之间边界部中的应 力集中引起的损坏。另外，通过利用紧固构件来紧固端板，能够从前 后挤压构成单元框架的一对框架。

本发明的电解液循环型电池包括上述本发明的电解液循环型电池 单元堆。

通过包括上述本发明的电解液循环型电池单元堆，该结构易于组 装。另外，由于能够防止由在构成单元框架的框架和双极板之间的边 界部中的应力集中引起的损坏，所以即便安装在用于电池的工作条件 和存储条件急剧变化的环境中电池也能够稳定工作。

在本发明的电解液循环型电池的一个实施例中，所述电池是氧化 还原液流电池。

氧化还原液流电池不作具体限制。例如，正极电解液和负极电解 液满足以下条件（1）和（2）中的一个。

（1）正极电解液和负极电解液均含有钒离子。

（2）正极电解液含有铁离子，而负极电解液含有选自钒离子、铬 离子、锌离子和锡离子中的至少一种类型的金属离子。

本发明的有益效果

本发明的电池密封结构通过使用由弹性材料制成的并且具有一对 脚部和将所述脚部连接到一起的基部的环状填充物，而易于组装并能 够确保高的密封性能。此外，能够防止由在框架和电池板状构件之间 的边界部中的应力集中引起的损坏，以提供对于用于电池板状构件的 材料的宽范围的选择。而且，本发明的电解液循环型电池单元框架、 电解液循环型电池单元堆以及电解液循环型电池通过包括上述本发明 的电池密封结构，易于组装，并能够防止由在框架和双极板之间的边 界部中的应力集中引起的损坏，并提供对于用于双极板的材料的宽范 围的选择。

附图说明

图1是用于图示根据第一实施方式的包括单元框架的单元堆的局 部放大示意截面图。

图2是用于图示根据第一实施方式的用于单元框架的填充物的局 部放大示意截面图。

图3（A）是用于图示处于组装之前的状态的根据第一实施方式的 单元框架的组装步骤的局部放大示意截面图，图3（B）是用于图示处 于组装之后的状态的根据第一实施方式的单元框架的组装步骤的局部 放大示意截面图。

图4是用于图示根据第二实施方式的用于单元框架的填充物的局 部放大示意截面图。

图5（A）是用于图示处于组装之前的状态的根据第二实施方式的 单元框架的组装步骤的局部放大示意截面图，图5（B）是用于图示处 于组装之后的状态的根据第二实施方式的单元框架的组装步骤的局部 放大示意截面图。

图6是用于图示根据第二实施方式的单元框架在组装之后的状态 的示例的局部放大示意截面图。

图7（A）是用于图示框架的变型的局部放大示意截面图，图7（B） 是用于图示框架的另一变型的局部放大示意截面图。

图8是用于图示氧化还原液流电池的示意图。

图9是用于图示单元堆的示意图。

具体实施方式

将参照附图说明本发明的实施方式。在以下说明的实施方式中， 通过示例的方式说明电解液循环型电池（氧化还原液流电池）的单元 框架。在附图中，同一附图标记表示相同或相应的部分。

（第一实施方式）

图1示出根据第一实施方式的单元框架10的单元堆。该单元堆包 括层叠的多个单元，单元框架10介于所述多个单元之间，每个单元包 括隔膜111以及彼此面对的正极电极114和负极电极115，隔膜111介 于正极电极114和负极电极114之间。由于除了单元框架10以外，单 元堆的结构与参照图9说明的单元堆200的结构相同，因此将不再重 复其说明。

单元框架10包括：电池板状构件（双极板）11；一对框架12a和 12b以及填充物20。下面将详细说明这些部件。

双极板11具有矩形板的形状，且例如由碳塑料或碳板形成。在该 示例中，将板的厚度设为0.6mm。

框架12a和框架12b中的每个框架具有矩形框架的形状，且例如 由氯乙烯制成。在该示例中，框架12a和框架12b分别具有相同的大 致L形的截面，且关于双极板11对称布置。在此使用的截面指与框架 12a和框架12b的周向方向正交的截面。框架12a和框架12b将双极板 11的周缘部保持在其间，且从前后受到挤压（在此，将图1的上侧和 下侧分别称为“前侧”和“后侧”）。在框架12a和框架12b的在挤 压方向上彼此面对的相应表面中的每个表面上形成台阶表面13以使内 周缘部的厚度变薄，以形成在框架12a和框架12b的面对表面之间的 环状槽14。在环状槽14中容纳双极板11的周缘部。

填充物20具有矩形环形状，且由如EPDM或含氟橡胶的弹性材 料制成。在该示例中，填充物20由EPDM制成。填充物20被配合并 安装在双极板11的周缘部上、布置在环状槽14中且被压接在框架12a、 框架12b和双极板11的周缘部之间。填充物20包括：用于将双极板 11的周缘部保持在其间的一对脚部21；以及在双极板11的外缘处将 脚部21连接到一起的基部22。每个脚部21包括面对框架12a（12b） 的外表面和面对双极板11的内表面，而基部22包括面对框架12a的 前表面和面对框架12b的后表面。脚部21和基部22一体形成。

图2示出在单元框架被组装之前的填充物。如图2所示，填充物 20具有大致V形的截面，且包括设置在脚部21和基部22上的突起23。 在此使用的截面指与填充物20的周向方向正交的截面。在该示例中， 在两个脚部21的外表面和内表面两者上都设置有突起23，并且在基部 21的前表面和后表面两者上都设置有突起23。在每个脚部21的每个 表面上设置三个突起23（在两个表面上共计六个突起），在基部22的 每个表面上设置两个突起23（在两个表面上共计四个突起）。在脚部 21和基部22两者中，在两个表面上在其宽度方向上的相同位置设置突 起23。在两个脚部21之间在相同位置设置突起23，且脚部21具有彼 此对称的形状。脚部21和基部22的突起23沿环状填充物20的周向 方向以间隔形成。

在该示例中，对填充物20进行设计使得：当填充物20处于非压 缩状态时，每个脚部21具有0.3mm的厚度T1、3.0mm的宽度W1、以 及对于脚部21的突起23的0.3mm的高度H1，而基部22具有1.0mm 的厚度T2、1.0mm的宽度W2、以及对于基部22的突起23的0.3mm 的高度H2。另外，将在从基部22的内周缘延伸的一对脚部21的根部 之间的间隔C1设为0.6mm。

接下来，参照图3说明图1所示的单元框架10的组装步骤。首先， 扩大填充物20的直径以将双极板11的周缘部保持在两个脚部21之间， 以将填充物20安装在双极板11的周缘部上（参照图3（A））。然后， 将安装有填充物20的双极板11的周缘部保持在一对框架12a和12b 之间，且从前后挤压框架12a和框架12b（参照图3（B），图中，轮 廓箭头指示挤压方向）。这样，填充物20通过被压接在框架12a、框 架12b和双极板11的周缘部之间以与其紧密接触而变形，从而形成密 封在框架12a和架框12b之间的空间（负极电极115和正极电极114 所布置的空间，其中双极板11介于负极电极115和正极电极114之间 （参照图1））的电池密封结构。另外，通过在脚部21和基部22上设 置突起23，在填充物20被压接时，脚部21和基部22的突起23被压 挤，从而提高密封性能。

在该示例中，相比于框架12a和框架12b的台阶表面13（环状槽 14）的宽度，填充物20的整体宽度较短。在环状槽14中布置填充物 20时，基部22的外周缘面不与环状槽14的底表面接触，且脚部21的 前端不从环状槽14突出。因此，在通过在图3（B）的轮廓箭头的方向 上挤压框架12a和框架12b而压接填充物20时，即便脚部21和基部 22被压缩且在宽度方向（图3（B）中的黑箭头方向）上延伸，延伸也 能够逃逸到环状槽14内的空间中。通过确保这种逃逸裕量，则即便提 高挤压载荷，也能够容易防止填充物20的异常变形。

以上说明的根据第一实施方式的单元框架的密封结构能够被形成 为不需要粘接操作、不依赖于操作者的技巧的电池密封结构，且因而 易于组装。另外，填充物通过被压接在框架和双极板的周缘部之间以 与其紧密接触而变形，这样确保高密封性能。此外，通过在脚部或基 部上设置突起，能够提高密封性能。脚部或基部的突起用作用于加强 填充物的肋，并且还具有形状保持的功能。进而，填充物能够通过将 填充物配合到双极板的周缘部上的简单操作来安装，且能够被可靠安 装而不由于脚部和基部而移位或脱离。

此外，在该密封结构中，如果双极板由于膨胀或收缩而变形，填 充物随着双极板膨胀或收缩。因此，填充物能够缓解在框架和双极板 之间的边界部中的应力集中，以防止框架或双极板损坏。因而，提供 用于双极板的材料的宽范围选择而没有限制。

包括这种单元框架的单元堆以及包括该单元堆的电解液循环型电 池（氧化还原液流电池）易于组装，且能够防止由构成单元框架的框 架和双极板之间的边界部中的应力集中所引起的损坏。进而，该电解 液循环型电池（氧化还原液流电池）在安装在电池的工作条件等剧烈 变化的环境中时也能够稳定工作。

（第二实施方式）

在第一实施方式中，已经参照图1至图3对使用在脚部具有突起 的填充物的单元框架的密封结构进行了说明。在第二实施方式中，将 参照图4至图6对使用在脚部具有弯曲部的填充物的单元框架的密封 结构进行说明。在第二实施方式中的单元堆（单元框架）的整体结构 以及作为单元框架的部件的双极板、一对框架和填充物的基本结构与 在第一实施方式中的结构相同，因而不再重复其说明。

图4示出在单元框架被组装之前的填充物。如图4所示，填充物 20具有大致V形的截面，且包括设置在每个脚部21上的弯曲部25和 设置在基部22上的突起23。在此使用的截面指与填充物20的周向方 向正交的截面。在该示例中，在每个脚部21上设置弯曲部25，并且在 每个脚部21上设置从基部22以直线状延伸的根部26。在根部26和前 端之间形成弯曲部25。脚部21具有对称形状。一个弯曲部25设置在 每个脚部21上以具有相对于根部26向外凸出的形状。另一方面，一 个突起23设置在基部22的每个表面上（两个表面共计两个突起）。 基部22在两个表面上在其宽度方向上的相同位置中设置有突起23。脚 部21的弯曲部25和基部22的突起23沿环状填充物20的周向方向以 间隔形成。

在该示例中，对填充物20进行设计使得：当填充物20处于非压 缩状态时，每个脚部21具有0.3mm的厚度T1以及对于弯曲部25的相 应的98°的弯曲角度θ和0.99mm的弯曲高度H3，并且基部22具有 1.0mm的厚度T2、1.0mm的宽度W2以及对于突起23的0.3mm的高 度H2。另外，将在从基部22的内周缘延伸的一对脚部21的根部之间 的间隔C1设为0.6mm。

接下来，参照图5说明单元框架的组装过程。首先，扩大填充物 20的直径以将双极板11的周缘部保持在两个脚部21之间，以将填充 物20安装在双极板11的周缘部上（参照图5（A））。然后，将安装 有填充物20的双极板11的周缘部保持在一对框架12a和框架12b之 间，且从前后挤压框架12a和框架12b（参照图5（B），图中，轮廓 箭头指示挤压方向）。这样，填充物20通过被压接在框架12a、框架 12b和双极板11的周缘部之间以与其紧密接触而变形，从而形成密封 在框架12a和框架12b之间的空间（负极电极115和正极电极114所 布置的空间，双极板11介于负极电极115和正极电极114之间（参照 图1））的电池密封结构。另外，通过在脚部21上设置弯曲部25和在 基部22上设置突起23，在填充物20被压接时，脚部21的弯曲部25 弹性变形成直线状扁平形状并且基部22的突起23被压挤并由于压缩 而变形，从而提高密封性能。

在该示例中，如在第一实施方式中那样，相比于框架12a和框架 12b的台阶表面13（环状槽14）的宽度，填充物20的整体宽度较短。 在环状槽14中布置填充物20时，基部22的外周缘面不与环状槽14 的底表面接触，且脚部21的前端不从环状槽14突出。因此，在通过 在图5（B）的轮廓箭头的方向上挤压框架12a和框架12b而压接填充 物20时，即便脚部21和基部22被压缩且在宽度方向（图5（B）中的 黑箭头方向）上延伸，延伸也能够逃逸到环状槽14内的空间中。通过 确保这种逃逸裕量，则即便提高挤压载荷，也能够容易防止填充物20 的异常变形。

根据以上说明的第二实施方式的单元框架的密封结构能够提供与 根据第一实施方式的单元框架的密封结构的效果相同的效果，且能够 提供以下附加效果。利用脚部21具有弯曲部25的填充物20，由于压 缩量的差异所引起的接触压力的变化小，因而获得稳定的接触压力。 例如，如图6所示，假设由于框架12a（12b）或双极板11的制造公差 或装配误差，所获得的在布置填充物20的脚部21处的框架12a（12b） 和双极板11的周缘部之间的距离d的值比设计值大。作为具体示例， 假设相对于0.3mm的距离d的设计值，由于制造公差等，实际的距离 d是0.8mm。这里，通过将弯曲部25的高度设成比距离d的设计值大 （例如0.9mm或以上），如图6所示，由于弯曲部25的弹性变形，在 与框架12a（12b）和双极板11接触的部分产生接触压力，从而产生密 封功能。

表1图示在根据第二实施方式的单元框架的密封结构中（试验示 例1）中在上述距离d和接触压力之间的关系。出于比较的目的，表1 还图示在于框架和双极板的周缘部之间布置有O型环的密封结构（比 较示例1）中在距离d和接触压力之间的关系。在表1中，各接触压力 以与在试验示例1中当距离d=0.3mm时接触压力为1的相对值表示。 在试验示例1中，弯曲部具有0.25mm的厚度，在比较示例1中，O型 环具有0.55mm的直径。

[表1]

从表1的结果能够看出：与使用O型环的比较示例1相比，在使 用在脚部具有弯曲部的填充物的试验示例1中，随着距离d变化，接 触压力的变化小，由此获得稳定的接触压力。具体而言，在试验示例1 中，当距离d为0.25mm时，接触压力的增加率为约50%，当距离d 为0.8mm时，接触压力的减小率为约50%。同样，利用距离d减小， 能够抑制产生过大的接触压力，而利用距离d增加，能够确保特定的 接触压力。这样，即便距离d在某种程度上变化，也能够通过稳定的 接触压力确保密封性能。另外，由于能够吸收制造公差或装配误差， 所以能够以大的制造公差设计构件。与此不同，在比较示例1中，随 着距离d变小，接触压力显著增加。这样，可能产生过大的接触压力， 引起框架或双极板的损坏或变形。另一方面，当距离d为0.55mm（O 型环的直径）或以上时，接触压力变成零，不提供密封性能。也就是 说，在比较示例1中，随着距离d的变化，接触压力的变化大，需要 精确控制距离d。

进而，在试验示例1中，由于能够抑制随距离d的变化产生过大 的接触压力，所以例如当在电池工作过程中由于在框架和双极板的热 膨胀系数的差异而产生应力时，双极板会容易相对于框架移动。因此， 能够容易地防止由于由热膨胀系数的差异所引起的应力对双极板的损 坏。另一个面，在比较示例1中，由于可能产生过大的接触压力，所 以防止双极板移动，且由于由热膨胀系数的差异所引起的应力，可能 损坏双极板。同样，在试验示例1中，由于损坏双极板的风险进一步 减小，所以进一步减小双极板的要求强度，且提供对于用于双极板的 材料的更宽范围的选择。

（第一变型）

在根据上述实施方式的单元框架10中，已经说明了一对框架12a 和12b具有带有台阶表面13的相同形状，且被对称布置。作为选择， 所述一对框架可以具有彼此不同的形状。

在图7（A）所示的一对框架12a和12b中，一个框架12a具有平 板框架形状，且具有面对框架12b的平坦表面。另一个框架12b具有 大致L形的截面，且在面对框架12a的表面上设置有台阶表面13，以 使内周缘部的厚度减小。此外，框架12a的宽度与框架12b的台阶表 面13的宽度大致相等。在框架12a和框架12b的面对表面之间形成环 状槽14。在环状槽14中容纳安装有填充物20的双极板11的周缘部。

在图7（B）所示的一对框架12a和12b中，一个框架12a具有平 板框架形状，且具有面对框架12b的平坦表面。另一个框架12b具有 大致L形的截面，且在面对框架12a的表面上设置有第一台阶表面13a 和第二台阶表面13b，以使厚度从外周缘朝向内周缘分极减小。此外， 框架12a的宽度与框架12b的第一台阶表面13a和第二台阶表面13b 的结合宽度大致相等，其中框架12a部分邻接框架12b的第一台阶表 面13a。在框架12a和框架12b的面对面之间形成环状槽14。在环状槽 14中容纳安装有填充物20的双极板11的周缘部。

注意本发明并非局限于上述实施方式，而是能够在不脱离本发明 的要旨的情况下进行适当的改进。例如，能够适当改进用于构成单元 框架的双极板、框架和填充物的材料。另外，可以适当改进填充物的 脚部和基部的尺寸以及设置在脚部或基部上的突起的数目和位置。

工业应用

本发明的电池密封结构能够用作诸如电解液循环型电池（氧化还 原液流电池）和燃料电池的各种电池的密封结构。该电池密封结构能 够合适地用于电解液循环型电池单元框架、电解液循环型电池单元堆 和电解液循环型电池。本发明的电解液循环型电池能够合适地用作用 于负载均等化和输出稳定化的大容量蓄电池。

附图标记说明

10 单元框架；

11 电池板状构件（双极板）；

12a、12b 框架；

13 台阶表面；

13a 第一台阶表面

13b 第二台阶表面；

14 环状槽；

20 填充物；

21 脚部；

22 基部；

23 突起；

25 弯曲部；

26 根部；

100 电解液循环型电池（氧化还原液流电池）；

110 单元；

111 隔膜；

112 正极单元；

113 负极单元；

114 正极电极；

115 负极电极；

120 电解液槽；

130 循环路径；

131 前往导管；

132 返回导管；

140 循环泵；

200 单元堆；

210 单元框架；

211 双极板；

212 框架；

213、214 液体供给歧管；

215、216 液体排出歧管；

220 端板；

230 紧固机构；