(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流動電解質電池用の電極であって、
第１の側及び第２の側を有するポリマーシート、
第１の側及び第２の側にあるグラファイト層、及び
第２の側のグラファイト層の上にある活性炭層
を含み、活性炭層及びグラファイト層はポリマーシートの第２の側のフライス加工された縁部から除去されている電極。
【請求項２】
流動電解質電池用の電極であって、
第１の側及び第２の側を有するポリマーシート、
第１の側にあるグラファイト層、及び
第２の側にある活性炭層
を含み、ポリマーシートはポリマーフレームに結合しており、ポリマーフレームのポリマーはポリマーシートのフライス加工された縁部に結合している電極。
【請求項３】
流動電解質電池用の電極であって、
第１の側及び第２の側を有するポリマーシート、
第１の側にあるグラファイト層、及び
第２の側にある活性炭層
を含み、ポリマーシートは、導電性フィラーと混合することにより導電性にされたポリエチレンを含む電極。
【請求項４】
前記電極は第１の側及び第２の側の両方にグラファイト層を含む、請求項２または３に記載の電極。
【請求項５】
前記電極は第１の側及び第２の側の両方に活性炭層を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の電極。
【請求項６】
前記電極の第１の側には１０００ｃｍ２当たり０．５〜２５グラムのグラファイトが存在する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の電極。
【請求項７】
グラファイトは直径０．１〜５００μｍの粒子サイズの粉末である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の電極。
【請求項８】
グラファイトは直径１０〜２００μｍの粒子サイズの粉末である、請求項７に記載の電極。
【請求項９】
グラファイトは直径５０〜１５０μｍの粒子サイズの粉末である、請求項８に記載の電極。
【請求項１０】
前記電極の第２の側には１０００ｃｍ２当たり０．５〜５０グラムの活性炭が存在する、請求項１〜９のいずれか一項に記載の電極。
【請求項１１】
活性炭は、ココナッツ殻、硬材木炭、竹炭及びカーボンブラックのうちの１つ以上から製造される、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の電極。
【請求項１２】
流動電解質電池用の電極を製造する方法であって、
ポリマーシートの第１の側をグラファイトの層でコーティングする工程、及び
ポリマーシートの第２の側を活性炭の層でコーティングする工程
を含む、方法。
【請求項１３】
第２の側を活性炭の層でコーティングする前にポリマーシートの第２の側をグラファイトの層でコーティングする工程を更に含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
グラファイト及び活性炭の両方を含むポリマーシートをホットプレスで圧縮する工程を更に含む、請求項１２又は１３に記載の方法。
【請求項１５】
ホットプレス内部の温度は１３０〜２８０℃である、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
ホットプレス内部の圧力は１〜１００ＭＰａ（１０〜１０００バール）である、請求項１４又は１５に記載の方法。
【請求項１７】
ホットプレスでの圧縮後、グラファイト及び活性炭の両方を含むポリマーシートをコールドプレスで圧縮する工程を更に含む、請求項１４〜１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
前記ポリマーシートの圧縮工程中に前記ポリマーシートの第１の側の隣に剥離紙のシートを位置決めし、前記ポリマーシートの第２の側の隣に別の剥離紙のシートを位置決めする工程を更に含む、請求項１２〜１７のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電池用電極に関する。特に、他を除外するものではないが、本発明は流動電解質電池用のバイポーラ電池用電極に関する。
【背景技術】
【０００２】
自立電源システムに用いられる電池は、一般的に鉛−酸電池である。しかし、鉛−酸電池は性能及び環境面での安全性の点で制限がある。例えば、典型的な鉛−酸電池は、高温の気候条件において、特に時折完全に放電されるような場合には、寿命が非常に短いことが多い。鉛−酸電池の主成分は鉛であり、製造中及び廃棄において深刻な環境問題を引き起こし得るため、鉛−酸電池は環境面でも危険である。
【０００３】
亜鉛−臭素電池、亜鉛−塩素及びバナジウムフロー電池等の流動電解質電池は上述した鉛−酸電池の制限を克服する可能性を提供する。特に、流動電解質電池の耐用年数は重放電適用に影響を受けず、流動電解質電池のエネルギー対重量比は、鉛−酸電池のそれよりも最大６倍の高さになる。
【０００４】
流動電解質電池は、鉛酸電池と同様に、個々のセルの電圧よりも高い合計電圧を生成するセルの積層体を含む。しかし、鉛酸電池とは異なり、流動電解質電池のセルは電解質循環経路を介して液圧的に（ｈｙｄｒａｕｌｉｃａｌｌｙ）接続されている。
【０００５】
図１を参照して、フロー図は従来技術として知られている基本的な亜鉛−臭素流動電解質電池１００を示している。亜鉛−臭素電池１００は負の電解質循環経路１０５及び独立した正の電解質循環経路１１０を有する。負の電解質循環経路１０５は活物質として亜鉛イオンを含み、正の電解質循環経路１１０は活物質として臭素イオンを含む。亜鉛−臭素電池１００は、負の電解質ポンプ１１５、正の電解質ポンプ１２０、負の亜鉛電解質（陽極液）槽１２５、及び正の臭素電解質（陰極液）槽１３０も有する。
【０００６】
高い電圧を得るために、亜鉛−臭素電池１００は更に、バイポーラ配列となるように接続されたセルの積層体を有する。例えば、セル１３５は、バイポーラ電極板１５５及び細孔性セパレータ板１６５を備えるハーフセル１４０、１４５を含む。そして、亜鉛−臭素電池１００はコレクタ電極板１６０に正極性端を、別のコレクタ電極板１５０に負極性端を有する。
【０００７】
ハーフセル１４５等の正のハーフセルにおける充電中の化学反応は下式によって表される。
２Ｂｒ−→Ｂｒ２＋２ｅ−        式１
よって、臭素は正の電解質循環経路１１０と液圧的に連通状態にあるハーフセルで形成され、そして正の臭素電解質槽１３０に貯められる。ハーフセル１４０等の負のハーフセルにおける充電中の化学反応は下式によって表される。
【０００８】
Ｚｎ２＋＋２ｅ−→Ｚｎ          式２
したがって、金属亜鉛層１７０は、負の電解質循環経路１０５に接触するコレクタ電極板１５０上に形成される。ハーフセル１４０、１４５における放電中の化学反応は、式１及び式２の逆転したものである。
【０００９】
従来技術の電極板のいくつかは、グラファイトやカーボンブラック等の導電性フィラーを混合させたポリマーから製造される。ポリマー及び導電性フィラーは比較的高い温度で混合され、所望の形状に、典型的にはシート状に圧縮又は押出される。続いて活性炭粒子あるいは活性炭クロス又はフェルトがこのシート上に熱接着され、大きな導電性表面積を提供する。活性炭顆粒が導電性接着剤で付着され、熱硬化される場合もある。亜鉛−臭化物または亜鉛−塩化物電池では、カソードは上述したように調製される。充電中に亜鉛材料がメッキされるアノードでは、導電性プラスチックポリマーは亜鉛メッキプロセスの電極表面としても機能する。
【００１０】
しかし、導電性フィラー混合ポリマーから製造された電極板の問題は、導電性混合物の表面導電性が時間の経過とともに大きく低下し得ることである。これは、例えば熱的要因のためであったり、電解質の酸性の性質や酸化させる性質及びそれに関連する電気化学的反応のためであったりする。これらの電極の寿命を延ばすため、新しい電極に必要な他のものに加え、より高い充填量の導電性フィラーを添加しなければならない。このことはシートの製造工程をより困難にし、また、カーボン充填量の増加により機械的靭性を犠牲にすることになる。さらに、これはこのような種類の電極板の二次的な問題、すなわち導電性フィラー及びプレート製造工程に関連した高コストに関する問題をもたらす。
【００１１】
従来技術の流動電解質電池のバイポーラ電極の別の例は、Ｈａｇｇらの国際特許出願番号ＰＣＴ／ＡＵ００／００２４１（特許文献１）に記載されている。Ｈａｇｇらは非導電性ポリマーを用いた代替法で製造された電極を記載している。グラファイトのフェルト片を非導電性ポリマーシートの両面に、フェルト片がシートの中央で互いに接触するように押し付ける。しかしこの方法には、フェルトの接触点（この接触点は、ポリマーシートの両側から延びるグラファイトフェルトのグラファイト繊維がシートの中央で互いに接触する部分である）で酸化が生じ得るという欠点がある。亜鉛−臭化物電池の適用では、許容できる品質の亜鉛メッキを容易にするため、亜鉛メッキ表面は滑らかかつ均一な導電性のものでなければならない。この例では、亜鉛側フェルトは非導電性ポリマーの中に十分に押し込まれている必要がある。これは、繊維の寸法が比較的大きいことに起因して表面の導電性が十分に均一とならないため、低品質の亜鉛メッキをもたらす。
【００１２】
したがって、従来技術の流動電解質電池に関する上述した問題の多くを解消又は改善する必要性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】国際公開第００／５７５０７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
したがって、本発明の目的は、向上した電池用電極を提供すること及び製造コストを削減することを含む従来技術の制限の１つ又は複数を解消又は改善することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
一態様によれば、本発明は流動電解質電池用の電極であって、
第１の側及び第２の側を有するポリマーシート、
第１の側にあるグラファイト層、及び
第２の側にある活性炭層
を含む電極にある。
【００１６】
好ましくは、前記電極は第１の側及び第２の側の両方にグラファイト層を含む。
好ましくは、前記電極は第１の側及び第２の側の両方に活性炭層を含む。
好ましくは、活性炭層は第２の側のグラファイト層の上にある。
【００１７】
好ましくは、活性炭層及びグラファイト層はポリマーシートの第２の側のフライス加工された縁部から除去されている。
好ましくは、ポリマーシートはポリマーフレームに結合しており、ポリマーフレームのポリマーはポリマーシートの前記フライス加工された縁部に結合している。
【００１８】
好ましくは、前記電極の第１の側には１０００ｃｍ２当たり０．５〜２５グラムのグラファイトが存在する。
好ましくは、前記電極の第１の側には１０００ｃｍ２当たり１〜１０グラムのグラファイトが存在する。
【００１９】
好ましくは、前記電極の第１の側には１０００ｃｍ２当たり３〜７グラムのグラファイトが存在する。
好ましくは、グラファイトは直径０．１〜５００μｍの粒子サイズの粉末である。
【００２０】
好ましくは、グラファイトは直径１０〜２００μｍの粒子サイズの粉末である。
好ましくは、グラファイトは直径５０〜１５０μｍの粒子サイズの粉末である。
好ましくは、前記電極の第２の側には１０００ｃｍ２当たり０．５〜５０グラムの活性炭が存在する。
【００２１】
好ましくは、前記電極の第２の側には１０００ｃｍ２当たり５〜２０グラムの活性炭が存在する。
好ましくは、前記電極の第２の側には１０００ｃｍ２当たり１０〜１４グラムの活性炭が存在する。
【００２２】
好ましくは、活性炭は次のうちの１つ以上から製造される：ココナッツ殻、硬材木炭、竹炭、石炭、及びカーボンブラック。
好ましくは、前記ポリマーシートは、導電性フィラーと混合することにより導電性にされたポリエチレンを含む。
【００２３】
別の態様によれば、本発明は流動電解質電池用の電極を製造する方法にあり、前記方法は
ポリマーシートの第１の側をグラファイトの層でコーティングする工程、及び
ポリマーシートの第２の側を活性炭の層でコーティングする工程
を含む。
【００２４】
好ましくは、前記方法は、第２の側を活性炭の層でコーティングする前にポリマーシートの第２の側をグラファイトの層でコーティングする工程を更に含む。
好ましくは、前記方法はグラファイト及び活性炭の両方を含むポリマーシートをホットプレスで圧縮する工程を更に含む。
【００２５】
好ましくは、ホットプレス内部の温度は１３０〜２８０℃である。
好ましくは、ホットプレス内部の温度は１５０〜２３０℃である。
好ましくは、ホットプレス内部の温度は１９０〜２１０℃である。
【００２６】
好ましくは、ホットプレス内部の圧力は０．５〜１００ＭＰａ（５〜１０００バール）である。
好ましくは、ホットプレス内部の圧力は５〜５０ＭＰａ（５０〜５００バール）である。
【００２７】
好ましくは、ホットプレス内部の圧力は８〜１２ＭＰａ（８０〜１２０バール）である。
好ましくは、ホットプレス内部の圧力は１０〜２４０秒間適用される。
【００２８】
好ましくは、ホットプレス内部の圧力は４０〜１５０秒間適用される。
好ましくは、ホットプレス内部の圧力は５０〜７０秒間適用される。
好ましくは、前記方法は、ホットプレスでの圧縮後、グラファイト及び活性炭の両方を含むポリマーシートをコールドプレスで圧縮する工程を更に含む。
【００２９】
好ましくは、コールドプレス内部の温度は１０〜７０℃である。
好ましくは、コールドプレス内部の温度は２０〜６０℃である。
好ましくは、コールドプレス内部の温度は３０〜４０℃である。
【００３０】
好ましくは、コールドプレス内部の圧力は１〜１００ＭＰａ（１０〜１０００バール）である。
好ましくは、コールドプレス内部の圧力は５〜５０ＭＰａ（５０〜５００バール）である。
【００３１】
好ましくは、コールドプレス内部の圧力は８〜１２ＭＰａ（８０〜１２０バール）である。
好ましくは、コールドプレス内部の圧力は１０〜２４０秒間適用される。
【００３２】
好ましくは、コールドプレス内部の圧力は４０〜１５０秒間適用される。
好ましくは、コールドプレス内部の圧力は５０〜７０秒間適用される。
好ましくは、前記方法は、前記ポリマーシートの圧縮工程中に前記ポリマーシートの第１の側の隣に剥離紙のシートを位置決めし、前記ポリマーシートの第２の側の隣に別の剥離紙のシートを位置決めする工程を更に含む。
【００３３】
好ましくは、前記方法は前記ポリマーシートの第２の側の縁部から活性炭の層を除去する工程を更に含む。
好ましくは、前記方法は前記ポリマーシートの第２の側の縁部からグラファイトの層及び活性炭の層を除去する工程を更に含む。
【００３４】
好ましくは、前記方法は前記ポリマーシートの第１の側の縁部からグラファイトの層を除去する工程を更に含む。
好ましくは、前記ポリマーシートの第２の側の縁部からグラファイトの層及び活性炭の層を除去する工程は、前記ポリマーシートをホットプレス及びコールドプレスで圧縮した後に、前記ポリマーシートをフライス加工することにより実施される。
【００３５】
好ましくは、前記ポリマーシートの第２の側を活性炭の層でコーティングする工程は、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）バインダーポリマーを溶媒に溶解させた溶液に活性炭を混合し、その溶液をポリマーシートに噴霧することを含む。
【００３６】
好ましくは、活性炭は任意の適切なバインダーポリマーの溶液に混合される。
好ましくは、ポリマーシート１０００ｃｍ２当たり０．５〜５０グラムの活性炭がＰＶＤＦバインダーポリマーの溶液に混合される。
【００３７】
好ましくは、ポリマーシート１０００ｃｍ２当たり５〜２０グラムの活性炭がＰＶＤＦバインダーポリマーの溶液に混合される。
好ましくは、ポリマーシート１０００ｃｍ２当たり１０〜１４グラムの活性炭がＰＶＤＦバインダーポリマーの溶液に混合される。
【００３８】
好ましくは、ＰＶＤＦバインダーは活性炭粉末に対し１〜２０質量％の比率で混合される。
好ましくは、ＰＶＤＦバインダーは活性炭粉末に対し４〜１６質量％の比率で混合される。
【００３９】
好ましくは、ＰＶＤＦバインダーは活性炭粉末に対し８〜１２質量％の比率で混合される。
好ましくは、前記方法は前記ポリマーシートの周縁部にフレームをインサート成形する工程を更に含む。
【００４０】
好ましくは、前記ポリマーシートの周縁部にフレームをインサート成形する工程は、前記ポリマーシートのグラファイトの層及び活性炭の層が除去されている第２の側の縁部に、フレームのポリマーを結合させることを含む。
【００４１】
好ましくは、前記ポリマーシートの周縁部にフレームをインサート成形するのにレーザ溶着、振動溶着、超音波溶着、熱溶着が用いられ得る。
本発明の理解を助け、当業者が本発明を実際に実施できるようにするため、本発明の好ましい実施形態を、添付の図面を参照して専ら例示として下記に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】従来技術として知られている、基本的な亜鉛−臭素流動電解質電池を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に従う、電極を形成するのに用いられる導電性ポリマーシートの最初の加工を示す。
【図３】本発明の一実施形態に従う、噴霧室内の図２のシートを示す。
【図４】本発明の一実施形態に従う、グラファイト層及び活性炭層の適用後の、図２のシートのカソード側を拡大して示す。
【図５】本発明の一実施形態に従う、ホットプレスでポリマーシートを圧縮するのに用いられる型を示す。
【図６】本発明の一実施形態に従う、１枚目の剥離紙がベースに配置されたところの図５の型を示す。
【図７】本発明の一実施形態に従う、図４の導電性ポリマーシートが１枚目の剥離紙の上に配置されたところの図６の型を示す。
【図８】本発明の一実施形態に従う、２枚目の剥離紙が導電性ポリマーシートの上に配置されたところの図７の型を示す。
【図９】本発明の一実施形態に従う、型のベースの上に蓋が配置された、組み立てられた図８の型を示す。
【図１０】本発明の一実施形態に従う、ホットプレスと図９の組み立てられた型を示す。
【図１１】本発明の一実施形態に従う、図１０のホットプレスの隣に配置されたコールドプレスを示す。
【図１２】本発明の一実施形態に従う、コールドプレスから取り出し、剥離紙を剥がし、コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）フライス盤（図示略）で加工した後の図７の導電性ポリマーシートのカソード側を示す。
【図１３】本発明の一実施形態に従う、インサート成形加工によりフレームを付けた後の図１２の導電性ポリマーシートのカソード側を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
当業者は、図面に示された構成要素の対称的な配置からの僅かな逸脱は、本発明の開示された実施形態が適切に機能することを損なわないことを理解するであろう。
本発明の実施形態は流動電解質電池用のバイポーラ電極を含む。本発明の要素は図面に簡潔な概略として、本発明の実施形態を理解するのに必要な具体的な詳細のみが、本明細書に照らして当業者に明らかであろう過剰な詳細で開示内容を雑然とさせないように示されている。
【００４４】
本特許明細書では、第１及び第２、左及び右、前及び後、上及び下等の形容詞は、１つの要素又は方法ステップを別の要素や方法ステップから区別するためにのみ使用され、その形容詞によって表される特定の相対的位置や順序を必ずしも必要とすることはない。「含む」や「有する」といった単語は、要素や方法ステップの排他的なセットを定義するのに使用されているのではない。反対に、そのような単語は、本発明の特定の実施形態に含まれる要素や方法ステップの最小限のセットを定義するに過ぎない。
【００４５】
図２から１３は、本発明のいくつかの実施形態に従うバイポーラ電極板の製造工程を示す。
図２は電極を形成するのに用いられる導電性ポリマーシート２００の最初の加工を示す。シート２００は、例えばカーボンを充填したポリエチレン又は別の適切なポリマーから形成され、バキュームテーブル２０５に固定されて所望の厚さに機械加工される。典型的な寸法は、例として、一方の側が１０００ｃｍ２の面積であり、０．８ｍｍの厚さに削られたシート２００を含む。後の加工を容易にするため、後述するように、シート２００の周縁部には周縁部の厚さが約１．１ｍｍになるように狭い段が残される。
【００４６】
図３は噴霧室３００内のシート２００を示す。上述の機械加工の後、グラファイト層がシート２００の第１の側（バイポーラ電極のアノード側すなわち「亜鉛」側になる）及び第２の側（バイポーラ電極のカソード側すなわち「臭素」側になる）の両方に噴霧される。例えば、片側当たり２４０ｍｍ×４４０ｍｍの活性表面積を有するシート２００上に、片側当たり約０．５〜２５グラムの、好ましくは５グラムの、粒子サイズ０．１〜５００μｍの、好ましくは１００μｍのグラファイト粉末が、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）バインダーポリマーを溶媒に溶解させた溶液に混合され、スプレーガン３０５を用いてシート２００のアノード側に噴霧され、任意選択でカソード側にも噴霧される。別例として、アノード側及びカソード側の両方をグラファイトでコーティングする他の手段、例えばディップコーティング工程が使用され得ることを、当業者は理解するであろう。
【００４７】
次に、任意選択でグラファイトをカソード側に適用した後、活性炭層もシート２００のカソード側に噴霧される。例えば、ポリマーシート１０００ｃｍ２当たり約０．５〜５０グラム、好ましくは１２グラムの活性炭が、少量のＰＶＤＦバインダーポリマーを溶媒に溶解させた溶液に混合され、シート２００に噴霧される。ＰＶＤＦバインダーは活性炭粉末に対し１〜２０質量％の、好ましくは１０％の比率で混合される。ココナッツ殻から製造されたカーボン等の活性炭は、市販されている種々のガス精製用や金属抽出用のものから容易に入手でき、細孔を含み表面積が非常に高く、そのようなカーボンをガスや蒸気の吸着及び臭素反応の触媒に非常に効果的にしている。活性炭をグラファイトの上に適用することにより、ホットプレス中に活性炭がポリエチレンの中に不均一に沈み込むのが抑制され、活性炭をシート２００のカソード側の表面に、より均一に分散させることができる。活性炭又は他の表面コーティングはグラファイト表面には沈み込まないため、プラスチック中への損失がないので、必要な材料が少なくなる。
【００４８】
別例として、当業者には理解されるように、硬材木炭、竹炭、石炭、又はカーボンブラック等の様々な他の形態の活性炭素を使用してもよい。さらに、様々な他の適切な触媒材料を活性炭に、又はグラファイト層に直接適用することができる。
【００４９】
図４は活性炭の適用後の、シート２００のカソード側を拡大して示す。線４００は、シート２００の他の部分よりも約０．３ｍｍ厚いシート２００の厚縁部を画定する。この厚い周縁部も活性炭で均一にコーティングされる。
【００５０】
図５はシート２００の両側にカーボンを適用した後にホットプレス５０５でシート２００を圧縮するのに用いられる型５００を示す。型５００の蓋５１０が手前に示され、ベース５１５が奥に示されている。蓋５１０の縁部５２０は約０．３ｍｍ凹んでいる。これは、後述する圧縮工程中にシート２００の両側の活性表面全体に均等な圧力が適用されるのを確実にし、また、シート２００の周縁部の０．３ｍｍの追加の厚さに対応する。
【００５１】
図６は、１枚目の剥離紙６００がベース５１５に配置されたところの図５の型５００を示す。剥離紙は、例えば、単純な羊皮紙や「ベーキング」シートを含んでもよい。テフロン（登録商標）や他の非粘着性材料のシートを用いてもよい。しかし、テフロン（登録商標）シートは長持ちせず高価であるのに対し、羊皮紙は廉価であり、１回使用後に廃棄できる。
【００５２】
さらに、羊皮紙の繊維は、後述するようにシート２００に対して押し付けられた時、シート２００のアノード側のグラファイトに凹凸の付いた表面を形成する。凹凸の付いた表面は、シート２００をバイポーラ電極として用いた電池の充電中に亜鉛がグラファイトに良好に接着するのを可能にする。
【００５３】
図７は、導電性ポリマーシート２００が１枚目の剥離紙６００の上に配置されたところの図６の型５００を示す。
図８は、２枚目の剥離紙８００が導電性ポリマーシート２００の上に配置されたところの図７の型５００を示す。
【００５４】
図９は、ベース５１５の上に蓋５１０が配置されたところの図８の型５００を示す。したがって、組み立てられた型５００はここで、下から順に、ベース５１５、１枚目の剥離紙６００、導電性ポリマーシート２００、２枚目の剥離紙８００、及び蓋５１０の積層を含む。次に、型５００はコンベヤ９００に従ってホットプレス５０５の中に入れられる。
【００５５】
図１０は、内部に前述の積層を含む組み立てられた型５００のホットプレス５０５を示す。プレス内の温度は、ポリマー板及びＰＶＤＦバインダーが軟化するように約１３０〜２８０℃に設定することができ、好ましくは２００℃である。また、０．５〜１００ＭＰａ（５〜１０００バール）、最適には１０ＭＰａ（１００バール）の圧力が、組み立てられた型５００に均等に１０〜２４０秒間、好ましくは６０秒間適用される。
【００５６】
シート２００のアノード側において、ホットプレス５０５は、結合した空隙率の低いグラファイトフレークを含む滑らかなグラファイト板をもたらす。さらに、シート２００のカソード側の活性炭はより堅固になる。
【００５７】
図１１は、コンベヤ９００に沿って、ホットプレス５０５の隣に配置されたコールドプレス１１００を示す。ホットプレス５０５で圧縮された後、上述した積層を含む組み立てられた型５００はコンベヤ９００に従ってコールドプレス１１００の中に入れられる。コールドプレス１１００内では、１０〜７０℃、好ましくは３５℃の水冷プレスブロック１１０５、１１１０が、ホットプレス５０５と同様の圧力をホットプレスと同様の時間、組み立てられた型５００に適用する。
【００５８】
図１２は、コールドプレス１１００から取り出し、剥離紙６００、８００を剥がし、コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）フライス盤（図示略）で加工した後の導電性ポリマーシート２００のカソード側を示す。ＣＮＣフライス盤はシート２００のカソード側の厚い縁部（図４に示す線４００で確定されている）をフライス加工する。これは、活性炭がフライス加工されてコーティングされていないカーボン充填ポリエチレンの表面が残ったフライス加工された縁部１２００を含め、シート２００全体にわたって約１．０ｍｍの均一な厚さをもたらす。
【００５９】
フライス加工された縁部１２００のカーボン充填ポリエチレンのコーティングされていない表面は、シート２００にプラスチックフレームを取り付けるための効果的な結合表面をもたらす。また、フライス加工された縁部１２００の活性炭の除去により、シート２００のアノード側の（完成した電池の充電中に生じる）亜鉛メッキが、フライス加工された縁部１２００の正確に反対側のアノード側のグラファイト上の線のところで終了する。これは、電極の縁部の潜在的なデンドライト形成部位を回避する。ＣＮＣフライス加工の後、シート２００はフレームを付けられる状態となり、その後、流動電解質電池に組み付けられる。
【００６０】
図１３は、フレームを付けた後の導電性ポリマーシート２００のカソード側を示す。フレーム１３００は、シート２００の周囲にインサート成形される。シート２００のカーボン充填ポリエチレンを曝しているフライス加工された縁部１２００は、フレーム１３００（例えばガラス充填ポリエチレンを含み得る）に良好に結合する。
【００６１】
まとめると、本発明のいくつかの実施形態の利点には、流動電解質電池用バイポーラ電極の堅固さの向上及び製造コストの削減が挙げられる。また、本発明の電極の導電性ポリマーシートはグラファイトのコーティング内に封止されることができ、導電性ポリマーシートとして軟質ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）等の、不活性プラスチックでない代替のプラスチックを使用することが可能となる。グラファイトのフィルムからなる亜鉛電極表面は、高品質亜鉛メッキのための優れたベースを提供する。さらに、そのようなグラファイトフィルムは非常に堅固であり、従来技術で一般に用いられる導電性ポリマーよりも酸化及び腐食過程に対し遥かに耐性がある。また、本発明の教示に従い、導電性板は、高品質亜鉛メッキのためのベースとしてよりも、靭性やバルク導電性等の特性に関して最適化可能である。さらに、グラファイトのフィルムでコーティングされた非導電性板に押し込まれた電気伝導性繊維は、グラファイトが導電性繊維の不均一な導電性を均質化するため、高品質亜鉛メッキのための優れたベースを提供する。よって、本発明の教示に従って製造されるバイポーラ電極の性能は分解の影響を受けにくく、従来技術の電極に対し、概して機械的に優れている。
【００６２】
本発明の様々な実施形態についての上記の説明は、関連分野における通常のスキルを有する者への説明の目的で提供されている。本発明を網羅したものや、１つの開示した実施形態に限定するものであるという意図はない。上述したように、本発明に対する多数の代替例や変形例が、上記教示の当業者には明らかであろう。したがって、いくつかの代替実施形態が具体的に説明されたが、他の実施形態も当分野における通常のスキルを有する者には明らかであるか、比較的容易に開発されるであろう。したがって、本特許明細書は、ここに説明された本発明の全ての代替例、変更例及び変形例、ならびに、上述した発明の主旨および範囲に含まれる他の実施形態を包含するように意図されている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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