(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２５０ミクロン未満の平均繊維間間隔を有する導電繊維材料を集電装置として備える少なくとも１つの電極を含む鉛酸バッテリ又は鉛酸セルであって、導電繊維材料を取り囲んで接触し、又は導電繊維材料に貫通し、前記導電繊維材料の突起ゾーン部分の導電繊維材料への電気的接続を形成し、電極素子の外部接続のための突起を提供する前記導電繊維材料の前記突起ゾーン部分に導電性突起材料を備え、前記導電性突起材料は前記導電繊維材料の前記突起ゾーン部分の繊維の少なくとも３０％の間に含浸され、前記電極は、また、前記突起ゾーン内以外の前記導電繊維材料の少なくとも一部を含む活性化領域に活物質を備え、前記活物質は前記導電繊維材料の繊維間に収まっており、前記活物質のＰｂ粒子の表面積対体積率が、前記突起ゾーンの突起材料の表面積対体積率よりも少なくとも３倍大きい、鉛酸バッテリ又は鉛酸セル。
【請求項２】
前記活物質のＰｂ粒子の表面積対体積率は、突起ゾーン内の突起材料の表面積対体積率より少なくとも１０倍大きい、請求項１に記載の酸鉛バッテリ又は酸鉛セル。
【請求項３】
前記活物質のＰｂ粒子の前記表面積対体積率が、２ｍ2／ｃｍ3より大きく、前記突起ゾーンの突起材料の前記表面積対体積率が０．５ｍ2／ｃｍ3未満である、請求項１に記載の酸鉛バッテリ又は酸鉛セル。
【請求項４】
前記活物質のＰｂ粒子の前記表面積対体積率が、１ｍ2／ｃｍ3より大きく、前記突起ゾーンの突起材料の前記表面積対体積率が０．５ｍ2／ｃｍ3未満である、請求項１に記載の酸鉛バッテリ又は酸鉛セル。
【請求項５】
前記突起材料が金属を含み、前記金属がＰｂもしくはＰｂ合金、ＺｎもしくはＺｎ合金、又はＣｄもしくはＣｄ合金である、請求項１から４のいずれか１項に記載の鉛酸バッテリ又は鉛酸セル。
【請求項６】
前記活物質が、前記導電繊維材料が前記突起に進入し、前記突起に直接電気的に接触する箇所で、前記突起に接触する、請求項１から５の何れか１項に記載の鉛酸バッテリ又は鉛酸セル。
【請求項７】
前記導電性突起材料は前記導電繊維材料の前記突起ゾーン部分の繊維の少なくとも５０％の間に含浸された、請求項１から６の何れか１項に記載の鉛酸バッテリ又は鉛酸セル。
【請求項８】
前記導電性突起材料は前記導電繊維材料の前記突起ゾーン部分の繊維の少なくとも７０％の間に含浸された、請求項１から６の何れか１項に記載の鉛酸バッテリ又は鉛酸セル。
【請求項９】
前記導電繊維材料は、１００ミクロン未満の平均繊維間間隔を有する、請求項１から８の何れか１項に記載の鉛酸バッテリ又は鉛酸セル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バッテリ導電繊維電極又はセル導電繊維電極等の導電繊維電極への電気的接続を形成するための改善された方法、及びこのようにして形成された電極に関する。
【背景技術】
【０００２】
１つ又は複数の炭素繊維電極を含んでいる鉛酸バッテリ又は鉛酸セルでは、炭素繊維電極材料と、外部回路へのコネクタ又は突起（本明細書では概して突起と呼ばれる）との間で非常に低い電気抵抗及び機械的に耐久性のある接続部が必要とされている。これは、炭素がその表面から金属を強力にはね返すこと、及び／又は（繊維間又は繊維内に関わりなく、つまり、繊維内は炭素繊維がマルチフィラメント状である場合、個々の繊維のフィラメント間を指す）炭素繊維間に突起金属が浸透できるようにするために表面張力に打ち勝つ必要があることを含む理由から、特に炭素繊維電極材料が１００ミクロン未満の繊維間の間隔を有するときに達成するのが困難な場合がある。
【０００３】
突起材料と突起接続の繊維との間の残りの空隙を最小限に抑えるために繊維間で高い浸透を達成することは、バッテリ電解液がその後突起から繊維接続に進入し、接続を劣化させるのを防ぐ１つの方法としても重要である。
【０００４】
米国特許第３９２６６７４号は、溶融鉛注入によりガラス繊維のバッテリ電極上に電気的接続素子を製造するための方法を開示する。
【発明の概要】
【０００５】
一態様において広義には、本発明は、約１００ミクロン未満の平均繊維間間隔を有する導電性の繊維材料電極素子への電気的接続を形成するための方法を含み、該方法は繊維材料の突起ゾーン部分の中に導電性の突起材料を加圧含浸して、繊維材料の繊維を取り囲み、及び／又は繊維材料の繊維に浸透し、該突起ゾーン内の繊維材料への電気的接続を形成し、電極素子の外部接続のための突起を提供することを含む。
【０００６】
別の態様において広義には、本発明は、約１００ミクロン未満の平均繊維間間隔を有する導電性の繊維材料電極素子を含み、該導電性の繊維材料電極素子は、繊維材料の突起ゾーン部分の中に加圧含浸され、繊維を取り囲み、及び／又は繊維に浸透し、該突起ゾーン内の繊維材料への電気的接続を形成し、電極素子の外部接続のための突起を提供する導電性の突起材料を含む。
【０００７】
別の態様において広義には、本発明は、鉛酸バッテリ又は鉛酸セルの電極、つまり約１００ミクロン未満の平均繊維間間隔を有する導電繊維材料を含む少なくとも１つの電極を含む鉛酸バッテリ又は鉛酸セルを含み、電極は活性化領域及び電極へのコネクタとして突起ゾーン内の導電素子を含み、該電極内では、バッテリ又はセルが約１０％充電／９０％放電されているときの接続の電気抵抗は、少なくとも１０％、（完全に充電されているときの）活性化領域の抵抗に満たない。
【０００８】
別の態様において広義には、本発明は、鉛酸バッテリ又は鉛酸セルの電極、つまり約１００ミクロン未満の平均繊維間間隔を有する導電性の繊維材料を含む少なくとも１つの電極を含む鉛酸バッテリ又は鉛酸セルを含み、電極は活性化領域及び電極へのコネクタとして突起ゾーン内の導電突起素子を含み、該電極では、繊維材料の突起ゾーン部分で、突起材料が繊維を取り囲み、及び／又は繊維に浸透し、繊維に電気的に接続する。
【０００９】
別の態様において広義には、本発明は、鉛酸バッテリ又は鉛酸セルの電極、つまり前記電極の活性化領域と、電極へのコネクタとしての突起ゾーンとの間に延在する導電性の材料の３次元マトリックスを含む少なくとも１つの電極を含む鉛酸バッテリ又は鉛酸セルを含み、該電極では、導電材料の突起ゾーン部分で、突起材料が導電材料を取り囲み、及び／又は導電材料に浸透し、導電材料に電気的に接続し、活性化領域の空隙率に比較して空隙率を削減する。
【００１０】
いくつかの実施形態では、バッテリが完全に充電されているときの突起接続の抵抗は、活性化領域の抵抗よりも少なくとも１０％低い。
【００１１】
別の態様において広義には、本発明は、鉛酸バッテリ又は鉛酸セルの電極、つまり前記電極の活性化領域と電極へのコネクタとしての突起ゾーンとの間に延在する導電性の材料の３次元マトリックスを含む少なくとも１つの電極を含む鉛酸バッテリ又は鉛酸セルを含み、電極では、導電材料の突起ゾーン部分で、突起材料が導電材料を取り囲み、及び／又は導電材料に浸透し、活性化領域の空隙率に比較して空隙率を削減する。
【００１２】
いくつかの実施形態では、導電材料と突起との間の集合的な抵抗は、活性化領域に沿った抵抗未満又は活性化領域に沿った抵抗とほぼ同じである。
【００１３】
通常、導電繊維材料は、フェルトで覆われた等の不織炭素繊維材料、又は編まれたもしくは織られた炭素繊維材料等の炭素繊維材料等の非金属の導電材料である。材料の平均繊維間間隔は約１００ミクロン未満であり、及びいくつかの実施形態では、約５０ミクロン未満、約２０ミクロン未満、又は約１０ミクロン未満である。
【００１４】
いくつかの実施形態では、含浸材料は、繊維の少なくとも約３０％、少なくとも約４０％、少なくとも約５０％、少なくとも約７０％、少なくとも約８０％、又は少なくとも約９５％、又は少なくとも約９８％、又は少なくとも約９９％の間で含浸する。
【００１５】
いくつかの実施形態では、（含浸されていない材料での―繊維によって占有されていない材料外部寸法によって定められる総量の内の割合である）繊維材料の繊維間空隙率は、少なくとも約５０％、少なくとも約７０％、少なくとも約８０％、又は少なくとも約９５％、又は少なくとも約９８％、又は少なくとも９９％、削減される。
【００１６】
いくつかの実施形態では、導電繊維材料の繊維はマルチフィラメント繊維であり、含浸突起材料はフィラメント間にも浸透し、繊維内空隙率も削減する。いくつかの実施形態では、繊維内空隙率も、含浸されていない繊維材料の繊維内空隙率の約４０％に、約３０％に、約２５％に、約２０％に、又は約１０％に、又は約５％、約１％に削減される。
【００１７】
別の態様において広義には、本発明は、鉛酸バッテリ又は鉛酸セルの電極、つまり該電極の活性化領域と電極へのコネクタとしての突起ゾーンとの間に延在する導電性の材料のマトリックスを含む導電性の材料を含む少なくとも１つの電極を含む鉛酸バッテリ又はセルを含み、該電極では、導電材料の突起ゾーン部分で、突起ゾーンが（電極の少なくとも大半の部分で）約３０％未満の（鉛と導電繊維との間の孔によって占有される部分的な体積である）空隙率を有するように、突起材料が導電材料を取り囲み、及び／又は導電材料に浸透し、導電材料に電気的に接続する。
【００１８】
追加の態様において広義には、本発明は、繊維を取り囲み、及び／又は繊維に浸透し、該突起ゾーン内の繊維材料への電気的接続を形成し、電極素子の外部接続のための突起を提供する繊維材料の突起ゾーン部分内に導電性の突起材料を含み、前記突起ゾーン内以外の導電繊維材料の少なくとも一部に活物質を含む、導電繊維材料を集電装置として含む少なくとも１つの電極を含む鉛酸バッテリ又は鉛酸セルを含み、活物質のＰｂ粒子の表面積対体積率は、突起ゾーン内の突起材料の表面積対体積率よりも少なくとも約３倍大きい。
【００１９】
好ましくは、活物質のＰｂ粒子の表面積対体積率は、突起ゾーン内の突起材料の表面積対体積率より少なくとも約５倍大きい、又は少なくとも約１０倍大きい、少なくとも約２０倍大きい。
【００２０】
好ましくは、活物質のＰｂ粒子の表面積対体積率は約２ｍ2／ｃｍ3よりも大きく、突起ゾーン内の突起材料の表面積対体積率は約０．５ｍ2／ｃｍ3未満であり、又は活物質のＰｂ粒子の表面積対体積率は約１ｍ2／ｃｍ3よりも大きく、突起ゾーン内の突起材料の表面積対体積率は約０．５ｍ2／ｃｍ3未満である。
【００２１】
本発明の電極を利用するセル又はバッテリの少なくともいくつかの実施形態では、例えばＰｂ等の突起材料が放電中に例えばＰｂＳＯ４に実質的に反応しないようにするために、突起ゾーン内の突起材料の低い表面積対体積率が望ましいことがある。
【００２２】
追加の態様において広義には、本発明は、繊維を取り囲み、及び／又は繊維に浸透し、該突起ゾーン内の繊維材料への電気的接続を形成し、電極素子の外部接続のための突起を提供する繊維材料の突起ゾーン部分内に導電性の突起材料を含み、該突起ゾーン内以外の導電繊維材料の少なくとも一部に活物質を含む、導電繊維材料を集電装置として含む少なくとも１つの電極を含む鉛酸バッテリ又は鉛酸セルを含み、活物質は、繊維が突起に進入する突起に接触し、突起に直接電気的に接続する。
【００２３】
好ましくは、活物質は、繊維が突起に入る突起に接触し、繊維材料の厚さを通して、及び好ましくは突起材料と非突起材料含浸繊維材料との間の境界の大部分又は実質的にすべての長さに沿って、この境界で突起に直接電気的に接続する。
【００２４】
加圧含浸突起形成
別の態様において広義には、本発明は、約２５０ミクロン未満の平均繊維間間隔を有する導電性の繊維材料電極素子への電気的接続を形成するための方法を含み、該方法は、繊維材料の突起ゾーン部分の中に、導電性の突起材料を加圧含浸させて、繊維を取り囲み、及び／又は繊維に浸透し、該突起ゾーンに繊維材料への電気的接続を形成することを含む。
【００２５】
別の態様において広義には、本発明は、約１００ミクロン未満の平均繊維間間隔を有する導電性の繊維材料電極素子を含み、該電極素子は、繊維材料の突起ゾーン部分の中に加圧含浸され、繊維を取り囲み、及び／又は繊維に浸透し、該突起ゾーン内の繊維材料への電気的接続を形成する導電性の突起材料を含む。
【００２６】
少なくともいくつかの実施形態は、突起材料を加熱すること、及び突起材料を、繊維材料の中に溶融されるときに加圧含浸することを含む。少なくともいくつかの実施形態は、金型の中で繊維材料の突起ゾーン部分を取り囲む、又は封入することと、溶融突起材料を金型の突起ゾーン内の繊維材料の中に加圧含浸することと、突起材料が冷却し、繊維の回りで凝固できるようにすることを含む。少なくともいくつかの実施形態では、繊維材料の中に溶融突起材料を加圧含浸することは、金型の中に溶融突起材料を加圧含浸することを含む。他の実施形態では、突起材料は、次いで繊維材料の中に加圧含浸される熱可塑性の導電性ポリマー又は熱硬化性の導電性ポリマー又は反応硬化型導電性ポリマーであってよい。金型は、間に繊維材料を挟んで接合される金型パーツを含んでよく、金型パーツの繊維材料に対して閉じる圧力又は力は金型の中に溶融突起を含浸する圧力に満たない。他の実施形態では、繊維材料の中に溶融突起材料を加圧含浸することは、金型を閉じる力が繊維材料の中に溶融突起材料を加圧含浸するように、突起材料上の金型を、及び金型内の繊維材料を閉じることを含む。別の実施形態では、金型パーツを閉じると、これが繊維材料を適所に保持して、溶融突起材料が繊維材料を加圧含浸するのを支援する、及び／又は溶融突起材料を繊維材料に加圧含浸できるようにする。
【００２７】
少なくともいくつかの実施形態では、金型は、金型の非境界部分又は周辺部分よりも（代わりに熱消散性と呼ばれる）より熱伝導性である境界部分又は周辺部分を含む。他の実施形態では、金型は、金型の非境界部分又は周縁部分よりも冷たい境界部分又は周辺部分を含む。含浸材料は、金型のより熱伝導性が高い、つまりより冷たい境界部分に向かって流れる。この境界部分で、繊維の中に流れ込んだ／含浸した含浸材料を含む含浸材料が冷却し、凝固し（「凍結し」）、この（凍結した）境界部分を越えた追加の溶融含浸材料の流れを削減する又は妨げる。凝固した突起境界部分が、溶融突起材料の追加の流れを削減するのに役立つため、繊維材料の突起ゾーン内に溶融材料を封じ込めるにはより少ない締付け圧が必要になる場合がある。境界部分又は周辺部分は、突起ゾーンの全体的な境界又は周辺部のすべて又は一部であってよい。金型は、金型パーツの間に繊維材料を挟んで接合される２つの金型パーツを含み、したがって金型パーツの間の領域に、ひいては繊維材料に対してかけられる閉じる圧力又は力は、本実施形態では、含浸された材料は金型パーツの閉じる圧力と係る境界凝固の組合せによって封じ込められるため、含浸材料の金型空洞又は繊維材料の中への注入圧力に満たないことがある。金型パーツ間の繊維材料にかかる閉じる圧力は、このようにして粉砕によって、例えば構造的に損傷を与える等、繊維材料に損傷を与えない、又は多大に損傷を与えないレベルであってよい。いくつかの実施形態では、繊維材料に対する金型閉鎖力は、例えば炭素が織り込まれた材料等の織られた又は編まれた材料の場合、約２４０バールもしくは約１２０バール未満の、又は繊維材料が例えばフェルト材料又は炭素フェルト材料等の不織であるときには約４０バール又は約２０バール未満の繊維材料に対する圧力を生じさせることがある。他の実施形態では、金型パーツは実際には繊維材料に接触しないことがあり、したがって突起含浸中に繊維材料にかかる（金型からの）圧力はない。
【００２８】
いくつかの実施形態では、少なくとも片側の金型パーツは、より熱伝導性の（又は消散性の）、つまりより冷たい境界部分又は周辺部分よりも低い熱伝導性を有する中心領域等の領域を含む。いくつかの実施形態では、少なくとも片側の金型パーツは、より熱伝導性の、つまりより冷たい境界部分よりも、例えば加熱される等、より高い温度を有する中心領域等の領域を含む。いくつかの実施形態では、金型パーツの係る中心領域は、注入後及び冷却中に溶融突起材料に力をかけるために移動するように配置される、ピストン又は類似物に取り付けられて、繊維材料の中への突起材料の浸透を強める。また、ピストン配置は、突起の凝固後に金型から電極を排出してもよい。
【００２９】
いくつかの実施形態では、金型システムは、溶融突起材料を、繊維材料の端縁に沿って繊維材料に進入させるように配置される。（少なくとも閉鎖時の）金型は、溶融突起材料が炭素繊維材料の該端縁を通って繊維材料に進入する横断方向の注入ギャップを画定してよい。横断方向の注入ギャップは、ともに閉じられているときの２つの向かい合った金型パーツの間に画定されてよい。いくつかの実施形態では、金型は、溶融突起材料の移動方向での横断方向注入ギャップに向かい合った、又は上方の横断方向開口部に沿って開いており、突起ゾーンを越えた繊維材料は、含浸中、該横断方向開口部を通って延在する。繊維材料を含浸することは、所定の時間及び／又は突起材料の所定の量の間であってよく、次いで注入圧力が終了し、金型内の突起材料は冷却し、凝固できる。いくつかの実施形態では、使用中の炭素繊維材料の主要な平面を通る金型空洞全体の寸法は、繊維材料の厚さとほぼ同じ等、炭素繊維材料の平面での金型の横断方向寸法に満たず、繊維材料とほぼ同じ厚さの薄い突起を形成する。
【００３０】
いくつかの実施形態では、金型は、繊維材料の端縁を越えて（固形突起材料の）突起伸長部を形成するように配置される。
【００３１】
いくつかの実施形態では、もしあれば、突起と繊維材料との間の残りの空隙は、電解液に対して実質的に不活性である充填材を突起形成後に含浸することによって削減される、又は電解液に実質的に不活性な材料の障壁によって大部分の電解液から分離される。他の実施形態では、突起材料は、例えばチタン等、電解液に対して実質的に不活性である。
【００３２】
導電性充填剤突起形成
別の態様において広義には、本発明は、導電ペースト、封入材料、又は接着剤を繊維材料の突起ゾーンに塗布すること、及び繊維材料に電気的に接続された導電性の領域を形成することを含む、導電繊維電気接続に対して導電性の突起を形成する方法を含む。
【００３３】
別の態様において広義には、本発明は、導電ペースト、封入材料、又は接着剤を繊維材料の突起ゾーンに塗布し、該繊維材料への及び／又は該繊維材料の中への、必要とされる場合、熱及び／又は圧力のどちらかによる電気的接続に、バルク繊維材料と比して空隙率が削減された前記突起領域内の導電繊維接続を形成させることによって形成される、導電繊維接続への導電性の突起を含む。
【００３４】
電気化学的な突起形成
別の態様において広義には、本発明は、
・鉛ベースの粒子の混合物を含むペーストを導電繊維材料に塗布することと、
・導電繊維材料のこのようにして貼り付けられた部分の少なくとも一部に金属要素を付けることと、
・金属要素を通して、及び下のペーストを通して、及び酸電解質に関して適切な電位で真下の導電繊維材料を通して電流を流して、導電繊維材料の中への金属の浸透及び導電繊維材料と金属要素との間の接続を形成することと
を含む、導電繊維電気接続に導電性の突起を形成するための方法を含む。
【００３５】
別の態様において広義には、本発明は、鉛ベースの粒子の混合物を含むペーストを導電繊維材料に塗布し、導電繊維材料のこのようにして貼り付けられた部分の少なくとも一部に金属要素を付け、金属要素を通して、及びその真下のペーストを通して、酸電解質に対して適切な電位で導電繊維材料の少なくとも前記部分に徐々に電流を通して、導電繊維材料の中への金属の浸透及び導電繊維材料と金属要素との間の接続を形成することによって形成される導電繊維電気接続への導電性の突起を含む。
【００３６】
いくつかの実施形態では、ペーストは、硫酸鉛粒子、ＰｂＯ粒子、Ｐｂ粒子、又は硫酸鉛粒子、及び／もしくはＰｂＯ粒子、及び／もしくはＰｂ粒子の混合物、又は亜鉛及び酸化亜鉛粒子、又はＣｄもしくはＣｄ（ＯＨ）２粒子の混合物を含む。電気化学ペースト変換のための回路接続は、金属要素及び例えば繊維材料の１つの端縁等の繊維材料の部分に対して、又は金属要素及び例えば繊維材料の２つの向かい合う端縁等の２つの端縁等の繊維材料の２つ以上の部分に対して行われてよい。金属要素又はコネクタ、及び導電繊維材料の少なくとも前記部分に電流を通して導電繊維材料及びコネクタを接続するステップの間、ペースト中のＰｂベースの粒子が、最初はコネクタのまさに真下で、及びコネクタの真下の繊維の間で徐々に緊密に鉛に変わり、したがって繊維及び金属要素又はコネクタを接続する、又は電気的に接続する。
【００３７】
概要
上記すべての実施形態では、導電繊維材料は、フェルト材等の不織材料、（交差する縦糸繊維及び横糸繊維を含む）織物、又は編まれた材料であってよい。材料は、不織炭素繊維ファブリック、編まれた炭素繊維ファブリック、もしくは織られた炭素繊維ファブリック等の炭素繊維材料、又は代わりにガラス繊維もしくはケイ素ベースの繊維性材料であってよい。繊維、例えば、炭素繊維は、通常マルチフィラメント状であるが、モノフィラメントであってよい。いくつかの実施形態では、繊維材料は、約２５０ミクロン未満、つまり約１００ミクロン未満、約５０ミクロン未満、約２０ミクロン未満、又は約１０ミクロン未満の平均繊維間間隔を有する。繊維直径は、約１ミクロンから約３０ミクロン、約４ミクロンから約２０ミクロン、約５ミクロンから約１５ミクロンの範囲にあってよい。（含浸されていない）材料での空隙率は、例えば約２％まで等、例えば少なくとも約８０％、又は少なくとも約９５％であってよい。
【００３８】
いくつかの実施形態では、含浸突起材料は金属である。一実施形態では金属は、（本明細書では、ともに包括的にＰｂと呼ばれる）Ｐｂ又はＰｂ合金である。別の実施形態では、金属は（本明細書では、ともに包括的にＺｎと呼ばれる）Ｚｎ又はＺｎ合金である。別の実施形態では、金属は（本明細書では、ともに包括的にＣｄと呼ばれる）Ｃｄ又はＣｄ合金である。代わりに、含浸突起材料は、たとえば導電性ポリマーであってよい。
【００３９】
いくつかの実施形態では、導電繊維材料は、電気アーク放電によって処理された炭素繊維材料であってよい。炭素繊維材料は、材料の片側の複数の隣接する電極を含む電極間のギャップでの電気アークを通して、又は電気アークが電極のそれぞれと材料との間に存在するように複数の隣接する電極を通り越してのどちらかで、反応炉内で炭素繊維材料を移動することによって電気アーク処理されてよい。他の実施形態では、電極集電装置材料として使用するための炭素繊維材料は、例えば１２００℃から２８００℃の範囲の昇温で熱的に処理されてよい。係る処理は、材料の電気伝導性を高めてよい。
【００４０】
いくつかの実施形態では、導電繊維材料は、
・炭素繊維のより高いフィラメント数の束（「トウ」）からより小さなトウへ分けられた、又は
・個々の連続的なフィラメントをより短いフィラメントに分割し、分割のたびにフィラメントの端部を縦方向に分離し、炭素繊維トウのフィラメント数を削減するために伸ばして分割された、又は
・炭素繊維のより高いフィラメント数の束（「トウ」）からより小さなトウへ分けられ、次いで個々の連続的なフィラメントをより短いフィラメントに伸ばして分割して、分割のたびにフィラメントの端部を縦方向に分離し、さらに炭素繊維トウのフィラメント数を削減するために伸ばして分割された
マルチフィラメント炭素繊維から織られている、又は編まれている。
【００４１】
セル又はバッテリでは、１つもしくは複数の正極、１つもしくは複数の負極、又は両方が、本発明に従って突起付きの導電繊維材料の１つ又は複数の層から形成されてよい。本発明は、本明細書でＰｂ酸バッテリの電極に関して説明されることがあるが、Ｌｉイオンバッテリ等の他のバッテリタイプに対しても、及び太陽電池の電極において又はコンデンサもしくは超コンデンサにおいて等の他の用途でも応用されてよい。
【００４２】
いくつかの実施形態では、本発明は、本発明の鉛酸バッテリを含む、及び／又は本明細書で教示される方法に従って作られるハイブリッド自動車車両を含む。他の実施形態では、ハイブリッド自動車車両は停止‐起動機能性及び／又は回生制動機能性を有する。他の実施形態では、バッテリは、車両エンジンがオフであるときに付帯的な負荷を運ぶことがある。
【００４３】
本明細書では、「突起」は、物理的な形又は機械的な形に関わりなく、導電繊維電極の外部接続を可能にする任意の導電素子又は導電コネクタを意味する。
【００４４】
本明細書では、「突起領域」及び「突起ゾーン」は交互に用いられ、同じ意味をもつ。
【００４５】
本明細書では、突起に関する「マトリックス」は、長さ、幅、及び奥行きを有する３次元構造の突起ゾーンに導電繊維材料を封入する突起材料を指す。
【００４６】
本明細書では、「ハイブリッド車両」は、アイドル排除（停止‐起動機能性）、回生制動、及び一方又は他方又は両方が駆動機能性を提供できる電気モータ付きの内燃機関の任意の組合せのいずれか１つを取り込む車両を指し、ハイブリッド車両は部分的なハイブリッド車両にすぎないことがある車両も含んでよい。
【００４７】
本明細書で使用される用語「含む」は、「から少なくともある程度は成る」を意味する。用語「含む」を含んだ本明細書の各文を解釈するとき、該用語で始められる１つ又は複数の特徴以外の特徴も存在することがある。「含む」及び「含む」等の関連する用語は同じように解釈されるべきである。
【００４８】
本明細書の実施形態は、例として添付の図を参照してさらに説明される。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の第１の加圧含浸実施形態によって形成されたＰｂ突起付きの炭素繊維材料電極の部分を示す図である。
【図２】炭素繊維材料の複数の層及び突起を含む電極の概略断面図である。
【図３】本発明の第１の加圧含浸実施形態に従って、繊維材料の電極に突起を形成するための一連のステップを概略で示す図である。
【図４】金型の一実施形態の２つの向かい合った金型パーツの内面の概略図である。
【図５】それぞれ金型の別の実施形態のバックプレート及びフロントプレートの、図４Ａの線Ｉ−Ｉ及び図４Ｂの線ＩＩ−ＩＩに沿った概略断面図である。
【図６】図６Ａ及びＢは、本発明の第１の加圧含浸実施形態によって形成され、実験作業の以後の説明でさらに言及される突起のＳＥＭ画像の図である。
【図７】図７Ａ及びＢは、本発明の第１の加圧含浸実施形態によって形成され、実験作業の以後の説明でさらに言及される突起のＳＥＭ画像の図である。
【図８】図８Ａ及びＢは、本発明の第１の加圧含浸実施形態によって形成され、実験作業の以後の説明でさらに言及される突起のＳＥＭ画像の図である。
【図９】本発明の第２の加圧含浸実施形態によって形成された別の形のＰｂ突起付きの炭素繊維材料電極を示す図である。
【図１０】図９の矢印Ｆの方向での図９の炭素繊維電極を示す図である。
【図１１】図９及び図１０の形の突起を形成するための金型の拡大概略断面図である。
【図１２】図１１の金型の２つの向かい合った金型パーツの内面の概略図である。
【図１３】図１１の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿っているが、１つの金型パーツだけ（図１４の左側部分）の概略断面図である。
【図１４】図１１（両方の金型パーツ）の線ＩＶ−ＩＶに沿った概略断面図である。
【図１５】本発明の第２の加圧含浸実施形態に従って繊維材料の電極に突起を形成する一連のステップを概略で示す図である。
【図１６】本発明の第３の加圧含浸実施形態に従って、繊維材料の電極に突起を形成するための金型の概略断面図である。
【図１７】繊維材料電極に突起を電気化学的に形成するための一実施形態のステップを概略で示す図である。
【図１８】図１７の方法によって作られる電極の斜視図である。
【図１９】本発明の第２の加圧含浸実施形態により形成され、実験作業の以後の説明でさらに言及される突起のＳＥＭ画像の図である。
【図２０】本発明の第２の加圧含浸実施形態により形成され、実験作業の以後の説明でさらに言及される突起のＳＥＭ画像の図である。
【図２１】実験作業の以後の説明で言及されるＣＣＡ性能試験の結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
加圧含浸された突起
図１は、本発明の第１の加圧含浸実施形態によって繊維材料の上に形成された、Ｐｂ突起等のある形の突起付きの、例えばＰｂ酸セル又はＰｂ酸バッテリのための、炭素繊維の等、導電繊維電極の断面を示す。繊維材料は１で示され、突起は２で示される。突起は、繊維材料厚さに類似した厚さ（材料の平面を通る寸法）又はより大きい厚さを有してよい。図２は、繊維材料の複数の層１、及び突起２を含む類似した電極の概略断面図である。両方の実施形態で、突起は、突起材料だけ、つまりＰｂ等の固形突起材料を含む繊維材料の端縁を越えた突起伸長部３を有する。
【００５１】
図９及び図１０は、本発明の第２の加圧含浸実施形態によって繊維材料の上に形成された、Ｐｂ突起等の別の形の突起付きの、例えばＰｂ酸セル又はＰｂ酸バッテリのための、炭素繊維の等、導電繊維電極を示す。繊維材料は、やはり１で示され、突起は２で示される。突起２は、繊維材料が突起材料によって含浸される部分４（電極の突起ゾーン）、及び突起材料だけを含んでいる繊維材料の端縁を越えた突起伸長部３を含む。図示されている実施形態では、突起は、繊維材料厚さに類似した厚さ（材料の平面を通る寸法）を有し、突起は炭素繊維材料よりも厚くないことがある。
【００５２】
通常、突起は、ＰｂもしくはＰｂ合金、ＺｎもしくはＺｎ合金、又はＣｄもしくはＣｄ合金等の金属から形成されるが、代わりに例えば導電性ポリマー等の他の突起材料から形成されてよい。
【００５３】
図示されている実施形態では、突起は、単一の上部端縁である電極の単一の端縁に沿って延在するが、代わりに突起は電極の２つ以上の端縁に沿って延在してもよく、突起の形状は曲線状つまりアーチ形であってよい、及び／又は電極の中心領域にわたって延在するように形成されてよい。
【００５４】
いくつかの実施形態では、電極材料の繊維の実質的にすべて又は少なくとも大多数が、突起まで電極にわたって、又は突起を通して連続的に延在する。
【００５５】
繊維材料は、フェルト等の不織の繊維ファブリック、編まれた繊維ファブリック、又は織られた繊維ファブリック、特にフェルト等の不織の炭素繊維ファブリック、編まれた炭素繊維ファブリック、又は織られた炭素繊維ファブリックであってよい。代わりに、材料は、導電材料、通常、Ｐｂ等の金属フィルム又はコーティングで被覆されてよい、ガラス繊維又はケイ素をベースにした繊維性材料であってよい。繊維、例えば炭素繊維は、通常、マルチフィラメント状であるが、モノフィラメントであってもよい。少なくともいくつかの実施形態では、繊維材料は、約２５０ミクロン未満、約１００ミクロン未満、約５０ミクロン未満、約２０ミクロン未満、又は約１０ミクロン未満の平均繊維間間隔を有する。少なくともいくつかの実施形態では、繊維直径は、約１ミクロンから約３０ミクロン、約４ミクロンから約２０ミクロン、又は約５ミクロンから約１５ミクロンの範囲内にある。（含浸されていない）材料の空隙率は、約５０％から少なくとも約１％、約４０％から約１％、又は約３０％から約１％の範囲内でよい。
【００５６】
いくつかの実施形態では、含浸材料は、繊維の少なくとも約５０％、少なくとも約７０％、少なくとも約８０％、又は少なくとも約９５％の間で含浸する。
【００５７】
いくつかの実施形態では、（含浸されていない材料で―繊維によって占有されていない材料外部寸法によって定められる総体積の割合である）繊維材料の繊維間空隙率は、繊維間の繊維間空隙率、少なくとも約５０％、少なくとも約７０％、少なくとも約８０％、少なくとも約９５％、少なくとも約９８％、又は少なくとも約９９％への突起材料の含浸によって削減される。
【００５８】
いくつかの実施形態では、繊維材料の繊維はマルチフィラメント繊維であり、含浸突起材料は繊維間にも浸透し、繊維内空隙率も削減する。いくつかの実施形態では、繊維内空隙率も、含浸されていない繊維材料の繊維内空隙率の約４０％に、約３０％に、約２５％に、約２０％に、約１０％に、約５％に、又は約１％に削減される。
【００５９】
突起材料のマトリックスは、微小規模炭素繊維電極材料を突起ゾーンに封入する。微小規模炭素繊維電極材料と突起との間に、非常に低い電気抵抗接続が形成される。また、突起材料と繊維との間の空隙率も最小限に抑えられ、バッテリ電解液が以後に突起から繊維接続に進入し、接続を劣化させるのを妨ぎ、又は最小限に抑え、したがって接続はより耐久性がある。
【００６０】
任意選択で、突起材料と繊維及び／又はフィラメントとの間の任意の残りの（開放セル／多孔性の）空隙は、例えばエポキシ等の非導電性ポリマー等の、実質的に電解液に不活性である材料で充填することによって削減されてよい。
【００６１】
任意選択で、（電解液に不活性ではない）含浸材料は、不活物質障壁によって電解液の大部分から保護される。
【００６２】
任意選択で、やはり含浸突起材料は、チタン等のＰｂ酸バッテリ電解液等の導電性であるが、バッテリ電解液に実質的に不活性である材料であってよい。
【００６３】
導電繊維材料又は炭素繊維材料は、電極の平面寸法における該又はいずれかよりも約１０倍、約２０倍、約５０倍、又は約１００倍等の何倍もの厚さ（長さ及び幅又は電極の平面内寸法に横断方向）を有してよい。厚さは、例えば、約５未満又は約３ｍｍ未満又は約２ｍｍ未満又は約又は約１ｍ未満又は約０．２ｍｍ未満であってよい。電極の平面内の長さ寸法及び幅寸法のそれぞれは、例えば約５０又は約１００ｍｍより大きくてよい。係る電極は、厚さが少ない平面状の形を有してよい。好ましい形では、電極は実質的に平面状であり、電極の少なくとも１つの端縁に沿って外部接続のための金属突起からの寸法、（大規模集電装置がある場合、又は無い場合）例えば、約１００ｍｍ未満又は約７０ｍｍ未満、又は約５０ｍｍ未満、又は約３０ｍｍ以下を有する。代わりに、係る平面状の形は、たとえば円筒状の電極に形成されてよい。
【００６４】
加圧含浸突起形成
図３−１から図３−７は、図１及び図２の形の突起を形成するために微小繊維材料を加圧含浸するための一連のステップを概略で示し、図４Ａは、図３−１から図３−７の左側に示された金型パーツの内面の概略図であり、図４Ｂは、図３−１から図３−７の右側に示される金型パーツの内面の概略図である。突起は、繊維材料の突起ゾーン部分の中に突起金属を加圧含浸して、突起ゾーンの繊維材料の中に浸透し、突起ゾーンの繊維材料への電気的接続を形成する。図３−１及び図４Ａ及び図４Ｂを参照すると、図示されている実施形態では、金型は、内部空洞１２及び１３のある２つの金型パーツ１０及び１１を含む。金型パーツ１０及び１１は矢印Ａの方向での動作でともに閉じ、相互に開く（図３−１を参照）。金型パーツは、図３の１で示される繊維材料が挟まれ、図示されているように金型空洞を通って延在する状態で接合される。図３−１は、開いている金型、つまり分離された２つの金型パーツを示し、図３−２は、繊維材料に対して閉じられているが、突起金属注入前の２つの金型パーツを示す。金型パーツの一方（又は両方とも）が、金型パーツがともに閉じるときに、繊維材料の突起ゾーンの周辺部又は境界部の回りの炭素繊維に接触する、空洞の周りの周辺突出部つまり壁１４（金型の境界部分又は周辺部分）を含んでよい。しかしながら、金型パーツの間で、ひいては繊維に対して閉じる圧力又は力は、粉砕によって、構造的に損傷を与える等、損傷を与えない、又は多大に損傷を与えないレベルであってよい。閉じる圧力は、金型空洞の中への溶融金属の注入圧力に満たないことがある。いくつかの実施形態では、繊維材料に対する圧力は、例えば織られた炭素繊維材料の場合約５バール（にすぎない）、又は例えばフェルト材料等の不織炭素繊維材料の場合、最高５バールにすぎなくてよい。一実施形態では、金型パーツは繊維材料に触れるのではなく、金型が閉じられると、例えば繊維材料の表面から０．５ｍｍ未満又は０．２５ｍｍ未満、密集してよい。係るギャップは、突起材料が繊維材料の外面の回りを流れることを可能にしてよいが、追加の注入された突起材料が次いで繊維材料の中に加圧含浸されるように、この突起材料が迅速に冷却し、凝固（凍結）するほど十分に小さくなくてはならない。代わりに、金型パーツは、閉じられているときに、繊維材料の圧力／圧迫なしであるが繊維材料に接触してよい。
【００６５】
図３−３を参照すると、突起金属２ａが加熱され、１つ又は複数のポート、及び好ましくは１５で示されるような、図示される空洞の中心領域の中に溶融突起金属を届けるポートを通って金型空洞の中に含浸される。含浸圧力は、溶融金属を突起ゾーンの微小規模の繊維間に浸透させ、溶融金属が金型空洞の注入側１１から、及び突起ゾーン内の繊維の間を通過して、金型空洞の２つの側の間の空洞を満たすようなレベルで維持され、したがって繊維材料の両側に金属のある突起が形成され、金属が繊維の間に浸透し、つまり少なくとも部分的に繊維間間隙を充填し、好ましくは繊維がマルチフィラメント状の繊維である場合は繊維の中にも浸透し、つまり繊維内間隙を少なくとも部分的に充填する。代わりに、金属は両側から、又は金型空洞端縁から含浸されてよい。
【００６６】
浸透する金属が金型空洞の境界部分１４又は繊維材料の突起ゾーンに到達すると、境界部分１４の、又は境界部分１４に隣接する、及び境界部分１４の回りの浸透する溶融金属は冷却し、凝固する、つまり凍結する。形成する突起のこの冷却され、凝固した境界金属が、溶融突起金属が境界部分１４を越えて繊維材料の中にさらに浸透するのを防ぎ、したがって２つの金型パーツ間の締付け圧は、含浸材料又は金属の注入圧に満たないことがある。金型空洞、つまり形成された突起２内の金属は、次いで、図３−５及び図３−６に示されるように冷却し、凝固して、図３−６に示されるような完全な（固形）突起を形成することができ、金型は次いで図３−７に示されるように開かれて、その上に凝固した金属突起のある繊維材料を解放する又は排出する。
【００６７】
いくつかの実施形態では、突起周辺の冷却及び凝固は、最初に金型空洞の中心領域よりもより熱伝導性（つまり熱消散性）である、突出部つまり壁１４等の金型の境界部分又は周辺部分によって達成される。他の実施形態では、境界部は、例えば冷却液が循環される金型パーツのダクトによって、金型の中心領域よりも低い温度で保持される、又は金型の中心領域よりも低い温度に冷却される。
【００６８】
図３−１から図３−７に示される実施形態では、金型パーツ１０は、注入される突起材料の溶融温度よりも低い低温で保持される、又は低温に冷却される注入ポート１５の反対側に空洞１２を有する。また、金型パーツ１０は断熱インサート１７も備える。注入ポート１５のある他方の金型パーツ１１の温度は突起金属の溶融点により近く保持されて、注入された溶融金属が時期尚早に凝固しないようにする。図３−５を参照すると、溶融金属が最初に金型空洞の中に流れ込み、金型空洞を充填し始めると、金型空洞の中心で、溶融金属は、溶融金属が金型空洞の中心であまりにも早く冷却し、凝固するのを妨げる断熱インサート１７に接触する。このようにして、金型空洞の中心の溶融金属は、金型空洞全体を充填し、金型空洞内の炭素繊維に浸透するために、金型空洞の周辺部に向かって外向きに、注入圧力を受けて流れ続ける（および、上述されたように最初に境界部で凍結する）。代わりに、金型空洞の中心領域は、断熱インサート１７を提供する代わりに、金型空洞の境界部１４に対して、金属注入中に加熱されてよい。
【００６９】
図５Ａは、ピストン１８に取り付けられた金型空洞の中心の断熱材１７を示す図４Ａの線Ｉ−Ｉに沿った金型バックプレート部分１０の概略側面断面図である。このピストンは矢印Ａの方向で移動して、凍結の前に繊維材料の中に溶融含浸材料を押し込めて、空隙率をさらに削減することができ、いったん金型プレートが開くと形成された突起を排出するために動作することもできる。
【００７０】
図５Ｂは、図４Ｂの線ＩＩ−ＩＩに沿った金型フロントプレート部分１１の概略側面断面図である。本実施形態では、断熱材１７ａが金型の注入部分側の中心に、及び注入ポート１５の回りに設けられている。
【００７１】
図１１から図１５は、図９及び図１０の形の突起を形成するために第２の実施形態によって加圧含浸することを概略で示す。図１１から図１４は、金型システムの概略断面図であり、図１５−１から図１５−６は、突起を形成するための一連のステップを概略で示す。
【００７２】
再び、突起は、突起ゾーン内の繊維材料の中への導電性浸透及び突起ゾーンの繊維材料への接続を形成するために、繊維材料の突起ゾーン部分の中への加圧含浸によって形成される。金型は、矢印Ｂの方向での動作でともに閉じ、相互に開く２つの金型パーツ２０及び２１を含む。金型は内部空洞２２を含む。（閉じられているときの）金型は、空洞２２の下方に（溶融材料移動の方向Ｃでの下方‐さらに説明される）横断方向の流れ導管２３（図１５−２を参照）を含む。横断方向流れ導管２３は、向かい合った金型パーツの横断方向空洞２３ａ及び２３ｂから構成されている。金型空洞２２及び流れ導管２３の両方とも、金型を横切って横断方向に伸長し（図２４及び図１４を参照）、それらは金型空洞２２を横切って途中で１つの金型パーツ２１の横断方向突出し２５によって分離される。金型パーツ２０及び２１が接合されると、金型空洞の上部は横断方向長穴２４で開いている。
【００７３】
動作中、金型パーツ２０及び２１は、（図１１は、突起がその上に形成された状態で開いている金型を示しているが）図１１に示されるように金型空洞内に突起が形成されることになる繊維材料１の端縁と接合される。繊維材料１の残りは、開いた横断方向長穴２４から伸長する。突起金属２ａは加熱され、それが充填する、金型全体で横断方向に伸長する流れ導管２３の中に溶融金属を送達する注入ポート２６を通って金型空洞の中に含浸される。溶融金属は、次いで金型を横切って横断方向に流れ導管２３を出て、図１１の矢印Ｃの方向に移動し、やはり金型を横切って伸長する横断方向突出部２５を越えて横断方向の注入ギャップを通って、その端縁に沿って及びその端縁を通って繊維材料１の中に流れ、このようにして繊維材料を含浸する。溶融金属は突起ゾーン内の繊維材料に浸透する。冷却ダクト２８は金型パーツ２０及び２１に設けられ、金型パーツ２０及び２１を通って冷却液が循環されて、使用中の繊維材料の突起ゾーン上方で金型を冷却する。金型空洞２２を上方に、繊維材料１の中に移動する溶融金属の前部は、冷却し、凝固し、つまり凍結し、結果として生じる、金型を横切る固形金属の横断方向線が繊維材料の中への金属の追加の浸透を妨げ、金属突起の境界を定める。所定の期間後、注入圧力は終了し、流れ導管２３及び金型空洞２２内の金属は冷却し、凝固できるようになり、金型パーツは次いで開かれて、その上に金属突起がある炭素繊維材料を解放する、又は排出する。
【００７４】
図１５−１は、開いている金型、つまり分離された２つの金型パーツ２０及び２１を示し、図１５−２は繊維材料１に対して閉じられているが、金属注入眼の２つの金型パーツを示す。図１５−３は、ポート２６を通って金型空洞に進入し、金型の幅にわたって導管２３を充填する高温の金属２ａを示す。図１５−４は、金型空洞２２に進入し、炭素繊維に浸透する溶融金属を示す。図１５−５は、冷却して炭素繊維１上で凝固する金属を示し、図１５−６は、開いて、その上に金属突起がある炭素繊維材料を解放する金型を示す。
【００７５】
２つの金型パーツ２０及び２１の間の金型空洞２２を横切る寸法は、繊維材料の厚さとほぼ同じで、上述されるように繊維材料とほぼ同じ厚さの薄い突起を形成してよい、又はより厚い突起を形成するためにより大きくてよい。再び、金型パーツの間、ひいては繊維に対する閉じる圧力又は力は、粉砕によって、構造的に損傷を与える等、損傷を与えない、又は多大に損傷を与えないレベルであってよい。いくつかの実施形態では、繊維材料に対する圧力は、例えば織られた炭素繊維材料の場合約５バール（にすぎない）、又は例えばフェルト材等の不織炭素繊維材料の場合最高５バールにすぎなくてよい。一実施形態では、金型パーツは繊維材料に触れないが、金型が閉じられているとき、例えば、繊維材料の表面から０．５ｍｍ未満又は０．２５ｍｍ未満、密集してよい。係るギャップは、突起材料が繊維材料の外面の回りを流れることを可能にしてよいが、追加の注入突起材料が次いで繊維材料の中に含浸されるように、この突起材料が迅速に冷却し、凝固する（凍結する）ほど十分に小さくなくてはならない。代わりに、金型パーツは、閉じられているときは、繊維材料の圧力／圧迫なしであるが繊維材料に接触してよい。
【００７６】
図１６は、本発明の第３の加圧含浸実施形態に従って、繊維材料の電極に突起を形成するための金型の概略断面図である。本実施形態では、溶融突起材料を繊維材料の中に含浸する圧力は、突起材料上の金型を、及び金型内の繊維材料を閉じることによって生じる。図１６を参照すると、金型パーツ８０及び８１は、機械の台８２の上で矢印Ｄによって示されるように相互に移動する（図は開いている金型を示す）。冷却液を運ぶダクト（複数の場合がある）８９は、各金型パーツ８０及び８１の末端部に沿って設けられる。代わりに、金型パーツ８０及び８１の末端部は、例えばより迅速に熱を消散する材料から形成されてよい。
【００７７】
動作中、突起が形成されることになる繊維材料１の端縁は、示されるように金型パーツ８０と８１の間の金型空洞に配置される。繊維材料の残りは開いている横断方向長穴８５から伸長する。また、突起金属は、金型空洞内に事前配置される。例えば、図中、突起材料の２つの片８４が、３つの繊維材料層１の間に挟まれて示されている。金型パーツ８０及び８１は加熱され、金型を閉じるために接合され、加圧された突起金属を加熱し、突起金属は溶解し、突起ゾーンの繊維材料に浸透する。矢印Ｅの方向で繊維材料を通って移動する溶融突起金属は冷却し、ダクト（複数の場合がある）８９に近接して凝固し、つまり凍結し、結果として生じる、長穴金型開口部を横切る繊維材料の固形金属の横断方向線が、炭素繊維材料の中への金属の追加の浸透を妨げ、金属突起の境界を定める。所定の期間後、注入圧力は終了し、金型空洞内の金属は冷却し、凝固できるようになり、金型は次いで開かれて、その上に金属突起がある炭素繊維材料を解放する、又は排出する。
【００７８】
上述のすべての実施形態で、加圧されている突起金属による繊維材料の含浸を助けるために、例えば、約１５から約２５ｋＨｚの範囲の周波数等の超音波周波数で、振動又はエネルギーが、含浸中に１つ又は複数の金型パーツを介して溶融突起金属に適用されてよい。
【００７９】
バッテリ又はセルの構築
上述されたように繊維材料電極上に形成された突起は、突起の炭素繊維材料自体を通る微小規模の通路に加えて、炭素繊維から金属突起への追加の大規模集電通路を提供するために、繊維材料の片側又は両側に、電極材料に及び突起に導電的に取り付けられた金属ワイヤ又は金属テープを含んでもよい。金属ワイヤ又は金属テープは、例えばバッテリ電解液の中で溶解しない糸でつぎ合わせるもしくは縫合すること、又は樹脂、セメント、もしくは製陶混合物等の集電装置を定位置に保持する他の不活性なＰｂ酸バッテリ結合剤によって繊維材料に取り付けられてよい。金属ワイヤ又は金属テープは、製造中に繊維材料の中に押し込まれてよい。代わりに、ワイヤ又はテープ又は類似物は、繊維材料にはんだ付けされてよい、又は印刷されてよい。金属ワイヤ又は金属テープ（複数の場合がある）は、繊維材料の片側又は両側で波状の形状で配列され、電極の１つの端縁にある突起の間で連続的に伸長し、その端縁でワイヤ又はテープは、突起内に、及び電極の別の離間した端縁で、又は離間した端縁に向かって埋め込まれることによって突起に導電接続される。代わりに、ワイヤ又はテープは電極の向かい合う端縁又は電極の回りの枠に沿って金属突起間で伸長してよい。代わりに、再び別々のワイヤ又はテープがある端縁にある突起から、もしくは電極の別の端縁に向かって伸長してよい、又は代わりに再び、説明されるワイヤ又はテープのマクロ伝導体は繊維材料の片側又は両側に取り付けられた金属メッシュを含んでもよい。ワイヤ又はテープ又はメッシュの端部は突起内で終了し、埋め込まれてよい。集電装置が負極として働く電極の外面上にあるときには、集電装置が正極からの陽極酸化から保護されていることが重要である。好ましくは、ワイヤ又はテープは交差点なく電極の幅にわたって均等な間隔で電極の長さを上下に移動して、局所的なホットスポットが発生する、又は特定の領域で熱が蓄積すること、及び電極全体での均等な集電さえ妨げる。好ましくは、ワイヤ又はテープ又はメッシュ又は類似する大規模集電システムの体積は、（突起又は取り囲む金属枠又は類似物を除く）電極の体積の約１５％未満である。
【００８０】
通常、バッテリ又はセルの構築中、微小規模の集電装置材料が、好ましい形では、ＰｂならびにＰｂ及びＰｂＯのＰｂＯ粒子、ならびに希硫酸の混合物を含むペーストを用いて加圧されて含浸される。代わりに、ペーストは硫酸鉛（ＰｂＳＯ4）粒子及び希釈硫酸を含んでよい。いくつかの実施形態では、電極の中への含浸時のペーストは、０重量％以上と約５重量％の間、又は０．２５重量％と約３重量％の間、又は０重量％と約２重量％の間、又は０．５重量％と２．５重量％の間の硫酸のペーストを含む希硫酸を含む。Ｐｂベースの粒子は、繊維間の空間の中に容易に収まるほど十分小さい、１０ミクロン以下の平均サイズを有してよい破砕粒子又は化学的に形成された粒子を含んでよい。ペースト又は活物質は、活物質が、繊維が突起に進入する突起に接触又は当接し、どちらかの側の繊維材料の表面においてだけではなく、繊維材料の厚さを通して、及び突起材料と非突起材料含浸繊維材料との間の境界の主要な部分又は長さの実質的にすべてに沿って、この境界で、突起に直接電気的に接続するように、突起まで炭素繊維電極を充填してよい、又はペーストと突起との間に、例えば最高約５ｍｍのギャップ等のギャップがあるように突起の手前で停止してよい。好ましい実施形態では、突起は、上述されたように炭素繊維材料の中に含浸する活物質の中への、Ｐｂ突出部等の突起の突出部を有するように形成される。
【００８１】
記載されるように、好ましくは活物質のＰｂ粒子の表面積対体積率は、突起ゾーンの突起材料の表面積対体積率よりも、少なくとも約３倍大きい、又は好ましくは約５倍大きい、又は好ましくは約１０倍大きい、又は好ましくは約２０倍大きい。好ましくは、活物質のＰｂ粒子の表面積対体積率は、約２ｍ2／ｃｍ3より大きい、又は１ｍ2／ｃｍ3より大きく、突起ゾーンの突起材料の表面積対体積率は約０．５ｍ2／ｃｍ3未満である。繊維層の中に注入され、溶融突起材料が進入するにつれて冷却する溶融突起材料と関連付けられた表面は、溶融突起材料が回りで冷却する繊維の表面積に類似する、又は少ない可能性がある。例えば、炭素フェルトは、フェルト総体積のｃｍ3あたり０．０２ｍ2に同等である表面積の１ｍ2について１ｍｍ厚さあたり約２０ｍ2に等しい繊維の円筒面の面積を有してよい。この繊維網の回りで流れる溶融鉛は、（最初に冷たい繊維の上に凍結することによって）繊維の直径よりも大きい直径の枝がある鉛構造物を形成する。つまり、この鉛搭載フェルトの枝の直径は、表面積がおそらくｃｍ3あたり０．０１ｍ2で、１０ミクロンから、約１５〜２０ミクロンに増加することがある（より大きな体積分率の含浸の場合、これらの枝は融合し、表面はなおさらに縮小する）。これらの表面積は、鉛酸セルの負極内部の通常の活物質の表面積と比較できる。鉛を含有する活性量は、（充電サイクル及び放電サイクルの間に電気化学変化の影響を受けづらい）電流を運ぶ鉛スケルトン、及び変化の影響を受けやすく、事実上バッテリの使用電流を生じさせるはるかに細かい質量に分けられる。はるかに細かい「エネルギー活物質」は、約０．３ミクロンの直径の枝を有してよい。スケルトンは、上記の部分的な含浸によって形成される枝に非常に類似し、電気化学破壊作用は無視できるほどである。しかし、細かな電気化学的に活性の物質の表面積は、鉛の単位体積当たりの表面積の(２０)／０．３）＝７０倍を有してよく、したがってほぼすべての化学的な破壊作用を被る。細かい材料と粗いスケルトン材料との間の分割は、大部分の負極で約５０／５０である。
【００８２】
電気化学突起形成
図１７を参照すると、Ｐｂ酸バッテリ又はセルの電極に適用される本発明の電気化学突起形成方法の実施形態では、炭素繊維材料要素、つまり電極素子等の導電繊維材料要素は、それに鉛ベースの粒子を含むペーストを適用している―図１７では、このように貼り付けられた要素６１がステップ１７−１に示されている。ペーストは、加圧されて及び／又は超音波振動等の振動を用いて繊維材料の中に含浸されて、繊維間にペーストを完全に含浸してよい。最適には、硬化プロセスが次いで講じられ、例えば湿度及び／又は温度が制御される。
【００８３】
ペーストは、硫酸塩粒子、ＰｂＯ粒子、Ｐｂ粒子、又は硫酸鉛粒子、ＰｂＯ粒子、及び／もしくはＰｂ粒子の混合物を含んでよい。好ましい実施形態では、このペーストが活物質ペースト中の鉛の実質的に唯一の供給源である。粒子は、破砕粒子又は化学的に形成された粒子を含んでよく、粒子の少なくとも大部分及び好ましくは少なくとも８０％は、１０ミクロン以下の平均サイズつまり直径を有してよい。ペーストは、任意選択でカーボンブラック、硫酸バリウム、及びスルホン酸塩等の他の添加剤を含んでもよい。
【００８４】
材料の繊維表面は、酸化物粒子又は酸素含有の化学基を繊維に付着するための処理によってＰｂベースの粒子の付着を強化するために表面処理されてよい。電気アーク処理された炭素繊維ファブリックの陽極酸化も、該ファブリックを親水性材料に変換してよい。これは、材料を通した活性粒子の均等な分布、及び双極子−双極子引力による炭素への（オキシド基によって覆われた）Ｐｂの初期引力を支援してよい。
【００８５】
図１７ステップ１７−２に示されるように、例えば金属片を含む、又は任意の他の適切な形式での１つ又は複数の金属コネクタつまり導電コネクタ６２が、例えば少なくとも１つの端縁に沿って、又は代わりに炭素繊維要素を横切って伸長する貼り付けられた炭素繊維要素に機械的に取り付けられてよい。このようにして、貼り付けられた材料の領域６３はコネクタ６２によって捕捉される。片は、図１７−３に示されるように、例えば材料端縁に折り曲げられてよい、又はそれ以外の場合、例えば圧縮、誘導加熱又は抵抗加熱によって等の加熱で材料に機械的に固定されてよい。代わりに、又はさらに、金属片（複数の場合がある）は、炭素繊維要素１を形成する炭素繊維材料の２つ以上の層のそれぞれの間に設けられてよい。代わりに、再び、金属繊維は、例えば端縁で又は端縁近くで炭素繊維材料の中に織り込むことによって炭素繊維要素１の端縁に組み込まれてよい。
【００８６】
ステップ１７−４で示されるように、コネクタ（複数の場合がある）６２で貼り付けられた炭素繊維要素１は、コネクタの上部を覆うためにセル６４内の希硫酸の中に浸漬されて、正に分極された別の電極に向かい合った負極として接続される。電流はコネクタ（複数の場合がある）６２及び材料１を通って流れて、領域６３のペーストをＰｂ網の中に電気化学的に変換することによって繊維及びコネクタ（複数の場合がある）を電気的に接続する。これが、炭素繊維間にＰｂを形成し、現在利用可能な方法でのＰｂと炭素繊維との間の表面張力の問題を克服する。代わりに、いくつかの実施形態では、ペーストは希硫酸を含む、又は例えば浸漬の代わりに炭素繊維要素材料の上に希硫酸を噴霧することによって希硫酸と接触する。コネクタ（複数の場合がある）及び炭素繊維要素材料及び間の希硫酸で濡れたペーストを通って流れる電流は、ペースト中のＰｂベースの粒子を最初にコネクタの真下で、電極材料繊維間で徐々に緊密に鉛に変えて、そこの繊維をコネクタと接続する、又は電気的に接続する。通常、このステップは、セル又はバッテリの構築の前又は後に、初期電極形成（活性粒子の結合が形成する第１の充電及び放電サイクル）の開始時に実行されてよい。このようにして、領域６３で発生する同じ導通形成プロセスが電極の残りに伝搬する。形成中、充電電流が周期的にパルス化されることが有利である場合がある。
【００８７】
上述された実施形態では、コネクタ６２は、炭素繊維要素に機械的に取り付けられたＰｂ片等の金属片である。代替実施形態では、コネクタ６２のそれぞれが、コネクタ６２と同じ所望される幾何学形状の鉛を含む表面を有するクランプ等の機械的な固締装置によって置き換えられる。これらの反対方向の固締装置は形成プロセス中に領域６３との一時的な接触を提供した後に取り外されてよい。必要とされる酸電解質が、端縁から又は電極の大部分から繊維材料に沿って領域６３の中に拡散する。
【００８８】
電気化学変換後、ステップ１７−５で結果として生じる突起のある炭素繊維要素は、次いで（セルの以後の放電がＰｂＳＯ4を形成させ、６３の導電特性を削減する又は排除するにつれ）６３でＰｂ網の孔に進入する電解液を妨げる又は最小限に抑えるために、領域６３の小孔を除去するための追加のプロセスステップを経る。小孔の除去又は削減は、例えば、以下によって達成されてよい。
・圧縮、及び／又は例えば誘導加熱もしくは抵抗加熱によって領域６３を加熱すること、
・領域６３は、孔を、電解液中で溶解しないポリマーで充填されたままにするシーラント溶液にさらに浸漬され、係るシーラント溶液は、例えば樹脂を含み、及び
・Ｐｂイオンの強力な溶液からのＰｂの電極付着によって６３の残りの孔のいくつかを充填すること。
【００８９】
Ｐｂの電着を説明するために、代替実施形態が図１８に示される。コネクタ６２の内の１つは、内部縦方向導管６７を含み、硫酸も供給され、ペースト材料がすでに塗布され、接続が所望されている領域６３の片側で炭素繊維要素１に物理的に接触するように配置された鉛を含んだ表面６６を有する機械的な固締装置によって置き換えられる。装置は、所望される貼り付けられた領域６３がクランプの鉛を含んだ表面６６によって捕えられている限り、炭素繊維要素の端縁に固締されてよい、又は炭素繊維要素にわたって延在してよい。適切な正極は、セルを完成するために６７に入り、６７を出る（再循環する）電解液流れの中に設置され、電流は、コネクタ６２で以前に実行されたように、領域６３内部の繊維間空間内部でＰｂを生成してよい。
【００９０】
図１８に示される鉛を含んだ表面６６は、鉛を含んで周縁（つまり、それ以外の場合開いている）から成り立ってよい、又は多孔性の鉛を含んだ材料であってよく、従って導管６７を通過する電解液は炭素繊維及びペーストに染み込んでよい。
【００９１】
上述された形成プロセスの後、（例えばＰｂＮＯ３の）鉛塩溶液は、次いで導管の前にある鉛孔が鉛で充填されるように導管６７を通されてよい。計量された量の溶液が導管の中に注入されてよい。正極と負極との間で印加された電圧は、次いで、鉛が突起ゾーンの孔で均等に付着するように適切なレベルを達成するために調整される。鉛塩溶液の注入及び電気化学付着プロセスはより小さく、孔が鉛で充填されるのに近づくまで繰り返される。連続注入は、これ以上注入又は付着を達成できなくなるまで達成がより困難である。残っているあらゆる小さいアクセス可能な小孔を除去するために、この時点で崩壊手順又は樹脂注入も使用され得る。これは、上述された浸漬の代替策として実行されてよいが、以後のステップとしてより実践的である。
【００９２】
Ｎｉ−ｃｄのバッテリ又はセルの炭素繊維電極を形成するための一実施形態では、突起はＣｄから形成されてよく、ペーストはＣｄＯＨ粒子等のＣｄを含む。
【００９３】
概要
バッテリ、通常は鉛酸バッテリでは、１つ又は複数の正極、１つ又は複数の負極、又は両方が、本発明の方法（複数の場合がある）に従って突起と形成されてよい。好ましくは、集電装置材料及び集電装置材料の繊維は可撓であり、それがバッテリサイクリング中に集電装置材料に付着した活物質の体積変化に対応する際に役立ち、微細規模の繊維が活物質を補強し、ともに使用している電極からの活物質の断絶（「分断」）を削減するのに役立ってよい。
【００９４】
好ましい実施形態では、電極繊維は、導電性を高めるために、金属等のより導電性の材料を用いたコーティングを必要としなくても固有に導電性であり、いくつかの実施形態では導電性を高めるために処理されてよい炭素繊維であってよい。他の実施形態では、電極繊維はより導電性ではない材料であってよく、その繊維は導電性のコーティング又はより導電性のコーティングで被覆される。いくつかの実施形態では、集電装置材料の繊維はＰｂ又はＰｂベースの材料で被覆されてよい。例えば、１つ又は複数の負極はＰｂで被覆されてよく、正極（複数の場合がある）はＰｂで、次いでその上でＰｂＯ2で被覆されてよい。
【００９５】
集電装置材料は、織られた材料、編まれた材料、又はフェルト等の不織材料であってよい。材料は、材料の主要な平面内で伸長するフィラメントを含んでよく、各フィラメントは複数の繊維から構成され、任意選択でフィラメントを横切って横断方向に伸長する糸をつなげて、フィラメントを機械的につなぐ。材料の平均深さは、少なくとも０．２ミリメートル又は少なくとも１ミリメートルであってよい。繊維の少なくとも大多数は、約１５ミクロン未満、より好ましくは約６から約７ミクロン以下の平均繊維直径を有する。
【００９６】
材料の繊維表面は、酸化物粒子又は酸素含有化学基を繊維に付着するための処理によってＰｂベースの粒子の付着を強化するために表面処理されてよい。電気アーク処理された炭素繊維ファブリックの陽極酸化も、該ファブリックを親水性材料に変換してよい。これは、材料を通した活性粒子の均等な分布及び双極子‐双極子引力による（オキシド基で覆われた）Ｐｂの炭素への初期引力を支援してよい。
【００９７】
いくつかの実施形態では、導電繊維材料は、例えば１０００から４０００℃の範囲の昇温で熱的に処理された炭素繊維材料であってよい。いくつかの実施形態では導電繊維材料は電気アーク放電によって処理された炭素繊維材料であってよい。炭素繊維材料は、材料の片側での複数の隣接する電極を含む電極間のギャップでの電気アークを通して、又は電気アークが電極のそれぞれと材料との間に存在するように複数の隣接する電極を通り越して、反応チャンバ内部で炭素繊維材料を移動することによって電気アーク処理されてよい。
【００９８】
いくつかの実施形態では、導電繊維材料は、平面でより厚い材料を分割することによって例えば２．５ｍｍ以下の厚さ等の非常に薄い厚さに生産された、フェルト又は他の不織の平面電極材料であってよい。すなわち、材料はその平面で１回又は複数回切断されて、より厚い不織材料を、類似する長さ及び幅の複数のシートに分割してよいが、厚さを開始シートに削減する。
【００９９】
いくつかの実施形態では、導電繊維材料は、織られた炭素繊維材料であってよく、「伸ばして分割」された炭素繊維トウ、つまりより多数の連続炭素繊維フィラメントのトウ（束）から織られてよく、個々の連続フィラメントをより短いフィラメントに分割し、分割するごとにフィラメントの端部を縦方向に分離するために製造後引き伸ばされ、それが炭素繊維トウのフィラメント数を削減する効果を有する。結果として生じる削減されたフィラメント数トウは、トウ強度を維持するために（ロープのように）捩じられる。例えば、５０，０００連続フィラメントのトウは、例えば次いで捩じられる６００のより短い個々のフィラメントから構成されるはるかに長いトウを作り出すために伸ばして分割されてよい。いくつかの実施形態では、導電繊維材料は、「トウ分割」された、つまり炭素繊維のより高いフィラメント数（「トウ」）からより小さいトウに分割された、炭素繊維トウから形成された炭素繊維材料であってよい。いくつかの実施形態では、導電繊維材料は、炭素繊維のより高いフィラメント数束からより小さいトウに分割され、次いで伸ばして分割されて、個々の連続フィラメントをより短いフィラメントに分割し、分割のたびにフィラメントの端部を縦方向に分離し、炭素繊維トウのフィラメント数をさらに削減した、炭素繊維トウから形成された炭素繊維材料であってよい。
【０１００】
実験
実施例１−突起形成
実験作業では、Ｐｂ突起が、概して図５に関して上述された方法によって炭素繊維材料に形成された。
【０１０１】
突起領域の内部の層さかた電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を得るために、突起は液体窒素の中に浸漬され、形成後、切り裂かれた。図６Ａ及び図６Ｂは、鉛が１０バールの圧力で注入された、織られた材料上の突起からの一式のＳＥＭ画像である。図７Ａ及び図７Ｂは、やはり鉛が１０バールの圧力で注入された、フェルトで覆われた材料上の突起からの別の一式のＳＥＭ画像である。同様に、図８Ａ及び図８Ｂは、鉛が１０バールの圧力で注入され、エポキシが突起の上部に塗布された、織られた材料の突起からの一式のＳＥＭ画像である。図６Ｂ、図７Ｂ、及び図８Ｂは、図６Ａ、図７Ａ、及び図８Ａよりも高い倍率である。図６Ａ、図６Ｂ、図７Ａ、図７Ｂ、図８Ａ、及び図８Ｂのすべてで、薄灰色の材料が鉛であり、長い繊維が炭素繊維である。材料の最高の鉛浸透は―鉛が明確に各繊維を取り囲み、空隙の存在は非常に最小である―図７の一連のＳＥＭ画像に示される炭素フェルト材料で達成された。図７Ａは突起の完全な幅つまり断面を示し、図７ＢはＰｂ内の炭素繊維のクローズアップ（より高い倍率）を示す（穴は、繊維が突起を切り裂いている間に引き抜かれた場所である）。
【０１０２】
特定の実施形態では、鉛の硫酸鉛への変換、したがって導電性の損失に潜在的につながる突起の空隙の中への電解液の浸透を削減するために、エポキシが突起の上部に塗布されて、突起の中に逃げ、酸浸透を妨げる。図８は、エポキシ浸透が優れ、空隙が最小の突起領域を示す。
【０１０３】
実施例２−突起形成
突起の以下の２つのサンプルは、概して図１５を参照して上述された方法によってフェルトの主要な平面での溶融鉛の端縁含浸によって炭素フェルトに取り付けられた。
【０１０４】
第１のサンプルは、実体積割合７．２％、厚さ１．５ｍｍ、及び繊維の平均直径１３．９μｍの中国のＨｅｉｌｏｎｇ  Ｊｉａｎｇの炭素フェルト上にあり、上述されたようにアーク処理された。この突起は、互いに隣り合った‐最初に、鉛の片がフェルトの端縁に沿った空洞内にあり、第２に鉛マトリックスがその端縁でフェルトの炭素繊維の回りにある２つの領域から作られていた。フェルトの測定された面積の質量を決定するのと同時に、第２の領域を切り取って、注意深くその寸法及び質量を測定することによって、マトリックス内部の空隙率を計算できる（以下を参照）。この空隙率は２２．５％であった。また、マトリックスの抵抗性は、マトリックスの測定された体積上で抵抗計による抵抗測定で決定された。この抵抗率は０．３２ｍＯｈｍ．ｍｍ、つまり０．３２／０．２０８＝１．５４、つまり室温での純鉛の抵抗率よりも５４％高かった。
【０１０５】
図１９は、このサンプルのＳＥＭ画像であり、繊維が極低温環境を使用する脆性破壊中に引き抜かれた場所である穴を示すが、それ以外の場合、大部分の繊維を取り囲む鉛を示している。２つの部分が、繊維がともに引き出された、鉛のなんらかの局所的な欠落を示している。
【０１０６】
図２０は、同じようにであるが、４．６％の実体積率、厚さ２．５ｍｍ、及び９．１μｍ平均繊維直径で、アーク処理された、ドイツのＳＧＬからの炭素フェルト上で作られた第２の突起サンプルのＳＥＭ画像である。これは第１のサンプルと同様に浸透され、４１％のより高い空隙率及び０．６１ｍＯｈｍ．ｍｍの抵抗率、つまり純鉛の抵抗率のほぼ３倍を生じさせた。破断面は、鉛を含有していない繊維の大きな領域を示している。
【０１０７】
両方のサンプルの接続抵抗は、＜５０ｍｈｍｓであった。
【０１０８】
使用された測定方法は以下の通りであった。
抵抗率：炭素フェルトが鉛で取り囲まれていたコネクタの片が、ギロチンを用いて切り取られ、端部は艇後継のクランプによって保持された。クランプと観察された断面領域Ａとの間の長さｌは、抵抗率を計算するための式抵抗率＝（抵抗）（面積）／（長さ）で使用された。
【０１０９】
空隙率：片は計量され、質量は総質量密度を得るために面積で除算された。炭素密度を得るために炭素フェルトのサンプルに対して同が行われ、これは鉛密度を得るために第１から減算された。これを純鉛の密度で、及びフェルトの厚さで除算すると、複合片の鉛の体積率が生じた。このようにして、空隙率は、鉛体積率と炭素体積率の両方を１．０、総体積率から減算することによって得られた。
【０１１０】
抵抗：アルミバー８平方ミリが、フェルトのそれぞれの側で、抵抗計のクランプによって提供された標準接触力で、炭素フェルトの上への接点のために使用された。２組の係る接点は、差異距離（１０から８０ｍｍ）で離間され、５回の抵抗がこの範囲の異なる距離で記録された。抵抗対距離の密接に線形のプロットが（断面積で加算されるときにフェルトの抵抗率を生じさせた）傾き、及び接点／フェルト抵抗の２倍であった切片を与えた。次いで、再び、電極に沿って接点が異なって配置され、他のメータクランプがコネクタの一端にある鉛タブに取り付けられた状態で、１セットの接点が、コネクタが一方の端部にある状態で電極に対して使用された。抵抗対距離のプロットは再び線形プロットを与え、切片は１つの接点／フェルト抵抗に、必要とする電極コネクタ抵抗を加えた総計に等しかった。このようにして、後者は接点／フェルト抵抗の減算により得られた。
【０１１１】
実施例３−電極が突起を含んでいる状態でのＰｂ酸ＣＣＡ性能）
電極及びセルの構築：電極は、２３８ｇ／ｍ2の比重、２．９３ｍｍの厚さ、及び炭素体積率〜５．８％を有するアーク処理された炭素繊維フェルトから構築された。アーク処理後、フェルトは２０４ｇ／ｍ2の比重を有し、厚さ２．５ｍｍであり、〜５．７％の炭素体積率を有していた。炭素フェルト断面の形状は矩形で、以前は、Ｐｂ突起が、概して図１５を参照して上述された方法によってフェルトの主要な平面内での溶融鉛の端縁含浸によって１つの端縁に沿って形成され、したがって突起のＰｂ材料は、一方の側から他方の側に炭素フェルト材料の突起ゾーンを完全に通って浸透した。
【０１１２】
ペーストは、調製済みのペーストで０．１０重量％、及び０．１６Ｇの硫酸バリウムを達成するために、〜５．１％のＰｂ含有量、３．３６ｇの希硫酸、増量剤としての２．２４ｇのＶａｎｉｓｐｅｒｓｅ  Ａ、及び水溶液を有する１９．５ｇの鉛を含んだ酸化物で調製された。ペーストは、５４ｋＨｚの周波数の超音波で２分間、溶液器で混合された。
【０１１３】
電極は、ペーストの大半がフェルトの中に浸透するまで、ペーストの均等分布により、及び超音波振動プレートを介して〜１分の間超音波振動を受けて貼り付けられた。ペーストは、ペーストが、突起Ｐｂと非突起Ｐｂ含浸炭素フェルトとの間の境界の長さに沿って（どちらかの側の表面においてだけではなく、この境界の炭素フェルト材料の厚さも通して）突起Ｐｂに接触するように電極に塗布された。炭素フェルトに装填された質量の総量は１８．１５ｇであり、達成された容量（低電流充電）は、理論上の容量の２．５２Ａｈ（つまり、６８．２％）であった。（突起を除く）貼り付けられた電極の活性化領域は、寸法、つまり６０．６ｍｍの長さ、４３．３ｍｍの幅、及び２．５２ｍｍの厚さを有していた。したがって、達成された体積あたりの鉛負荷（電極上に装填された質量に基づいた電極の貼り付けられた密度）は、約２．６２ｇ／ｃｍ3であった。負極が２つの（それぞれの側に１つ）従来の、同等なサイズの正のプレートの間に挟まれ、形成充電にさらされるにつれ、電極は次いで試験セルの中に組み込まれた。
【０１１４】
試験及び結果：セルはＳＡＥ−１８℃  ＣＣＡ（常温クランクアンペア）試験を受けた。特に、自動車バッテリは、エンジン起動のための高電流を低温で送達できるべきであり、ＣＣＡ試験は、バッテリの高電流を低温で送達する能力を試験する。電流は、３１０ｍＡ／ｃｍ２、それぞれ向かい合った電極領域であった。無事に３１０ｍＡ／ｃｍ２試験に合格したので、突起に至るまで貼り付けられた電極はさらに、連続するより高電流で試験され、最終的に３９０ｍＡ／ｃｍ２の定格を達成した。図２１は、ＣＣＡ性能試験の結果を示し、電極が非常に優れたＣＣＡ性能を有していたことを示している。
【０１１５】
上述は、本発明の好ましい形を含む本発明を説明し、当業者に明らかになる改変形態、及び修正形態は添付特許請求の範囲に定められるようにその範囲に組み込まれることが意図される。
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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