(57)【要約】本発明は、密閉されたハウジングと、陰端子６２と、陽端子６１と、前記陰端子６２と陽端子６１との間に配された少なくとも一組のバイプレート積層体１０，３０，４０と、電池セルを形成する各陰極１３と陽極１２との間に配された電解液を含んだセパレーター５０とから成る少なくともふたつの電池セルを有したバイポーラ電池に関する。バイプレート積層体には、陰極１３及び陽極１２の周りに疎水性の材料である内部バリヤー１４；２２と、各バイプレートの縁部１６の周りに外部シールとが設けられている。各端子６１，６２には、端子シールが設けられている。各バイプレートの縁部１６は、各バイプレート積層体から外部へ熱を伝達する手段を供するために、密閉されたハウジングの近くに配置されている。また本発明は、バイポーラ電池及びバイプレート積層体の製造方法に関する。
2005503655.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；２１）の陰極側に取り付けられた陰極（１３）及びバイプレート（１１；２１）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）をそれぞれ有した少なくとも一組のバイプレート積層体（１０，３０，４０）と、
−各陰極（１３）と陽極（１２）との間に配されることで電池セルを形成し、
電解液を含むセパレーター（５０）とから成る、
バイポーラ電池（６０）において、
−前記陰極（１３）及び陽極（１２）がバイプレート（１１；２１）の面の中央部分だけを覆うように配され、
−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；２２）が隣接セルへの電解液漏れを防ぐために、バイプレート（１１；２１）の縁部（１６）付近において、陰極（１３）及び陽極（１２）の周囲の陰極側及び陽極側にそれぞれ配され、
−少なくとも部分的に弾性を有した外部シール（１５，１８；２３，３１；２３，４１）が各バイプレート（１１；２１）の縁部（１６）周辺に設けられ、さらに各端子（６１，６２）には端子用シール（２３，６４）が設けられ、前記外部シール及び端子用シールは密閉されたハウジングの一部であり、
前記外部シール（１５，１８）は隣接するバイプレート／端部プレートが互いに接触するのを防ぎ、
−各バイプレート（１１；２１）の縁部（１６）は、各バイプレート積層体から外部へ熱を伝達する手段を供するために、密閉されたハウジングの近くに配置される、
ことを特徴とする、バイポーラ電池（６０）。
【請求項２】
リング状のエラストマー（１５；２３）が外側のシールとして弾性を供し、そのリング状のエラストマー（１５；２３）が縁部（１６）と内部シール（１４；２２）との間の位置で、各バイプレート（１１；２１）の陰極側及び陽極側に取り付けられ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】
さらに外部シールが、各バイプレート（１１；２１）の陰極側及び陽極側の両面において、前記リング状のエラストマー（１５；２３）を取り囲む枠（１８；３１；４１）から成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】
前記枠（３１；４１）の少なくとも片面が、テーパーの表面（３２，３３；４２，４３）を有していることを特徴とする、請求項３記載のバイポーラ電池。
【請求項５】
各バイプレート（１１）には、縁部（１６）の周りに開口部（１７）が設けられており、その開口部は枠（１８）の成形時に成形材料でふさがれることを特徴とする、請求項３又は４記載のバイポーラ電池。
【請求項６】
前記枠（１８；３１；４１）には、各バイプレート積層体（１０；３０；４０）と隣接するバイプレート積層体及び／又は端子（６１，６２）とを整列させるための案内手段（１９，２０；６６）が設けられていることを特徴とする、請求項３乃至５いずれか一項記載のバイポーラ電池。
【請求項７】
前記案内手段が、バイプレート（１１；２１）の陽極側の枠（１８；３１；４１）及び陽端子（６１）の陽極側の端子シール（６４）に配された凸部（１９）と、バイプレート（１１；２１）の陰極側の枠（１８；３１；４１）及び陰端子（６２）の陰極側の端子シール（６４）に配された前記凸部に対応する溝（２０）とから成ることを特徴とする、請求項６記載のバイポーラ電池。
【請求項８】
前記枠（１８；３１）がバイプレート（１１；２１）の陰極側及び陽極側の両面において内部バリヤー（１４；２２）を部分的に取り囲むことを特徴とする、請求項３乃至７いずれか一項記載のバイポーラ電池。
【請求項９】
−陰極（１３）を有する陰端子（６２）を形成する工程と、
−陽極（１２）を有する陽端子（６１）を形成する工程と、
−少なくとも一枚のバイプレート（１１；２１）の陰極側の面に陰極（１３）を取り付け、前記陰極側の反対側に位置する前記バイプレート（１１；２１）の陽極側に陽極（１２）を取り付け、これにより少なくとも一つのバイプレート積層体（１０；３０；４０）を形成する工程と、
−密閉されたハウジングを形成するために、前記陰端子（６２）と、前記陽端子（６１）との間に、少なくとも一組の前記バイプレート積層体（１０；３０；４０）を挟み込んだ構造で取り付ける工程と、
−電池セル（５１）を形成する、各陰極（１３）と陽極（１２）との間に電解液を含んだセパレーター（５０）を配する工程と、
から成るバイポーラ電池（６０）の製造方法において、
陰極（１３）及び陽極（１２）がバイプレートの面の中央部分のみを覆うようにバイプレート（１１；２１）に取り付けられ、
−さらに前記方法は、隣接セルへの電解液漏れ経路の形成を防ぐために、バイプレート（１１；２１）の縁部（１６）付近において、陰極（１３）及び陽極（１２）の周りの陰極側及び陽極側にそれぞれ配されるフルオロポリマーから成るリング状の内部バリヤー（１４；２２）を形成する工程と、
−各バイプレート（１１；２１）の縁部（１６）の周りに少なくとも部分的に弾性を有する外側のシール（１５，１８；２３，３１；２３，４１）を形成し、さらに各端子（６１，６２）に端子シール（２３，６４）を形成し、前記外部シール及び端子シールを密閉されたハウジングの一部とする工程と、
−各バイプレート積層体から外部へ熱を伝達する手段を供するために密閉されたハウジングの近くにバイプレート（１１；２１）の縁部（１６）を配置する工程と、
から成ることを特徴とする、バイポーラ電池（６０）の製造方法。
【請求項１０】
さらに、縁部（１６）と電解液バリヤー（１４；２２）との間で、バイプレートの両面に取り付けられるリング状のエラストマー（１５；２３）を形成する工程から成り、前記リング状のエラストマー（１５；２３）が外部シールに弾性を供することを特徴とする、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
さらに、各バイプレート（１１；２１）の前記陰極側及び陽極側の両面で、リング状のエラストマー（１５；２３）を取り囲む枠（１８；３１；４１）を成形する工程から成ることを特徴とする、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記成形工程が、枠（３１；４１）の少なくとも片面側に、テーパー表面（３２，３３；４２，４３）を形成する工程から成ることを特徴とする、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
さらに、各バイプレート（１１）の縁部（１６）の周りに開口部（１７）を形成する工程から成り、その開口部は枠（１８）の成形時に成形材料でふさがれることを特徴とする、請求項１１又は１２記載の方法。
【請求項１４】
さらに、各バイプレート積層体（１０；３０；４０）と隣接するバイプレート積層体及び／又は端子（６１，６２）とを整列させるための案内手段（１９，２０；６６）を供する工程から成ることを特徴とする、請求項１１乃至１３いずれか一項記載の方法。
【請求項１５】
バイプレート（１１；２１）と、前記バイプレート（１１；２１）の第一の面に配された陽極（１２）と、前記第一の面と反対側に位置する前記バイプレート（１１；２１）の第二の面に配された陰極（１３）とから成るバイプレート積層体（１０；３０；４０）において、
−前記陽極（１２）及び陰極（１３）の各電極がバイプレート（１１；２１）の面の中央部分のみを覆うように配され、
−疎水性のフルオロポリマー材から成る内部バリヤー（１４；２２）が隣接セルへの電解液漏れ経路の形成を防ぐために、バイプレート（１１；２１）の縁部（１６）付近において、陽極（１２）及び陰極（１３）の周りの陰極側及び陽極側にそれぞれ配され、
−少なくとも部分的に弾力性を有する外側のシール（１５，１８；２３，３１；２３，４１）が、各バイプレート（１１；２１）の縁部（１６）の周りに配され、前記外部シールが外部環境に近接し、
−各バイプレート（１１；２１）の縁部（１６）が、各バイプレート積層体（１０）から外部へ熱を伝達する手段を供するために、外部環境に近接した外部シール部分の近くに配置される、
ことを特徴とする、バイプレート積層体（１０；３０；４０）。
【請求項１６】
リング状のエラストマー（１５；２３）が外部シールの弾性を供し、前記リング状のエラストマー（１５；２３）が縁部（１６）と内部バリヤー（１４；２２）との間で、各バイプレート（１１；２１）の陰極側及び陽極側に取り付けられていることを特徴とする、請求項１５記載のバイプレート積層体。
【請求項１７】
さらに外部シールが、各バイプレート（１１；２１）の陰極側及び陽極側の両面において、前記リング状のエラストマー（１５；２３）を取り囲んだ枠（１８；３１；４１）から成ることを特徴とする、請求項１６記載のバイプレート積層体。
【請求項１８】
前記枠（３１；４１）の少なくとも片面が、テーパーの表面（３２，３３；４２，４３）を有していることを特徴とする、請求項１７記載のバイプレート積層体。
【請求項１９】
各バイプレート（１１）には、縁部（１６）の周りに開口部（１７）が設けられており、その開口部は枠（１８）の成形時に成形材料でふさがれることを特徴とする、請求項１７又は１８記載のバイプレート積層体。
【請求項２０】
前記枠（１８；３１；４１）には、各バイプレート積層体（１０；３０；４０）と隣接するバイプレート積層体及び／又は端子（６１，６２）とを整列させるための案内手段（１９，２０；６６）が設けられていることを特徴とする、請求項１７乃至１９いずれか一項記載のバイプレート積層体。
【請求項２１】
前記案内手段が、バイプレート（１１；２１）の陽極側の枠（１８；３１；４１）に配された凸部（１９）と、バイプレート（１１；２１）の陰極側の枠（１８；３１；４１）に配された前記凸部に対応する溝（２０）とから成ることを特徴とする、請求項２０記載のバイプレート積層体。
【請求項２２】
前記枠（１８；３１）がバイプレート（１１；２１）の陰極側及び陽極側の両面において内部バリヤー（１４；２２）を部分的に取り囲むことを特徴とする、請求項１７乃至２１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、その陰端子と陽端子との間の挟みこまれた位置に配されたバイプレートの陰極側に取り付けられた陰極及びバイプレートの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をそれぞれ有した少なくとも一組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電池セルを形成し、電解液を含むセパレーターとから成る、少なくとも二つの電池セルを有するバイポーラ電池に関する。また本発明は、陰極を有する陰端子を形成する工程と、陽極を有する陽端子を形成する工程と、少なくとも一枚のバイプレートの陰極側の面に陰極を取り付け、その陰極側の反対側に位置するバイプレートの陽極側に陽極を取り付け、これにより少なくとも一つのバイプレート積層体を形成する工程と、密閉されたハウジングを形成するために、その陰端子と、陽端子との間に、少なくとも一組のバイプレート積層体を挟み込んだ構造で取り付ける工程と、電池セルを形成する、各陰極と陽極との間に電解液を含んだセパレーターを配する工程とから成るバイポーラ電池の製造方法、及び、バイプレートと、そのバイプレートの第一の面に配された陽極と、第一の面と反対側に位置するバイプレートの第二の面に配された陰極とから成る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、セルの境界をセル中に電解液を封じ込めるために密閉でき、電気的に絶縁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、漏れは、電解液漏れとガス漏れの二種類に分けられている。疎水性バリヤーは、電解液が圧力シールに到達しないように電解液が欠乏した状態で使用される。圧力シールは、可撓性があり、バイプレートと供に動くように設計されている。
【０００６】
バイポーラ電池には、重量、体積、コストを減じ、電池のエネルギー貯蔵効率を改善するための理論上の利点がある。バイポーラ方式は概念が単純であり、均一且つ短い直接的な電流経路を有し、最小の部品数で容易に組立てられる。これらの潜在的な利点にもかかわらず、現在バイポーラ電池は市販されていない。現在、鉛酸方式に関しては、多くの特許が存在している。わずかではあるが、ニッケル基電池方式（例えば、Deut Automobil GmBHによる下記特許文献１）の特許がある。
【特許文献１】
DE 19838121
【０００７】
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、高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。
【０００８】
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。
【０００９】
手頃な価格で長寿命であり、高い電力充電及び放電能力を供す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】
【００１０】
本発明の目的は、従来のバイポーラ電池と比べて、電池内部において電解液の漏れ経路の形成を防ぐための隣接セル間に良好な密閉性を有し、且つ良好な熱伝導性を有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】
【００１１】
本発明の目的は、陰極及び陽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、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隣接セルへの電解液漏れを防ぐために、バイプレートの縁部付近において、陰極及び陽極の周囲の陰極側及び陽極側にそれぞれ配され、少なくとも部分的に弾性を有した外部シールが各バイプレートの縁部周辺に設けられ、さらに各端子には端子用シールが設けられ、その外部シール及び端子用シールは密閉されたハウジングの一部であり、外部シールは隣接するバイプレート／端部プレートが互いに接触するのを防ぎ、各バイプレートの縁部は、各バイプレート積層体から外部へ熱を伝達する手段を供するために、密閉されたハウジングの近くに配置されることを特徴とする、バイポーラ電池と、；陰極及び陽極がバイプレートの面の中央部分のみを覆うようにバイプレートに取り付けられ、さらに、隣接セルへの電解液漏れ経路の形成を防ぐために、バイプレートの縁部付近において、陰極及び陽極の周りの陰極側及び陽極側にそれぞれ配されるフルオロポリマーから成るリング状の内部バリヤーを形成する工程と、各バイプレートの縁部の周りに少なくとも部分的に弾性を有する外側のシールを形成し、さらに各端子に端子シールを形成し、その外部シール及び端子シールを密閉されたハウジングの一部とする工程と、各バイプレート積層体から外部へ熱を伝達する手段を供するために密閉されたハウジングの近くにバイプレートの縁部を配置する工程とから成ることを特徴とする、バイポーラ電池の製造方法と、；陽極及び陰極の各電極がバイプレートの面の中央部分のみを覆うように配され、疎水性のフルオロポリマー材から成る内部バリヤーが隣接セルへの電解液漏れ経路の形成を防ぐために、バイプレートの縁部付近において、陽極及び陰極の周りの陰極側及び陽極側にそれぞれ配され、少なくとも部分的に弾力性を有する外側のシールが、各バイプレートの縁部の周りに配され、その外部シールが外部環境に近接し、各バイプレートの縁部が、各バイプレート積層体から外部へ熱を伝達する手段を供するために、外部環境に近接した外部シール部分の近くに配置されることを特徴とする、バイプレート積層体とにより達成される。
【００１２】
本発明には、バイポーラ電池がより小さく、軽量で、従来のバイポーラ電池よりも稼動特性、例えば動力が向上したことによって、コストのかからない電池であるという利点がある。
【００１３】
本発明の更なる利点としては、バイポーラ電池を自動車に使用しても良く、又は高動力及び低重量の電池が必要とされる、他の類似の携帯用途に使用できるということである。
【００１４】
さらに本発明には、NiMHバイポーラ電池の原材料が簡単に、安価で入手でき、環境保護の点で再利用することができるという利点がある。
【００１５】
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粉末を圧縮することにより形成された電極を有するバイプレート積層体の製造方法を、以下に詳細に記載することで、当業者に明示される。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
今まで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。この問題の解決策を、以下に示す。
【００２０】
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。
【００２１】
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。発生されるガスは酸素及び水素である。
【００２２】
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。
【００２３】
酸素は水素よりも速く再結合し、そのため電池は、もし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供し、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。
【００２４】
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で陰極を効果的に放電し、これによって陰極の過充電を妨げることができる。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
この電池のために提案した電解液が欠乏した条件によって、他の設計的な試みで直面する電解液の漏れ経路形成問題を解決するための技術的な試みが可能である。疎水性のバリヤーを加え、表面張力及び近接した表面の湿潤性を制御することによって、バイプレート又は欠乏状態にあるセパレーターはその境界において存在する電解液を全て逃がし、疎水性バリヤーを横切る電解液経路を通過する導電性電気経路の形成を妨げる。
【００２８】
標準の電池のセルは、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、電解液を含むために密閉されている。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する。バイポーラ電池を密閉することは、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である。
【００２９】
電解液経路がセル間で発生した場合、セル内の小さな漏れは電池の定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でき、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。
【００３０】
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、端部セルが電池の残部として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。
【００３１】
シールは、消費者の目的に応じた電池の性能を供することができるものでなければならない。そのような例を下記に示す。
【００３２】
図１はバイプレート積層体の第一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、しかし目的を明快にするために、枠は図１及び図２では省略した。
【００３３】
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作られたバイプレート１１から成る。陽極１２及び陰極１３がバイプレートの両面にそれぞれ取り付けられている。各電極は、密閉及び熱伝導のための空間を残すために、バイプレートの面の中央部分のみを覆い、配される。セル間の電解液経路の形成を防ぐ疎水性バリヤー１４は、電極とエラストマー１５との間のバイプレートの両面に供される。エラストマー１５はセルからのガス漏れを枠（図示せず）と共に防ぐ。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との間に供される。
【００３４】
また、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供される。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。
【００３５】
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で開示されている方法のように、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製造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】
スエーデン特許出願0102544-4「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）」
【００３６】
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望ましい。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制限される。
【００３７】
電解液バリヤー１４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経路の形成を効果的に防ぐことができる。
【００３８】
図３は枠１８を含む、完成したバイプレート積層体１０の断面における斜視図を示す。枠１８は本態様において、バイプレート１１の陽極及び陰極両側の、リング状のエラストマー１５を取り囲み、及び電解液バリヤー１４を部分的に取り囲む。枠１８は、いくら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。
【００３９】
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。
【００４０】
枠１８には、積層したバイプレート積層体１０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、及び第二の面、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。
【００４１】
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。
【００４２】
エラストマー１５及び枠１８は共に、電池の外側の密閉を構成する。
【００４３】
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を供し、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、又は周辺環境の温度変化のために変形する場合がある。外側のシールの弾力特性により、隣接セル間の密閉部がひび割れることなく変形に対応することが可能である。
【００４４】
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。
【００４５】
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製造されたバイプレート２１から成る。陽極１２及び陰極１３は、バイプレート２１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２１の面の中央部分のみを覆い、配される。電解液バリヤー２２が、電極とエラストマー２３との間でバイプレートの両面に設けられており、エラストマー２３はバイプレート２１の両面で電解液バリヤー２２と縁部１６との間に設けられている。
【００４６】
本態様においては、バイプレート２１の外辺部周囲には穴は設けられていない。本態様では、リング状のエラストマー２３の幅は、図１のものよりも広くなっており、これによって図６及び図７に示すように、エラストマー２３の弾性によりガス漏れを防ぐ更なる良好な密閉が達成できる。
【００４７】
電解液の漏れを防ぐバリヤーは、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。本態様において、電解液バリヤー２２は、薄いフィルムとして図示されている。
【００４８】
図６は、枠３１を含む完成した第二の態様であるバイプレート積層体３０の断面図の一部である。枠は、バイプレート２１の両面でリング状のエラストマー２３を取り囲み、そして電解液バリヤー２２を部分的に取り囲む。枠３１はまた、凸部１９の両側に設けられたテーパー表面３２及び３３を除き、上述した案内手段１９、２０を有する。このように構成することで得られる利点は、何枚かのバイプレートを積層した時、エラストマー２３の上に圧力を伝えるための追加的な手段を供することである。エラストマー２３の真上及び真下の領域に最も高い圧力がかかる。
【００４９】
図７は、枠４１を含む完成した第三の態様であるバイプレート積層体４０の断面図の一部である。枠は、バイプレート２１の両面でリング状のエラストマー２３のみを取り囲む。枠４１はまた、凸部１９の両側に設けられたテーパー表面４２及び４３を有する上述のような案内手段１９、２０を有する。このように構成することで得られる利点は、図６を参照して説明した利点と同じである。
【００５０】
あるセルから別のセルへのガス漏れを防ぐために、枠がリング状のエラストマーを取り囲むことが必須である。電解液漏れを防ぐ電解液バリヤーは、枠がエラストマーを部分的に取り囲み、又は取り囲まなくても、それには関係なく同様に機能する。
【００５１】
図８ａから図８ｆは本発明によるバイポーラ電池の組立工程を断面にて例示したものである。
【００５２】
図８ａに示すバイプレート２１は、予め定められた寸法を有している。寸法は、用途により変更しても良い。
【００５３】
図８ｂは、電解液バリヤー２２及びリング状のエラストマー２３を供する工程後の状態を示している。電解液バリヤー２２は、電極が位置する範囲の周辺の閉鎖経路において、バイプレートの両面に設けられている。リング状のエラストマー２３、すなわち弾性材料の閉鎖経路は、電解液バリヤー２２とバイプレートの縁部１６との間において、バイプレート２１の両面に設けられている。
【００５４】
図８ｃにおいて、枠３１はバイプレートの外辺部周囲に配され、リング状のエラストマー２３を取り囲み、及び電解質バリヤー２２を部分的に取り囲む。この例では、枠３１には凸部１９の周囲にテーパー表面３２及び３３が設けられている。また溝２０には、その周囲に実質的に平坦又はわずかにテーパーした表面３４及び３５が、前述のように設けられている。
【００５５】
エポキシ組立品が必要とされる場合には、その組立品は凸部と溝との位置を合わせた状態で加圧されるべきである。このことによりエラストマーは圧縮され、セルは密閉され、テーパー部にエポキシを付加する空間を与える。
【００５６】
図８ｄにおいて、陽極１２がバイプレート２１の第一の面に配され、そして図８ｅにおいて、陰極１３がバイプレート２１の第二の面に配される。電極は、上述のように粉末を圧縮し製造されることが好ましい。この工程によって、バイポーラNiMH電池の必須部品となるバイプレート積層体３０が完成する。
【００５７】
図８ｆは、２組のバイプレート積層体が積み重ねられた時の状態を例示している。第一のバイプレート積層体３０ｂは第二のバイプレート積層体３０ａの上に配され、そのため第二のバイプレート積層体３０ａの凸部１９ａは第一のバイプレート積層体３０ｂの溝２０ｂに差し込まれる。セパレーター５０が、第一のバイプレート積層体３０ａの陽極１２ａと第二のバイプレート積層体３０ｂの陰極１３ｂとの間に配される。
【００５８】
典型的には、セパレーター５０はガスを通過させるために、５％程度の空隙を含んでいる。ガスが通過できることで、陽極１２ａにおいて発生したガスが充電中にセパレーター内を通過するために、陰極１３ｂで再結合することが可能となる。
【００５９】
セパレーターは電極間に挟まれ、バイプレート積層体３０ａ、３０ｂが互いの方向に押される際の摩擦により、所定の位置に保持される。第一のバイプレート積層体３０ａのテーパー表面３２及び３３が、溝２０の周囲に供された実質的に平坦な表面３４及び３５と少なくとも部分的に接触するように、圧力は枠を変形させる。変形した表面に近接したリング状のエラストマー２３が力により変形することで、有効な外側の密閉が確立される。電池のセルは、符号５１に示す。
【００６０】
バイポーラ電池にはまた、電池を完成させるために陽極端部プレート及び陰極端部プレートが必要である。これは、セル１、セル２及びセル３の３つの電池セルを含む完成したバイポーラ電池を示した図９に図示している。
【００６１】
図９中の電池６０は、陽端子６１と、（図８ｆの説明において前述した）２組のバイプレート積層体３０ａ及び３０ｂと、陰端子６２とから成る。
【００６２】
陽端子６１は端部プレート６３及び陽極１２を、陰端子６２は端部プレート６３及び陰極１３をそれぞれ含む。端子の構造は、電極と電解液バリヤー２２とリング状のエラストマー２３とがバイプレートの第一の面にのみ取り付けられていることを除けば、バイプレート積層体と類似している。枠６４は、各端子を積層したバイプレート積層体に取り付けるために、その端子上に形成される。端子カバー６５が、各端部プレートの第二の面に供される。
【００６３】
スリーブ６６は、矢印６７で示すように、各セルを確実に密閉するために端部プレートに圧力を加えた後、稼動する位置において電池の部品を支持するために電池セルの周りに設けられている。スリーブは、端部プレート及びバイプレート積層体の位置合わせに必要な凸部１９及び溝２０を必要としない、位置合わせのための案内部として使用しても良い。
【００６４】
スリーブの代わりに、枠の外辺部周囲に陽極端部プレートから陰極端部プレートへ穴を設けても良い。これらの穴は、積層時の加圧を維持し、端部プレート上に発生した内部のガス圧を維持するためのタイロッドの代わりに使用することができる。
【００６５】
ニッケル金属水酸化物バイポーラ電池は、ハイブリッド車両、ソフトウェアハイブリッドシステム（soft hybrid system）、工業用途、及び多くの他の用途に利用できる完全な電池であることが明らかであり、そのことは当業者には明らかであろう。その電池は、従来の電池と同じ用途で比較した場合、従来品と比べ小さく、軽く、高効率で、長寿命である。
【００６６】
明細書でNiMHバイポーラ電池だけについて論じているとはいえ、請求項はその電池だけに限定して解釈すべきではなく、例えばニッケルカドミウム電池のような別の形式のタイプもまた含んでいる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
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。
【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】第一の態様による成形したシールを組み込んだバイプレート積層体の断面における斜視図を示す。
【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シールを組み込んだバイプレート積層体の断面図を示す。
【図７】第三の態様による成形したシールを組み込んだバイプレート積層体の断面図を示す。
【図８】図８ａから図８ｆは本発明によるバイポーラ電池の組立工程を例示したものである。
【図９】本発明によるバイポーラ電池を示す。
【符号の説明】
【００６８】
１０，３０，４０……………バイプレート積層体
１１，２１……………………バイプレート
１２……………………………陽極
１３……………………………陰極
１４，２２……………………電解液バリヤー
１５，２３……………………エラストマー
１６……………………………縁部
１７……………………………穴
１８，３１，４１，６４……枠
１９……………………………凸部
２０……………………………溝
３２，３３，４２，４３……テーパー表面
３４，３５……………………表面
５０……………………………セパレーター
５１……………………………電池セル
６０……………………………バイポーラ電池
６１……………………………陽端子
６２……………………………陰端子
６３……………………………端部プレート
６５……………………………端子カバー
６６……………………………スリーブ
６７……………………………矢印
【国際公開パンフレット】
2005503655.tif 000003
2005503655.tif 000004
2005503655.tif 000005
2005503655.tif 000006
2005503655.tif 000007
2005503655.tif 000008
2005503655.tif 000009
2005503655.tif 000010
2005503655.tif 000011
2005503655.tif 000012
2005503655.tif 000013
2005503655.tif 000014
2005503655.tif 000015
2005503655.tif 000016
2005503655.tif 000017
2005503655.tif 000018
2005503655.tif 000019
2005503655.tif 000020
2005503655.tif 000021
2005503655.tif 000022
2005503655.tif 000023
2005503655.tif 000024
2005503655.tif 000025
2005503655.tif 000026
2005503655.tif 000027
2005503655.tif 000028
2005503655.tif 000029
2005503655.tif 000030
【国際調査報告】
2005503655.tif 000031
2005503655.tif 000032
2005503655.tif 000033