(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイプレート（１０）と、第一電極（１５；７１）と、第二電極（１８；７２）とから成るバイプレート積層体の製造方法において、バイプレート（１０）のサイズを選択する工程、第一電極（１５；７１）をバイプレート（１０）の第一面（１１）に配する工程であって、該第一電極（１５；７１）は圧縮した第一の粉末で形成され、該第一の粉末は第一の種類の活性材料を含むが結着剤を含まず、及び第二電極（１８；７２）を前記バイプレート積層体に配された支持部に配する工程であって、第二電極（１８；７２）は圧縮した第二の粉末で形成され、該第二の粉末は前記第一活性材料とは対極を形成する第二の種類の活性材料を含むが結着剤を含まないことを特徴とする、バイプレート積層体の製造方法。
【請求項２】
前記第一電極が、第一の粉末をプレスすることによりバイプレート（１０）の第一面（１１）上に直接配され、及び／又は前記第二電極が第二の粉末をプレスすることにより前記支持部に直接配されることを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項３】
第一電極（７１）及び／又は第二電極（７２）が、バイプレート積層体（７０）に配される前に別々に形成され、それぞれの電極（７１，７２）を支持する手段としての役割を果たす網の目を含んでいることを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記網の目は微細ポリマーメッシュであることを特徴とする、請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記支持部が、第一面（１１）の反対側であるバイプレート（１０）の第二面（１２）となるように選択され、前記第一の種類の活性材料が陽極活性材料（ＰＡＭ）であり、前記第二の種類の活性材料が陰極活性材料（ＮＡＭ）であ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方法。
【請求項６】
さらに前記バイプレート積層体がセパレーターを含み、さらに前記方法が、セパレーターの第一面が第一電極の全領域を覆うために第一電極上にセパレーターを追加する工程と、支持部がセパレーターの第一面の反対側にあるセパレーターの第二面に選択され、前記第一の種類の活性材料が陽極活性材料（ＰＡＭ）であり、前記第二の種類の活性材料が陰極活性材料（ＮＡＭ）である工程とから成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方法。
【請求項７】
さらに、第一電極（１５；７１）及び第二電極（１８；７２）が物理的に接触するバイプレート（１０）の各面上に制限された領域（１３，１６）を選択する工程から成ることを特徴とする、請求項１乃至６いずれか一項記載の方法。
【請求項８】
三次元的に粗い表面（１４，１７）を得るためにバイプレートの各表面を処理する工程を含み、各電極（１５，１８；７１，７２）が物理的に接触する表面を増加させることを特徴とする、請求項１乃至７いずれか一項記載の方法。
【請求項９】
三次元的に粗い表面（１４，１７）は、少なくとも選択した制限された領域（１３，１６）に、バイプレート（１０）を構成する材料に類似した材料を溶射することにより形成されることを特徴とする、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
バイプレート（１０）にニッケル板を選択し、前記溶射がニッケル材料を用いて行われることを特徴とする、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
三次元的に粗い表面（１４，１７）が、少なくとも選択した制限された領域（１３，１６）に、バイプレート（１０）から材料をエッチングし除去することにより形成されることを特徴とする、請求項８記載の方法。
【請求項１２】
表面を処理する工程が、第一電極（１５；７１）及び第二電極（１８；７２）が物理的に接触するバイプレート（１０）の各面上の選択した制限された領域（１３，１６）に限定されることを特徴とする、請求項８乃至１１いずれか一項記載の方法。
【請求項１３】
前記第一の粉末が、バイプレート（１０）と第一電極（１５；７１）との間に良好な接触を確立するためにニッケルファイバーを含んだニッケルコンパウンドであることを特徴とする、請求項１乃至１２いずれか一項記載の方法。
【請求項１４】
前記第二の粉末が、バイプレート（１０）と第二電極（１８；７２）との間に良好な接触を確立するためにファイバーを含んだ金属水素化物コンパウンドであることを特徴とする、請求項１乃至１３いずれか一項記載の方法。
【請求項１５】
バイプレート（１０）と、第一電極（１５；７１）と、第二電極（１８；７２）とから成るバイプレート積層体において、
第一電極（１５；７１）が圧縮した第一の粉末で形成され、バイプレート（１０）の第一面（１１）に直接物理的に接触し、かつ第二電極（１８；７２）が圧縮した第二の粉末で形成され、前記バイプレート積層体に配された支持部に配され、さらに前記第一の粉末は第一の種類の活性材料を含むが結着剤を含まず、前記第二の粉末は第二の種類の活性材料を含むが結着剤を含まないことを特徴とする、バイプレート積層体。
【請求項１６】
第一電極（１５）が、第一の粉末をプレスすることによりバイプレート（１０）の第一面（１１）上に直接配され、及び／又は第二電極（１８）が第二の粉末をプレスすることにより第二面（１２）に直接配され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】
第一電極（７１）及び／又は第二電極（７２）が、バイプレート積層体（７０）に配される前に別々に形成され、それぞれの電極（７１，７２）を支持する手段としての役割を果たす網の目を含んで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１８】
前記網の目は微細ポリマーメッシュであ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】
前記支持部が、第一面（１１）の反対側であるバイプレート（１０）の第二面（１２）であり、前記第一の種類の活性材料が陽極活性材料（ＰＡＭ）であり、前記第二の種類の活性材料が陰極活性材料（ＮＡＭ）であることを特徴とする、請求項１５乃至１８いずれか一項記載のバイプレート積層体。
【請求項２０】
さらに前記バイプレート積層体が、セパレーター（６５）の第一面が第一電極（１５；７１）の全領域を覆うために第一電極（１５；７１）の上に配したセパレーターを含み、支持部がセパレーター（６５）の第二面であり、その上に第二電極（１８；７２）が配され、セパレーターの前記第二面がセパレーターの第一面の反対側にあり、前記第一の種類の活性材料が陽極活性材料（ＰＡＭ）であり、前記第二の種類の活性材料が陰極活性材料（ＮＡＭ）であることを特徴とする、請求項１５乃至１８いずれか一項記載のバイプレート積層体。
【請求項２１】
バイプレート（１０）の各面上の制限された領域（１３，１６）が、各電極と物理的に接触することを特徴とする、請求項１５乃至２０いずれか一項記載のバイプレート積層体。
【請求項２２】
少なくとも電極（１５，１８；７１，７２）が物理的に接触するバイプレートの表面が三次元的に粗い表面（１４，１７）を得るために処理されることを特徴とする、請求項１５乃至２１いずれか一項記載のバイプレート積層体。
【請求項２３】
第一の粉末が、バイプレート（１０）と第一電極（１５；７１）との間に良好な接触を確立するためにニッケルファイバーを含んだニッケルコンパウンドであることを特徴とする、請求項１５乃至２２いずれか一項記載のバイプレート積層体。
【請求項２４】
前記第二の粉末が、バイプレート（１０）と第二電極（１８；７２）との間に良好な接触を確立するために金属ファイバーを含んだ金属水素化物コンパウンドであることを特徴とする、請求項１５乃至２３いずれか一項記載のバイプレート積層体。
【請求項２５】
ハウジング（６１）と、陰端子（６３）と、陽端子（６４）と、少なくともひとつのバイプレート積層体（６２；７０）と、セパレーター（６５）とを含み、前記陰端子（６３）は陰極（１８；７２）を有し、前記陽端子（６４）は陽極（１５；７１）を有し、前記バイプレート積層体（６２；７０）はバイプレート（１０）に配された陰極（１８；７２）及び陽極（１５；７１）を有し、前記陰極（１８；７２）及び陽極（１５；７１）は圧縮した第二及び第一の粉末でそれぞれ形成され、該第二の粉末は第二の種類の活性材料を含むが結着剤を含まず、該第一の粉末は第一の種類の活性材料を含むが結着剤を含まず、さらに前記バイプレート積層体（６２；７０）は前記陰端子（６３）と陽端子（６４）との間に挟まれた状態で配され、前記セパレーター（６５）は互いに隣接した陽極（１５；７１）及び陰極（１８；７２）の間に配された、バイポーラ電池。
【請求項２６】
陽極（１５）及び／又は陰極（１８）が、バイプレート（１０）のそれぞれの面上にそれぞれ第一及び第二の粉末をプレスすることにより直接配されていることを特徴とする、請求項２５記載のバイポーラ電池。
【請求項２７】
陽極（７１）及び／又は陰極（７２）が、バイプレート積層体（６２）に配される前に別々に形成され、それぞれの電極を支持する手段としての役割を果たす網の目を含んでいることを特徴とする、請求項２５記載の電池。
【請求項２８】
前記網の目は微細ポリマーメッシュであることを特徴とする、請求項２７記載の電池。
【請求項２９】
ハウジング（６１）と、第一端子と、該第一端子とバイプレート（１０）に挟まれた構造になるように、バイプレート（１０）上に取り付けられた第一電極とセパレーターと第二電極とをそれぞれ有する少なくともひとつのバイプレート積層体とから成り、前記各電極が圧縮された第一または第二の粉末でそれぞれ形成され、該第一の粉末は第一の種類の活性材料を含むが結着剤を含まず、該第二の粉末は第二の種類の活性材料を含むが結着剤を含まず、前記バイプレートが第二端子として機能し、前記第一電極が前記第一端子と物理的に接触するよう前記第一端子を前記バイプレート積層体の方にプレスすることにより配されることを特徴とした、バイポーラ電池。
【請求項３０】
前記第一電極がバイプレート（１０）の第一面上に直接、第一の粉末をプレスすることによりバイプレート（１０）に配され、及び／又は前記第二電極がセパレーター上に直接、第二の粉末をプレスすることによりセパレーターに配されることを特徴とする、請求項２９記載のバイポーラ電池。
【請求項３１】
前記陽極及び／又は前記陰極が、前記バイプレート積層体に配される前に別々に形成され、それぞれの電極を支持する手段としての役割を果たす網の目を含んでいることを特徴とする、請求項２９記載の電池。
【請求項３２】
前記網の目は微細ポリマーメッシュであることを特徴とする、請求項３１記載の電池。
【請求項３３】
陰極及び陽極が、電力用途用に０．１から１．０ミリメートルの範囲の厚みを有することを特徴とする、請求項２５乃至３２いずれか一項記載の電池。
【請求項３４】
陰極及び陽極の厚みが０．２５から０．５ミリメートルの範囲であることを特徴とする、請求項３３記載の電池。
【請求項３５】
第一電極及び第二電極が、電力用途用に０．１から１．０ミリメートルの範囲の厚みを有することを特徴とする、請求項１５乃至２４いずれか一項記載のバイプレート積層体。
【請求項３６】
第一電極及び第二電極の厚みが、０．２５から０．５ミリメートルの範囲であることを特徴とする、請求項３５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、バイプレートと、第一電極と、第二電極とから成るバイプレート積層体の製造方法に関する。また本発明は、バイプレートと、第一電極と、第二電極とから成るバイプレート積層体に関し、及びこのようなバイプレート積層体を含むバイポーラ電池（bipolar battery）に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の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蓄電容量を改善し、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られてきている。
【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を含み、そのバイプレートはセル間の隔壁としてはもちろん、電池中の隣接セル間を電気的につなぐ役割も果たす。バイポーラ電池構造体を良好に利用されるようにするには、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】
これらの要求は、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類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動作するためには、再充電可能な電池が密閉状態で稼動することが望ましい。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する。密閉構造において、ガスは充電中に発生し、それから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】
上述したように、バイポーラ電池においては、電極がバイプレートと良好に接触することが必要である。現在、バイプレートと接触する陰極及び陽極は別々に製造され、バイポーラ電池に取り付けられた際、バイプレートとの接触を改善するように処理される。そのような処理についてはKleinによる下記特許文献に開示されており、電極は無電解ニッケルコーティング処理を利用したニッケル含有金属水酸化物粉末又はニッケル含有金属酸化物粉末の不導体粒子や低導電粒子をコーティングすることにより調整された電気化学的活性材料から製造されている。
【特許文献１】米国特許第5,611,823号
【０００６】
強固な陽極及び陰極を個々に製造するための別の処理では、電気化学的活性材料を支持することと、導電グリッドを介した電極からの電流を導電することの、二重の目的のために集電グリッドが利用されている。
【０００７】
プレスされた粉末が個々に電極を製造する際に、今まで用いられてきた。下記文献をここに参照として包含する。
【非特許文献１】文献「Ni-MH Battery Electrodes Made by a Dry Powder Process」 in Journal of the Electrochemical Society, vol.142, Number 12,  December 1995.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、先行技術と比べて、軽量かつ小型化で、電池としてのエネルギー蓄電容量を維持し又は改善した、バイプレート積層体の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的は、バイプレートのサイズを選択する工程、第一電極をバイプレートの第一面に配する工程であって、該第一電極は圧縮した第一の粉末で形成され、該第一の粉末は第一の種類の活性材料を含み、及び第二電極を前記バイプレート積層体に配された支持部に配する工程であって、第二電極は圧縮した第二の粉末で形成され、該第二の粉末は前記第一活性材料とは対極を形成する第二の種類の活性材料を含むことを特徴とする、バイプレート積層体の製造方法と；第一電極が圧縮した第一の粉末で形成され、バイプレートの第一面に直接物理的に接触し、かつ第二電極が圧縮した第二の粉末で形成され、前記バイプレート積層体に配された支持部に配されることを特徴とするバイプレート積層体と；ハウジングと、陰端子と、陽端子と、少なくともひとつのバイプレート積層体と、セパレーターとを含み、前記陰端子は陰極を有し、前記陽端子は陽極を有し、前記バイプレート積層体はバイプレートに配された陰極及び陽極を有し、前記陰極及び陽極は圧縮した第二及び第一の粉末でそれぞれ形成され、さらに前記バイプレート積層体は前記陰端子と陽端子との間に挟まれた状態で配され、前記セパレーターは互いに隣接した陽極及び陰極の間に配されたバイポーラ電池と；ハウジングと、第一端子と、該第一端子とバイプレートに挟まれた構造になるように、バイプレート上に取り付けられた第一電極とセパレーターと第二電極とをそれぞれ有する少なくともひとつのバイプレート積層体とから成り、前記各電極が圧縮された第一または第二の粉末でそれぞれ形成され、前記バイプレートが第二端子として機能し、前記第一電極が前記第一端子と物理的に接触するよう前記第一端子を前記バイプレート積層体の方にプレスすることにより配されることを特徴とした、バイポーラ電池とにより達成される。
【００１０】
本発明の利点としては、特に電力用途に利用するために、各電極が0.1〜1.0ミリメートルの範囲の厚みを有するバイプレート積層体を得ることができ、従って各バイプレート積層体の重量及び体積を減少させ、結果として完成したバイポーラ電池の重量及び体積は減少する。他の用途では各電極の厚みは、1.0ミリメートルを超えても良い。
【００１１】
本発明の更なる利点としては、本発明の製造方法により、既存の電池よりも低コストで製造できることである。
【００１２】
本発明の更なる利点としては、今までよりさらなる均質な電極が製造でき、その結果、各電極内部の電流経路が短くなる。
【００１３】
さらに本発明には、バイポーラ電池内において、グリッド及びセル内の部品を必要としないため、バイプレート積層体の部品数がより少なくて済む利点がある。これにより、製造コストを大幅に減少することができる。
【００１４】
本発明の１つの態様による利点としては、電極がバイプレート上に直接製せられた際、バイプレートと電極との間に良好な伝導経路が形成されることにより効率が改善されるので、本発明による電極を含む電池の特性が改善されることである。
【００１５】
本発明の１つの態様による更なる利点としては、バイプレートに三次元的に粗い表面を供することにより電極内の内部抵抗が減少することであり、この場合バイプレートは、バイポーラ電池に取り付けられる際に、電極を支持するか又は電極に隣接して配される。
【００１６】
本発明の１つの態様による更なる利点としては、電極内の内部抵抗が、陽極活性材料（PAM）及び陰極活性材料（NAM）に導電性ファイバーを供することによりさらに減少することである。
【００１７】
内部抵抗の削減は熱の発生を抑え、従ってさらにバイプレート積層体の特徴が改善される。
【００１８】
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プレス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。
【００１９】
図１ａから１ｇは、本発明によるバイプレート積層体を得るための製造工程を示す。図１ａは用途に応じて選択したサイズを持つ、第一面１１及び第二面１２を有するバイプレート１０を示す。
【００２０】
大きすぎるバイプレートは、そのバイプレートから熱が移動せず又は熱の移動が不十分となる原因となるだろう。バイプレートの温度が上昇することにより、バイプレート積層体が取り付けられたバイポーラ電池の容量が縮退（degenerate）してしまい、これは２つのバイプレート積層体の間に存在する電解液が、バイプレート積層体の陽極と結びつき、更なる熱を発生させることが原因である。上述した熱の移動問題を回避するために、バイプレートのサイズを注意して選択することは、とても重要である。
【００２１】
図１ｂは、製造工程における次の工程を示し、第一の制限された領域１３がバイプレート１０の第一面１１の上に選択され、第一電極がそこに形成される。
【００２２】
図１ｃは、製造工程において任意の工程を示し、そこでは少なくとも図１ｂにおいて選択された制限された領域１３が、三次元的に粗い表面１４を得られるような方法を用いて処理される。この方法により、第一電極が形成される表面の表面積が増加する。さらにまた、電極は主に粉末をプレスすることによって製造されるので、その粗い表面は所定の位置での電極の固定を容易する。
【００２３】
図１ｄは、次の工程を示し、そこでは第一電極１５、例えば陽極がバイプレート１０の第一面１１の上に、陽極活性材料（PAM）を含んだ第一粉末コンパウンドをプレスすることで形成される。
【００２４】
図１ｅは、次の工程を示し、そこではバイプレート１０が裏返された状態、すなわち陽極１５が下を向き、第二面１２が上を向いた状態である。第二の制限された領域１６は、第一の制限された領域１３と同じ寸法の領域が選択され、その反対側に直接配されることが好ましい。
【００２５】
図１ｆは、別の任意の工程を示し、図１ｃにおいて説明したのと同じ処理が施され、図１ｃ中の三次元的に粗い表面に類似した表面１７が得られる。
【００２６】
図１ｇは、製造工程において最終工程を示し、第二電極１８、例えば陰極がバイプレート１０の第二面１２の上に、陰極活性材料を含んだ第二粉末コンパウンドをプレスすることで形成される。
【００２７】
従って、完全なバイプレート積層体は、バイプレートと、そのバイプレート上に粉末を直接堆積しプレスすることによって形成された陽極と陰極とを含んでいる。これにより0.1から1.0ミリメートル、好ましくは0.25から0.5ミリメートルの範囲の厚みを有する、非常に薄い電極を形成することが可能である。この製法は、電力用途（power application）用のバイポーラ電池を製造する際に必須である。例えば再充電より前に4から8時間といった長い時間電池からエネルギーを引き出すことが望まれる他の用途では、1.0ミリメートルを超える厚い電極が必要である。
【００２８】
電力用途に関して言えば、薄い電極を製造できることが大きな利点になるとはいえ、本発明は「薄い」電極に限定されるものではない。本発明は、各電極の厚み及び伝導グリッドや金属被覆ファイバー等のような電極中のどのような添加材料の存在にも関係なく、電極となる活性材料をプレスする工程を含んだPAM及び／又はNAMを有するどのような種類の電極にでも対応できる。
【００２９】
陽極は、バイプレート積層体に取り付けられたバイポーラ電池中の再結合工程（recombination process）のため、陰極よりも低い容量を有していることが望ましい。
【００３０】
上述したように本発明の製造工程は、同じ結果を得られれば図示した工程を異なる順序で行ってももちろん良い。例えば、バイプレート１０の各面１１、１２の上に陽極１５及び陰極１８を形成する前に、図１ｃに示した第一の制限された領域１３を処理する工程の後に、図１ｅに示した第二の制限された領域１６を処理する工程であっても良い。
【００３１】
図２は図１ｇのＡ−Ａ´線に沿ったバイプレート積層体の断面図である。バイプレート積層体２０は、バイプレート１０と、バイプレート１０の第一面１１上に配された陽極１５と、バイプレートの第二面１２上に配された陰極１８とから成る。
【００３２】
また、任意の三次元的に粗い表面１４、１７を各々図２に示し、各電極の下の表面積が増加した状態を誇張して図示している。三次元的に粗い表面は、「溶射」と呼ばれる技術を用いて形成しても良く、その際バイプレートの表面は、例えば950から1050℃の高い温度でバイプレート材に似た材料を用いて処理される。従来の溶射は過熱したガスを高速で使用し、薄いパンケーキ型の構造を有し重なった層を製造する。バイプレートの材料はニッケル又はニッケルメッキ鋼が好ましく、バイプレートは三次元的表面を形成するためにニッケルファイバーを用いて溶射するのが好ましい。好ましい態様において、垂直のファイバー及び傾いたファイバーが存在し、それらは粉末が固められる際に変形し、製造工程の間に固められた粉末は、より強固で崩れずに保たれる。溶射技術は当業者にはよく知られているので、この明細書においてはこれ以上詳述しない。
【００３３】
また、本態様において陽極１５は、バイプレート１０と陽極１５との間の導電率を増すために、ニッケルファイバー２１が供給される。これらニッケルファイバー２１はINCO（International Nickel Corporation）から入手しても良く、好ましいのは商品番号255又は210である。
【００３４】
PAM及びNAMの両方に、活性材料と導電ファイバーとの混合物を使用することにより、活性材料を導電バイプレートの間に取り付けても良く、取り付け圧力により所定の位置に保持するようにしても良い。PAMは一般的にニッケル水酸化物であり、NAMは一般的に金属水素化物である。
【００３５】
図３は図１ｇのＡ−Ａ´線に沿った別のバイプレート積層体の断面図である。別のバイプレート積層体３０は、バイプレート１０と、バイプレート１０の第一面１１上に配された陽極１５と、バイプレート１０の第二面１２上に配された陰極１８とから成る。
【００３６】
また、任意の三次元的に粗い表面１４、１７を各々図３に示し、各電極の下の表面積が増加した状態を誇張して図示している。この別の態様において、三次元的に粗い表面は、バイプレート１０から材料を取り除くエッチング法を用いて製造される。ウエットエッチングやプラズマエッチングといった多くのエッチング法を三次元的に粗い表面を得るために用いても良い。エッチング法は、エッチングの特性のため製造工程で実行することが更に難しく、それゆえ溶射法がエッチング法よりも好ましい。
【００３７】
図２及び図３の三次元的に粗い表面１４、１７は、各々形成された電極の下にのみ存在しているが、しかし電極が三次元的に粗い表面を有する範囲の一部だけをカバーするバイプレート積層体を製造することがもちろん可能である。
【００３８】
バイプレート積層体の別の製造方法では、図１ａから図１ｄに関して説明した工程が最初に実行される。製造工程の結果は図１ｄで示すことができる。図１ｅに図示したようなバイプレートをひっくり返す代わりとして、第一電極の上に電解液を含んだセパレーターを付け加え、その後そのセパレーターの上に第二電極を形成することが考えられる。第二の制限された領域の選択工程及び図１ｆに図示したような三次元的に粗い表面を形成する任意の工程は、セパレーターを第一電極に付け加える前又は、第二電極を形成した後のどちらにおいて実行しても良い。
【００３９】
図１ａから１ｇに関して説明した製造工程に加えて、別々に製造した電極を有しているバイプレート積層体を製造することもまた可能である。図７は上記段落で説明したような別の方法を用いて製造した第二の態様であるバイプレート積層体７０を示し、バイプレート１０に粉末を直接プレスする代わりに、電極が別々に製造される。
【００４０】
バイプレート積層体７０は、バイプレート１０と、バイプレート１０の第一面１１に配された陽極７１と、陽極７１の上にカバーとして配されたセパレーター６５と、セパレーター６５に配された陰極７２とから成る。バイプレート１０の厚みは、製造中に電極を載せるためにバイプレートを支持する必要が無いので、図１ａから図１ｇで説明した製造方法において使用されるバイプレートの厚みと比較して薄くても良い。
【００４１】
電極の製造方法は、陽極又は陰極を形成するかどうかによって、陽極活性材料PAM又は陰極活性材料NAMを平たい電極材料に圧縮することで電極を形成する方法を含む。この電極材料はとても脆いが、しかし例えば真空器を用いて取り扱っても良い。
【００４２】
圧縮された粉末を支持する手段としての役割を果たすためのポリマーメッシュ、好ましくは極めて細かいポリマーメッシュを導入することで、脆さを補うことが可能である。支持手段を用いた時には、金属グリッドを用いた電極が存在する場合のように、ショートを起こすどんなシャープエッジも生じずに連続したストリップ状に電極を製造することが可能である。生じたスクラップは容易に粉砕し、選別し、再利用することができる。
【００４３】
ポリマーメッシュを使用することによって、過度のスクラップを発生させずに不規則な形の電極を製造することが可能になる。その電極を製造する方法は、以下に示す工程を含み、金属支持グリッドの所定の位置に網の目支持体を用い、連続したストリップ状の電極の製造時に、所望の電極の形状に打ち抜き、スクラップを粉砕し、再利用する。
【００４４】
得られた電極は、上述のようにその後バイプレート１０又はセパレーター６５に配される。
【００４５】
図６に図示したバイポーラ電池が使用後に分解された時、上述したように２つの違った種類を持ち、使用されたバイプレート積層体の種類を見分けることはとても難しく、それはバイプレート積層体が電池中に全ての部品を一緒に維持するために圧力を利用するという製造原理に起因する。
【００４６】
図４は本発明の第一の態様による製造工程を説明したフローチャートである。フロースタートは工程４０で、工程４１がバイプレートのサイズを選択する工程である。工程４１は種々の方法で行うことができ、例えば各バイプレートは予め定められた厚みを有する金属シートを切り抜いても良い。別の方法として、予め定められた幅及び厚みを有するバイプレート材料の供給部から製造工程にバイプレート材料を送り込んでも良い。各バイプレートのサイズはその後所望の長さに切断されることで選択される。
【００４７】
フローは工程４２へ進み、第一電極、例えば陽極をバイプレートの第一面上に第一の種類の粉末をプレスすることにより形成する工程である。それから工程４３では、第二電極、例えば陰極をバイプレートの第一面の反対側にある第二面上に第二の種類の粉末をプレスすることにより形成する工程である。工程４４でフローは完了する。
【００４８】
バイプレートと、陽極と、陰極とを有する完成したバイプレート積層体が形成され、この積層体では電極が各々第一面及び第二面上に直接形成されるため、従ってバイプレート積層体の特性が改善される。
【００４９】
別のバイプレート積層体製造のための別のフローでは、工程４２と４３の間に工程が加えられ、その工程ではセパレーターが第一電極の上に形成され、そして工程４３ではそのセパレーターの上に第二電極が製造される。
【００５０】
図５は本発明による製造工程の第二の態様を説明したフローチャートである。このフローは工程５０で始まり、次の工程５１ではバイプレートのサイズが図４中の工程４１に関して説明したように選択される。バイプレートの第一面上の制限された領域は、その後陽極が形成される工程５２において選択される。
【００５１】
その後、フローは任意工程５３に進み、第一面の処理又は少なくとも工程５２で選択された制限された領域の処理が行われる。その処理の目的は、少なくとも陽極が形成される領域で三次元的に粗い表面を得ることである。
【００５２】
工程５４において陽極は、PAM及び陽極とバイプレートとの間の導電率を高める金属ファイバーを任意で含んでいる粉末をプレスすることで形成される。
【００５３】
工程５５において、製造工程が全ての電極がバイプレート積層体上に形成されたかどうかを判断する。もし全て形成されていなければ、フローは工程５６を経て工程５２に戻り、バイプレートがひっくり返され、バイプレートの第二面が上向きになる。その後工程５２から工程５４において、陰極の形成が行われる。
【００５４】
全ての電極が形成されていた場合、フローは工程５７に続き、製造工程は他のバイプレート積層体を製造するべきかどうかを判断する。もし別のバイプレート積層体を製造するべきであれば、フローは工程５１に戻り、工程が再度繰り返される。もしバイプレート積層体を製造する必要が無ければ、フローは工程５８に続き、工程が完了する。
【００５５】
また、バイプレート積層体の別の態様では、わずかに変更した図５を用いて図示しても良い。
【００５６】
別の製造方法の工程は、工程５１から５５までは同じ工程を経るが、もし全ての電極がバイプレート積層体に形成されていなければ、セパレーターが第一電極上に加えられる工程にフローが続き、そして工程５２に戻るといった追加の特徴を有している。工程５２及び５３は、上述のように実行されるが、しかし工程５４は、陰極がプレスによりセパレーター上に形成される工程に置き替えられる。製造工程の残りは同じである。
【００５７】
電力用途などのいくつかの用途においては、できるだけ薄い電極を有することが有益である。電力用途のための好ましい厚みは、0.1から1.0ミリメートルの間であり、それは本発明の製造方法により達成される。長時間放電させるような別の用途においては、1.0ミリメートルよりも厚い電極を有することが望ましく、それは本発明の製造方法により達成しても良いが、しかし本発明による方法と既存の方法との組み合わせにより達成しても良い。
【００５８】
図６は、ハウジング６１と、バイプレート積層体６２と、陰極１８だけを有する陰端子６３と、陽極１５だけを有する陽端子６４とから成る、バイポーラ電池を示す。セパレーター６５は、陰端子６３とバイプレート積層体の陽極１５との間に配され、もうひとつのセパレーター６５は、バイプレート積層体の陰極１８と陽端子６４との間に配される。
【００５９】
セパレーターは、多孔性で一定の容量の電解液を保持できる。一般的にセパレーターは、常に欠乏状態にあり、その結果と、ガスの再結合を可能にするガスの通路となる。再結合電池（recombination battery）の原理は、当業者にとっては公知であるため、ここではさらに詳述しない。
【００６０】
セパレーター６５と一体の陰端子６３に属する陰極１８及びバイプレート積層体６２に属する陽極１５は、バイポーラ電池６０中の第一セル６６を占有する。セパレーター６５と一体のバイプレート積層体６２に属する陰極１８及び陽端子６４に属する陽極１５は、バイポーラ電池６０中の第二セル６７を占有する。
【００６１】
バイプレートのどちらか片側にのみ陰極１８又は陽極１５を形成することを除けば、陰端子６３及び陽端子６４は上述と同じ製造工程により製造してももちろん良い。
【００６２】
バイプレートと、バイプレートの片面に形成された陽極と、陽極の上に加えられたセパレーターと、このセパレーターの上に形成された陰極とから成る、図７に示すようなバイプレート積層体を用いて、バイポーラ電池を製造する場合、2組のバイプレート積層体のみから成る。第一バイプレート積層体は、陽端子として用いられ、さらに第二バイプレート積層体により供されるバイプレートを除いて、電池中の第二セル６７を占有する。第二バイプレート積層体は、陰端子として用いられるバイプレートを除いて、電池中の第一セル６６を占有する。陰端子は、電極が接触すべき面上に三次元的に粗い表面を伴ったバイプレートのみから成る。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】１ａから１ｇは、本発明の態様によるバイプレート積層体の製造工程を示す。
【図２】図１ｇのＡ−Ａ´線に沿ったバイプレート積層体の断面図である。
【図３】図１ｇのＡ−Ａ´線に沿った別のバイプレート積層体の断面図である。
【図４】本発明による製造工程の第一の態様を説明するフローチャートである。
【図５】本発明による製造工程の第二の態様を説明するフローチャートである。
【図６】本発明の方法により製造されたバイプレート積層体から成るバイポーラ電池である。
【図７】本発明による第二のバイプレート積層体である。
【符号の説明】
【００６４】
１０……………………………バイプレート
１１……………………………第一面
１２……………………………第二面
１３……………………………第一の制限された領域
１４，１７……………………三次元的に粗い表面
１５，７１……………………陽極
１６……………………………第二の制限された領域
１８，７２……………………陰極
２０，３０，６２，７０……バイプレート積層体
２１……………………………ニッケルファイバー
６０……………………………バイポーラ電池
６１……………………………ハウジング
６３……………………………陰端子
６４……………………………陽端子
６５……………………………セパレーター
６６……………………………第一セル
６７……………………………第二セル
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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【図１ｄ】
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【図１ｅ】
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【図１ｆ】
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【図１ｇ】
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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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