(57)【要約】本発明は、陰端子６２と、陽端子６１と、陰端子と陽端子との間に配された少なくとも一枚のバイプレート積層体から成る少なくとも二つの電池セルを有したバイポーラ電池６０；８０に関する。また、電池は、電池セルを形成する各陰極１３と陽極１２との間に配され、電解液を含んだ、セパレーター５０から成る。疎水性の材料である内部バリヤー１４が、バイプレート１１；２４；８１の第一の面上の電極１２，１３の少なくとも一つの周囲に配されている。外部シール部、例えば枠１８が、各バイプレート積層体及び各端子の縁部周囲に設けられ、さらに穴２１が、電池中の全セルに共通のガス空間を形成するために隣接する各セル間同士が連通するように各バイプレートを貫通して設けられている。また本発明は、バイプレート積層体に関する。
2005503651.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも二つの電池セルを有し、
−密閉されたハウジングと、
−陰極（１３）を有する陰端子（６２）と、
−陽極（１２）を有する陽端子（６１）と、
−前記陰端子（６２）と前記陽端子（６１）との間の挟みこまれた位置に配されたバイプレート（１１；２４；８１）の陰極側に取り付けられた陰極（１３）及びバイプレート（１１；２４；８１）の前記陰極側の反対側に位置する陽極側に取り付けられた陽極（１２）をそれぞれ有し、さらに電池中の全セルに共通のガス空間を形成するために隣接する各セル間同士を連通するように少なくとも一つの穴（２１）が各バイプレート（１１：２４；８１）に貫通して配された少なくとも一枚のバイプレート積層体と、
−各陰極（１３）と陽極（１２）との間に配されることで各電池セルを形成し、電解液を含むセパレーター（５０）と、
−前記密閉されたハウジングを設けるために、各バイプレート積層体及び各端子の縁部（１６）周囲に設けられた外部シール（１８；８３）とから成り、
前記陰極（１３）及び陽極（１２）がバイプレート（１１；２４；８１）の面の中央部分だけを覆うように配されているバイポーラ電池（６０；８０）において、
−疎水性のフルオロポリマー材により形成された内部バリヤー（１４）が、バイプレート（１１；２４；８１）の第一の面の縁部（１６）付近で、少なくとも一つの電極（１２，１３）の周囲に配されていることにより、及び、
−各バイプレートを貫通する、前記少なくとも一つの穴（２１）が、バリヤー（１４）と外部密閉部（１８；８３）との間に配されていることにより、
前記内部バリヤー（１４）が、あるセルから別のセルへの電解液の通過を妨げることを特徴とする、バイポーラ電池（６０；８０）。
【請求項２】
前記第一の面が陰極側で、内部バリヤー（１４）がバイプレート（１１；２４；８１）の陰極側の各陰極（１３）の少なくとも周囲に配されていることを特徴とする、請求項１記載のバイポーラ電池。
【請求項３】
内部バリヤー（１４）がさらにバイプレート（１１；２４；８１）の陽極側の各陽極（１２）の周囲に配されていることを特徴とする、請求項２記載のバイポーラ電池。
【請求項４】
端子（６２）の一つには、共通ガス空間の圧力が所定の値を超えた場合に、共通ガス空間と周囲環境をつなぐために、圧力開放弁（７０）が設けられていることを特徴とする、請求項１乃至３いずれか一項記載のバイポーラ電池。
【請求項５】
圧力検出器（７３）が、共通ガス空間内の圧力を監視するために、端子（６１）の一つに取り付けられていることを特徴とする、請求項１乃至４いずれか一項記載のバイポーラ電池。
【請求項６】
前記外部シールが、前記密閉されたハウジングを設けるために、各バイプレート及び各端子の縁部（１６）周囲に設けられた枠（１８）から成ることを特徴とする、請求項１乃至５いずれか一項記載のバイポーラ電池。
【請求項７】
前記外部シールが、エポキシ及びガラス繊維から製造された、連続した囲い（８３）から成ることを特徴とする、請求項１乃至５いずれか一項記載のバイポーラ電池。
【請求項８】
バイプレート（１１；２４；８１）と、前記バイプレート（１１；２４）の第一の面に配された陽極（１２）と、前記バイプレート（１１；２４；８１）の第一の面の反対側となる第二の面に配された陰極（１３）と、バイプレート（１１；２４；８１）を貫通して共通のガス空間を設けるために前記バイプレートを貫通して配される少なくとも一つの穴（２１）とから成り、前記陽極（１２）及び陰極（１３）がバイプレート（１１；２４；８１）の面の中央部分だけを覆うように配されたバイプレート積層体において、
−疎水性のフルオロポリマー材により形成された内部バリヤー（１４）が、バイプレート（１１；２４；８１）の第一の面の縁部（１６）付近において、少なくとも一つの電極（１２，１３）の周囲に配されることによって、及び、
−各バイプレート（１１；２４；８１）を貫通する前記少なくとも一つの穴（２１）が、バリヤー（１４）と縁部（１６）との間に配されることによって、
前記内部バリヤー（１４）がバイプレート積層体の片側の面から別の面への電解液の通過を防ぐことを特徴とする、バイプレート積層体。
【請求項９】
前記第一の面が陰極側で、内部バリヤー（１４）がバイプレート（１１；２４；８１）の陰極側の各陰極（１３）の少なくとも周囲に配されていることを特徴とする、請求項８記載のバイプレート積層体。
【請求項１０】
内部バリヤー（１４）がさらにバイプレート（１１；２４；８１）の陽極側の各陽極（１２）の周囲に配されていることを特徴とする、請求項９記載のバイプレート積層体。
【請求項１１】
枠（１８）が、バイプレート積層体の縁部周辺に設けられていることを特徴とする、請求項８乃至１０いずれか一項記載のバイプレート積層体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、密閉されたハウジングと、陰極を有する陰端子と、陽極を有する陽端子と、少なくとも一枚のバイプレート積層体と、各陰極と陽極との間に配されることで各電池セルを形成するセパレーターと、各バイプレート積層体及び各端子の縁部周囲に設けられた外部シールとから成り、少なくとも二つの電池セルを有している、バイポーラ電池に関する。また本発明は、バイプレートと、バイプレートの第一の面に配された陽極と、バイプレートの第一の面の反対側となる第二の面に配された陰極と、バイプレートを貫通して共通のガス空間を設けるためにバイプレートを貫通して配される少なくとも一つの穴とから成り、陽極及び陰極がバイプレートの面の中央部分だけを覆うように配されたバイプレート積層体に関する。
【背景技術】
【０００２】
理論上、バイポーラ電池は重量及び体積基準での電池としてのエネルギー貯蔵容量を改善し、電池内部の内容物の重量及び体積を減じ、安定した電池としての性能及び低い内部抵抗を供するために用いることができる。
【０００３】
バイポーラ電池の構造は、バイプレートと呼ばれる導電性バイポーラ層から成り、そのバイプレートはセル間の隔壁としての役割だけではなく、電池中の隣接セル間を電気的に接続する機能を有する。バイポーラ電池構造体を良好に使用するためには、バイプレートがセルからセルへ電流を伝達するための十分な導電性を有し、セルが利用される環境で化学的に安定し、電極に対し良好に接触しそれを維持することができ、電気的に絶縁性でありセル中に電解液を封じ込めるためにセルの境界を密閉させることが可能でなければならない。
【０００４】
これらの条件は、再充電可能な電池ではバイプレートの腐食が加速されうる充電電位のために、そしてアルカリ電池では電解液のクリープ性質のために、達成するのがより困難である。これらの特性を適切に組合せることは、極めて困難であることが証明されている。保守を必要としないで使用する場合には、再充電可能な電池を密閉状態で稼動させることが望ましい。しかしながら、密閉式に設計されたバイポーラ電池では、平板電極及びセル稼動中に存在し、発生したガスを収容するために構造的に劣っている積層セル構造体を一般的に利用している。密閉構造において、充電中に発生したガスを、安定稼動のためにセル内部で化学的に再結合する必要がある。ガスが発生することにより生じた圧力を収容することが要求されるので、状態の安定したバイポーラ構造体を設計する上でさらなる課題が生じている。
【０００５】
電池製造業者は、実用時の密閉設計に必ず問題がおきるために、市販用のバイポーラ電池を開発できずにいる。今までの開発成果の大部分は、ほぼ鉛／酸方式に関する。電解液の沿面漏れ、腐食条件、及び電池から発生する熱と圧力のために、密閉を行うことが困難である。他の製造業者は、漏れ防止シールの製造を試みたが、熱膨張や圧力変化により結局は失敗に終わった。本発明において、各電池セル中で発生した圧力は、圧力が予め決めた圧力範囲を超えた場合に、圧力容器を通して逃がすようにしている。
【０００６】
輸送、通信、医療及び電動工具の分野における新たな要求により、既存の電池では満たすことのできない規格が要求されている。その規格としては、長いサイクル寿命及び速く効率的な再充電の必要性などが挙げられる。
【０００７】
NiMH（nickel metal hydride battery，ニッケル水素電池）系の電池は、サイクル寿命については条件を満たすが、しかし従来の製造方法ではコストがとても高くなる。
【０００８】
理想的な電池の再充電では、100％の効率でエネルギーが充電され、容量が100％に到達した時点で再充電が完了すべきである。ほとんどの電池において、再充電が100％に到達した時点で完了するための条件は、電池の温度と要求される最終電圧との関係を知ることで、決めることができる。電池の効率は100％ではないため、再充電で100％の容量を達成するためには、（新品の鉛酸電池では）104％の充電能力が必要な場合がある。鉛酸電池は、充電が完了に近づくにつれて、セル内の電圧が急激に増加する。電圧を検出し104％に到達した時点で充電が停止されるように、電力の供給を設定することができる。これとは別に、電圧が所定の値に到達した時、制限された追加の充電量を供給するために電力の供給をすることができる。ニッケルカドミウム電池及びニッケル水素電池は、充電が完了に近づくにつれて、供給される電圧の量が減少し始めるという点で、特性に違いが有る。
【０００９】
セルの再充電のために必要な電圧に波及する抵抗損失を埋め合わせしなくてはならないため、充電電圧はセルの開回路電圧よりも常に高い。その充電電圧の量は、再充電の速度に比例する。ニッケル電池は、高温であれば、低い電圧においても電流を流すことができる。しかしながら、完全に充電しようとする時、又は均一に放電しない電極を再充電しようとするときに問題が生じる。
【００１０】
抵抗の下がった一部の電極又は充電の完了した一部の電極は、セルの残りの電極が充電を完了する前に、過充電を始める場合がある。電極のこれらの領域においては、電気分解により充電エネルギーが酸素に変換される。その酸素はそれから、陰極において再結合することで陰極において同等の熱を発生し、それによりセルの温度が上昇する。セルの温度の上昇は、過充電及び再結合が起こる範囲において更に大きく、そのため再充電が、より温度の高い領域を通して進む。このことで結果的にセルが損傷するとともに、電池を基準の電圧に完全に充電したかどうかを判断する能力が妨げられる。
【００１１】
Bronoelらによる下記特許文献１では、バイプレート（導電性支持体／セパレーター）を貫通する開口部を設けることで形成された共通のガス空間を有しているバイポーラ電池について開示されている。また、その開口部には、穴を通して電解液が通過することを防ぐための疎水性バリヤーも設けられている。この文献で詳述されている電池には、セル間の圧力差の問題が解決できるとはいえ、まだ不都合がある。各バイプレートの縁部周辺の外部シールは、さらに流体の漏れを防止するものでなくてはならないが、それを達成することは極めて難しい。外部シールが流体漏れを防止できなければ、電極間に挟まれたセパレーターに含まれている電解液が、あるセルから別のセルへ移動する場合がある。
【特許文献１】
米国特許文献  5,344,723
【００１２】
手頃な値段で容易に製造でき、充放電処理中に安全に取り扱いができる電池が要求されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、従来のバイポーラ電池と比べて、密閉性を改善したバイポーラ電池、好ましくはバイポーラNiMH電池を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の目的は、疎水性のフルオロポリマー材により形成された内部バリヤーが、バイプレートの第一の面の縁部付近で、少なくとも一つの電極の周囲に配されていることにより、及び、各バイプレートを貫通する少なくとも一つの穴が、バリヤーと外部密閉部との間に配されていることにより、内部バリヤーがあるセルから別のセルへの電解液の通過を妨げることを特徴とする、バイポーラ電池と；疎水性のフルオロポリマー材により形成された内部バリヤーが、バイプレートの第一の面の縁部付近において、少なくとも一つの電極の周囲に配されることによって、及び、各バイプレートを貫通する少なくとも一つの穴が、バリヤーと縁部との間に配されることによって、内部バリヤーがバイプレート積層体の片側の面から別の面への電解液の通過を防ぐことを特徴とする、バイプレート積層体とにより達成される。
【００１５】
本発明には、バイポーラ電池が従来のものと比べて簡単に製造ができるという利点がある。
【００１６】
本発明の更なる利点としては、バイポーラ電池及びバイプレート積層体の製造コストを大幅に減じ、その一方でバイポーラ電池の操作性を維持又は改善するという点である。
【００１７】
本発明の更なる目的と利点は、バイポーラ電気化学電池及びバイプレート積層体について、以下に詳細に記載することで、当業者に明示される。
【００１８】
添付図に示したそれぞれの態様は、倍率や比率が違っているが、これは重要な特徴の違いを誇張して示すことで、目的を明瞭にするために行っている。
【００１９】
バイポーラ電池方式の主な利点は、構造が簡単で抵抗損失が少ないことである。その電池の部品数は相対的に少なく、適切な組立品及び密閉用部品が組み合わされた端部プレート及びバイプレートのみから成る。好ましい電圧を供する電池は、必要とする数のバイプレートを積層することにより構成される。各バイプレートは、導電性があり、電解液に対して不透性であるので、バイプレートが積層された際に、セル間で電気的な接続が生じる。
【００２０】
両端に端子があることによって、電流はプレートに対して垂直に流れ、これによって電流と電圧が確実に均一に分配される。電流経路は非常に短いので、電圧降下はかなり抑えられる。
【００２１】
バイポーラ電池はまた、重量、体積を著しく減じ、部品及び製造工程のいくつかを除去することにより、製造コストをかなり抑えることができる。
【００２２】
今までに商業的に解決できなかったバイポーラ電池の重要な問題は、バイポーラ電池中のセル間に信頼性の高い密閉が得られなかった点である。また、電池の過充電及び電池の破裂を引き起こすかもしれないセル中での高い圧力の発生を回避しなくてはならないという別の問題もある。これらの問題の解決策を、以下に示す。
【００２３】
セルの密閉は全ての型の電池において極めて重大な事項であり、バイポーラ電池も例外ではない。個々のセルは、活性材料（NiMH電池においては、それぞれ陽極がニッケル水酸化物、陰極が水素吸蔵合金である）、セパレーター及び電解液を含んでいる。電解液には電極間のイオン伝導が求められる。長寿命、重量及び体積を最適化した最も優れた設計には、ガスの再結合が必要である。
【００２４】
電池は充電する際、常にガスを生ずる。ガスの発生速度は充電が進むにつれて増加し、充電完了時に最大値に達する。生ずるガスは酸素及び水素である。
【００２５】
動力用途に用いられる電池は、薄い電極を有する。重量及び体積を最小にした電池の長寿命化には、密閉構造に必要な特性が要求される。
【００２６】
酸素は水素よりも速く再結合し、そのため電池は、セルが過充電又は過放電をした時、最初に酸素を発生させるように設計される。これには次の二つの作用が必要になる。
（１）陽極活性材料を陰極活性材料よりも概して３０％増やして製造することにより、陽極が酸素ガスを最初のガスとして確実に発生させる。
（２）陽極から陰極へのガスの経路を設け、そこで酸素が再結合する。ガスの経路は、電極の孔の中にあり、セパレーターを通過する電解液の量を制御することにより形成される。電極の全ての表面はイオン伝導のために電解液の薄い層により覆われていなければならず、その層はガスを、層を介して拡散させるために十分薄くなければならず、活性層とセパレーターの間でガスを通過させなくてはならない。
【００２７】
陰極は、過充電されると水素ガスを発生させる。水素はすぐには再結合しないため、セル中で圧力が上昇する。酸素の再結合により充電時と同じ速度において陰極で効果的に放電させ、これによって陰極の過充電を妨げることができる。
【００２８】
活性材料の表面領域は、均一の電圧が配分されるように設計したバイポーラ電池と組み合わせられることによって、再結合の速度が高められる。
【００２９】
バイポーラ方式は、活性材料全体に亘って電圧降下が全範囲で均一に起きることを確実にし、それによって電極全体で同時に充電が完了する。このことにより、電極内の別の範囲においてまだ十分充電されていないにもかかわらず、電極内の一部では過充電及びガスが発生するといった、既存の構造の電池が持つ重大な問題は解決されるだろう。
【００３０】
通常の電池のセルは、セルを適切に稼動させるために、及び隣接セル間の電解液経路の形成を防ぐために、電解液を含むように密閉されている。セル間の電解液経路の存在によって、経路（経路の長さ及び経路の断面積）の抵抗率により決定される速度で電解液を介して結合されたセルが放電してしまう。バイポーラ電池の密閉は、電解液経路が電位的（potentially）に非常に短いので、さらに重要である。本発明の重要な特徴のひとつは、電位経路の長さを大幅に伸ばすための水平方向に伸びた電解液バリヤーを使用することである。セルの稼動により発生する熱の量についても、更に考慮しなくてはならない。発生する熱の大きさによっては、熱を抑え、安全な稼動温度を維持する設計も可能にしなければならない。
【００３１】
電解液経路がセル間で発達した場合、セル内の小さな漏れは電池の周期的な完全充電により克服できる。電池は、充電量を調節し及び低速で過充電しても良い。低速で充電することにより、完全に充電されたセルは、圧力を生じること無くガスを再結合させ、及び再結合／過充電により発生する熱を放散できる。セル内に微小な電気漏れ経路を有するセルは、平衡に達するだろう。
【００３２】
バイポーラセル中の熱は、中心から放射状方向に流れるが、実際には端部プレートは、それらが電池の残部と同じ温度で確実に稼動するようにある程度の断熱性を有していることが好ましい。
【００３３】
電池がその有効的な機能を達成するために完全に充電される必要性はほとんどない。電池は決まってその規格及び構成にある程度余裕を持って構成される。稼動に50AH（アンペア時間）を必要とするならば、電池は少なくとも10％以上高い規格で構成される。電池はその寿命に亘って容量が低下するため、新しい電池の容量は予期される損失により予め増やされ、その結果この例でいうと、新しい電池の容量にはあるいは70AHを必要とする場合もある。電池の製造業者はおそらく、電池の製造過程における個々の電池の個体差を見込んで、75AHを目標として設計した電池を製造する場合もある。このように余裕を持たせて構成する目的のほとんどは、過充電により引き起こされる寿命に亘る容量の低下を補うために行われる。
【００３４】
図１はバイプレート積層体の態様における平面図であり、図２はその（図1中のＡ−Ａに沿った）断面図である。通常、バイプレート積層体は電池内で個々のセルを構成するための枠を必要とするが、わかり易くするために、枠は図１及び図２では省略した。しかしながら図８を参照して詳述するように、バイポーラ電池を枠の無いバイプレート積層体から構成しても良い。
【００３５】
バイプレート積層体は、好ましくはニッケル又はニッケルメッキ鋼から造られたバイプレート１１から成る。陽極１２及び陰極１３がバイプレート１１の両面にそれぞれ取り付けられる。各電極は、密閉及び熱伝導手段を取り付けるための空間を残すために、バイプレート１１の面の中央部分のみを覆うように配される。電解液漏れを防ぐ電解液バリヤー１４が、電極とエラストマー１５との間のバイプレートの両面に設けられる。エラストマー１５は、電池の内部と外部との間で密閉性を確保する目的で取り付けられる。エラストマーは、バイプレート１１の両面上のバリヤー１４と縁部１６との間に設けられる。
【００３６】
バイプレートを貫通する穴２１が、リング状のエラストマー１５と電解液バリヤー１４との間に設けられる。この穴２１の機能は、図３を参照して詳述することで明らかにする。第二の電解液バリヤー２２が、隣接セル間の電解液漏れ経路の形成を防ぐために、バイプレート１１の両面上に開いている穴２１の周囲に設けられる。
【００３７】
バイプレート１１を貫通する一連の穴１７が、エラストマー１５と縁部１６との間の外辺部周囲にも設けられる。バイプレート１１の穴１７については、図３を参照して更に詳述する。
【００３８】
電極１２、１３は多くの方法によりバイプレート１１に取り付けても良いが、本出願と同じ出願者による下記特許文献２で開示されているように、電極となる粉末を圧縮することにより、電極をバイプレート上に直接形成することが好ましい。バイプレート上に粉末を直接圧縮して形成する方法を用いることにより、活性材料のより少ない薄い電極を製造できる。
【特許文献２】
PCT出願 PCT/SE02/01359「バイプレート積層体の製造方法、バイプレート積層体及びバイポーラ電池（A method for manufacturing a biplate assembly, a biplate assembly and a bipolar battery）」
【００３９】
バイプレートの形状は、バイプレートの有効範囲を最大にするため、及びバイプレートの熱伝導を更に有効に利用するために、長方形であることが好ましい。熱伝導経路の最大値は、長方形の短辺の長さの半分が最長になり制限される。本態様において、バイプレートの角の一つに穴２１が設けられる。
【００４０】
電解液バリヤー１４及び２２はフルオロポリマー又はそれに類似の材料のような、適当な疎水性の材料から製せられる。疎水性材料を、液体又は固体としてバイプレートに塗布し、所定の位置で硬化させることによって、バイプレートにバリヤーを接合し、これによってセル間の電解液漏れを効果的に防ぐことができる。
【００４１】
図３は枠１８を含む、完成したバイプレート積層体における部分断面図を示す。枠１８は本態様において、バイプレート１１の陰極及び陽極両側の、リング状のエラストマー１５を取り囲む。枠１８は、何枚かのバイプレート積層体１０が電池中のセルの良好な密閉特性を供するために互いに積層された際、圧縮されても良いように弾力性を有していても良い。タイロッド（図示せず）は、セルの密閉を達成するために必要な、積層のための適切な圧力を供するために、電池の外辺部周囲に設けても良い。
【００４２】
一方、枠１８が弾性材料から製せられていない場合、エポキシのような最終的な密閉材料を、端部プレートとバイプレート積層体との間の密閉を供するために用いなくてはならない。
【００４３】
枠１８には、積層したバイプレート積層体を容易に整列させるための案内手段が設けられる。これらの案内手段は、枠の第一の面、例えば陽極面に対応する側に配された凸部１９と、第二の面、例えば陰極側に対応する側に配されたはめ込み用の溝２０とから成る。凸部１９及び溝２０は、バイプレートの両面上の、リング状のエラストマー１５の真上にそれぞれ位置する。エラストマーは、枠１８の材料よりもさらに弾力性に富むものが好ましい。
【００４４】
枠１８が弾力性を有していない場合、凸部１９及び溝２０は、エポキシのような最終組立で使用する密閉材料が設けられる際、それがセルに侵入するのを防ぐために、暫定的な密閉を供するように、互いに作用する。
【００４５】
バイプレート１１を貫通する穴１７は、枠１８を構成する材料と同じ材料により埋められ、これは枠１８を射出成形することによって行うことが好ましいが、他の方法を用いても良い。穴１７を設け、型材でそれを埋める利点は、外側の密閉、すなわち枠１８及びそれに取り囲まれたリング状のエラストマー１５が、バイプレート寸法のいかなる変化にでも容易に対応できる点である。バイプレート１１の寸法は、電極の充電又は放電の間に発生した熱により変わる場合がある。外側のシールの弾力性により、隣接セル間の密閉部がひび割れることなくその寸法の変化に対応することが可能である。
【００４６】
枠１８はバイプレート１１の穴２１を越えて延びていないことが好ましい。疎水性の材料２２は、バイプレートに設けられた穴２１の、バイプレートの両面上の周囲に位置する。疎水性材料を設ける目的は、電池中の隣接セル間での穴２１を介する電解液の漏れ経路の形成を防ぐためである。数枚のバイプレート積層体が互いに積層された際、図７を参照して詳述するように、バイポーラ電池中のセル間の圧力差を除去する共通のガス空間が製造される。
【００４７】
リング状のエラストマー１５はバイプレート積層体の取り付けには器具は必要としない。穴２１を介して隣接セル間同士を連通させることで、電池中の隣接セル間の圧力を均等にし、それゆえ電池内部の圧力は均等になる。
【００４８】
図４は、より明快にするために枠を省略したバイプレート積層体の第二の態様における平面図であり、同様に図５は（図４中のＡ−Ａに沿った）断面図である。
【００４９】
バイプレート積層体は、好ましくはニッケル又はニッケルメッキ鋼から造られたバイプレート２４から成る。陽極１２及び陰極１３がバイプレート２４の両面にそれぞれ取り付けられる。各電極は、図１及び２を参照して説明したように、バイプレート２４の面の中央部分のみを覆うように配される。電解液の漏れ経路の形成を防ぐ電解液バリヤー１４が、バイプレート２４上の電極と縁部１６との間でバイプレートの両面に設けられる。
【００５０】
バイプレートを貫通する穴２１が縁部１６と電解液バリヤー１４との間に設けられている。この穴２１の機能は、図３を参照して詳述した。第二の電解液バリヤー２２が、隣接セル間の電解液漏れ経路の形成を防ぐために、バイプレート２４の両面上に開いている穴２１の周囲に設けられている。また、補助的な第三の電解液バリヤー２３が、穴２１の内部壁表面上に設けられている。
【００５１】
本態様においては、バイプレート２４の外辺部周囲には穴は設けられていない。また、（図１から３に示したように）第一の態様において存在するリング状のエラストマーは、省略されている。
【００５２】
バイプレート２４の寸法は、第一の態様におけるバイプレート１１と比べて小さくても良いが、電極の寸法は同じであるほうが良く、バイプレートの角の一つに穴２１が設けられている。
【００５３】
電解液バリヤー１４、２２、２３は、上述したフルオロポリマー又はそれに類似の材料のような適切な疎水性材料から製せられる。さらに、補助的な第三の電解液バリヤー２３は、電解液経路が電池中の隣接セル間で形成される可能性を減じる。
【００５４】
図６は、枠１８を含む完成したバイプレート積層体の部分断面図である。本態様において枠１８は、バイプレート２４の縁部及びその両面の一部のみを取り囲む。枠１８は、図３を参照して詳述した特性と同様の特性を有していても良い。
【００５５】
枠１８には、積層したバイプレート積層体を容易に整列させるための案内手段が設けられる。これらの案内手段は、枠の第一の面、例えば陽極面に対応する側に配された凸部１９と、第二の面、例えば陰極側に対応する側に配されたはめ込み用の溝２０とから成る。
【００５６】
枠１８はバイプレート２４の穴２１を越えて延びていないことが好ましい。疎水性材料である第二のバリヤー２２は、穴２１の両端の周囲に配され、同じく疎水性材料である第三のバリヤー２３は、穴２１の内壁表面上に配される。疎水性材料を設ける目的は、電池中の隣接セル間での穴２１を介する電解液の漏れ経路の形成を防ぐためである。さらに、補助的な第三のバリヤーは、前述したように、電解液の漏れ経路が形成される可能性を減じる。
【００５７】
バイプレート１１及び２４を貫通する穴２１が上述のように１つだけしか設けられていないとはいえ、バイプレートを貫通した複数の穴を設けても良いことは明らかである。
【００５８】
図７は７つのセルを有するバイポーラ電池６０の断面図である。電池は、陽極１２を有する陽端子６１と、陰極１３を有する陰端子６２とから成る。６枚のバイプレート積層体が２つの端子６１、６２の間に挟まれる形で、互いに積層される。セパレーター５０が、セルを構成するそれぞれ近接する陽極１２と陰極１３との間に配され、そのセパレーターは電解液及びガスを通過させるために所定の割合の空隙を含み、その空隙は一般的に５％程度の値である。
【００５９】
図から明らかなように、全てのセルが、隣接セル間に設けられた複数の穴２１（その内の２つにだけ番号を付した）を介して共通のガス空間を共有する。セル内の電極が別の電極より前にガスを発生させたならば、その際の圧力は共通空間全体に亘って分散される。
【００６０】
共通ガス空間内の圧力が予定した値を超えた場合は、圧力開放弁７０が共通ガス空間と周囲環境をつなぐために開く。圧力開放弁７０は、端子の一つ、本例示においては陰端子６２を貫通して配され、共通ガス空間側の開口部の周りに疎水性バリヤー７２を有する開放口７１から成る。
【００６１】
またさらに、圧力検出器７３が電池セル内部の実際の圧力を測定するために、端子の一つ、本例示においては陽端子６１を貫通して取り付けられる。スリーブ６６が、ハウジングを密閉するための構造上適切な圧力を維持するために、端子６１、６２及び積層されたバイプレート積層体の周りに取り付けられる。
【００６２】
開放弁及び圧力検出器は当業者であれば容易に入手できるため、これ以上詳述しない。
【００６３】
図８は本発明による他の構造のバイポーラ電池８０を示し、この電池は陽端子６１と、陰端子６２と、６枚の積層したバイプレート積層体とから成る。この電池の構造は、図７を参照して説明した電池と、以下の点で異なる。穴２１の周囲に疎水性バリヤーが存在しない。電解液バリヤー１４が、各バイプレート８１の陰極側上に配された陰極１３の周囲に一つだけ存在し、その電解液バリヤーは、穴２１を介するあるセルから別のセルへの電解液の通過を防ぐ。電解液バリヤー１４は、陰極１３の代わりに陽極１２の周りだけに配しても、当然良い。また、電解液バリヤー１４を陽極１２及び陰極１３の両方の周囲に配しても良いが、しかし、あるセル中の陽極から隣接セル中の陰極への電解液の到達を防ぐためには、それらの組み合わせに対し、一つの電解液バリヤーで十分である。さらに、電解液バリヤーが電極１２、１３の両方の周囲に存在しているならば（図示せず）、電解液バリヤー１４は、各バイプレート８１の縁部１６の周囲への電解液の到達を防ぐ。電解液バリヤーが少なくとも一つの電極の周囲に配されていることにより、バイポーラ電池８０を構成するのに枠の無いバイプレート積層体を使用することが可能である。枠が必要でないため、バイプレート８１の厚みは薄くなる。さらに、各セル間のガス密閉を形成する必要が無いため、好ましくはガラス繊維及びエポキシ８３のみから成る連続した囲いが、機能的な電池を製造するために必要である。バイプレートに設けられた穴２１は隣接セル間の圧力差をゼロにする。
【００６４】
図７を参照して詳述したように、バイプレート８１に設けられた穴２１は共通のガス空間を形成し、電解液バリヤー１４は、あるセルから別のセルへの電解液の通過を防ぐ。陰端子６２に設けられた開放口７１を有する圧力開放弁７０が、電池中の圧力を監視するための圧力検出器７３と共に設けられていることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明によるバイプレート積層体の、第一の態様の平面図を示す。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図３】成形した枠を取り付けたバイプレート積層体の部分断面図を示す。
【図４】本発明によるバイプレート積層体の、第二の態様の平面図を示す。
【図５】図４のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図６】第二の態様による成形した枠を取り付けたバイプレート積層体の部分断面図を示す。
【図７】本発明によるバイポーラ電池を示す。
【図８】本発明によるバイポーラ電池の他の構造を示す。
【符号の説明】
【００６６】
１１，２４……………………バイプレート
１２……………………………陽極
１３……………………………陰極
１４，２２，２３、７２……電解液バリヤー
１５……………………………エラストマー
１６……………………………縁部
１７，２１……………………穴
１８……………………………枠
１９……………………………凸部
２０……………………………溝
６０，８０……………………バイポーラ電池
６１……………………………陽端子
６２……………………………陰端子
７０……………………………圧力開放弁
７１……………………………開放口
７３……………………………圧力検出器
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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2005503651.tif 000029
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