CN107949947B - 双极性电池 - Google Patents

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Abstract

传统的双极性电池由气密密封的电池的组合而构成，该气密密封用于防止液体接界并防止归因于液体泄漏的外围器件的腐蚀。因此，需要按照电池的数量进行电解质溶液注入工艺，从而使得制造大型电池组需要很多时间和成本。此外，由于电池通过配线彼此连接，所以需要配线空间。使用由一端封闭的筒状导电体形成的集电体(该集电体具有向外突起的底部以形成突起部)消除了配线空间并且实现了归因于配线的欧姆损耗的降低。此外，通过防水片将一个电池中的电解质溶液与另一电池中的电解质溶液相分隔开，从而防止液体接界。

Description

双极性电池
技术领域
本发明涉及双极性电池的结构，特别是涉及防止电池组中的离子短路的双极性电池的结构。
背景技术
双极性电池是指如下的电池，其中的电极各自包含集电体，设置在集电体的第一面上的正极活性材料层和设置在集电体的第二面上的负极活性材料层堆叠并具有插入其间的分隔件。由于双极性电池相对容易地有益于例如升高电压、减少部件数量、降低电池之间的电阻以及因为空间节省而增高能量密度，因此已经将该电池广泛用作电动车辆和各种电子器件的电源供给。
专利文献1公开了一种双极性电池，该双极性电池包含具有由聚合物凝胶电解质或液体电解质形成的电解质层的分隔件、以及通过在分隔件的外周上成型而设置的密封树脂，以防止归因于电解质溶液从电解质部分的渗出的液体接界(liquid junction)(短路)。
专利文献2公开了使用非水性电解质溶液的双极性电池，该双极性电池包含：密封构件，该密封构件包含使用在同一分子中包含烯双键和环氧基团的化合物进行接枝改性的改性聚烯烃树脂；以及没有电解质溶液渗出且密封性优异的双极性电极。
在双极性电池中，电池元件涂覆有树脂，这可能降低热传递性，即，电池将电池中产生的热量传递到外部的能力。鉴于此，专利文献3提出了作为双极性电池的二次电池，该电池通过使用具有高电阻和优良的热传递性的陶瓷作为用于电池涂层构件的材料，能够将电池中产生的热量有效地散发到外部。
在碱性二次电池中，用作正极活性材料的镍氢氧化物和二氧化锰各自是具有相当低的导电率的金属氧化物。为了克服这一缺点，例如，专利文献4公开了通过向镍氢氧化物中添加高次(higher-order)钴氧化物作为导电剂而获得的活性材料。根据这种活性材料，高次钴氧化物在镍氢氧化物颗粒之间形成导电网络。该导电网络促进了整个镍氢氧化物颗粒的充放电反应，使得容量增加。
引用文献列表
专利文献
专利文献1：JP 2011-151016 A
专利文献2：JP 2013-037946 A
专利文献3：JP 2008-186595 A
专利文献4：JP H11-97008 A
发明内容
技术问题
常规的电池组由各自包含正极、负极和电解质溶液的电池的组合而构成。电池被气密密封以防止电解质溶液的碳酸劣化和归因于液体泄漏的外围器件的腐蚀。电池用诸如配线的连接部件彼此电连接。在配线的连接部件处的电阻会导致输出下降。考虑到电池组的小型化，连接构件和用于气密密封的构件(例如，与电力生产没有直接关系的构件，例如盖子)降低了电池组的功率密度和能量密度。此外，大的部件数量引起装配所需的工艺增加。
在包含堆叠的双极性电极的双极性电池中，各电极的电解质中包含的电解质溶液的渗出引起液体接界，从而使电极彼此电连接。液体接界大大降低了电池的能力。
在双极性电池中，由于电池之间的电解质溶液的共享使用，气密密封的电池已被用于防止液体接界。因此，需要按照电池的数量进行电解质溶液注入工艺，从而使得制造大型电池组需要很多时间和成本。
通常不仅双极性电池，而且二次电池也要求具有高的输出特性。当以高功率执行充电和放电时，即在高的充放电率下，二次电池的内部温度升高到高温，从而损坏电极的活性材料。鉴于此，充放电率受到限制，这使得难以实现更高的输出特性。
代替用作导电剂的昂贵的高次钴氧化物，使用石墨化的碳材料作为导电剂获得了令人满意的导电性。但是，石墨化的碳材料在耐腐蚀方面较差。因此，碳材料通过重复充电和放电被氧化而劣化，从而使其导电性逐渐降低。在充电时从正极产生的氧气引起负极的储氢合金的氧化，这降低了储氢合金的储氢能力。
鉴于上述情况，本发明提供了双极性电池，即使当将电解质溶液注入具有电池堆叠的双极性电池中时，该电池也能够将电解质溶液均匀地注入到电极单元中而不会发生离子短路(液体接界)。本发明还旨在通过减少部件数量来减少装配工艺，从而在减小电池的体积的同时实现更大的容量和更高的能量密度，并且通过减少配线的数量来抑制连接部件处的电阻以实现更高的输出特性。
技术方案
为了实现这些目的，本发明的双极性电池包含：多个集电体；以及发电元件，所述发电元件包含堆叠的正极、负极以及插入正极和负极之间的分隔件。集电体分别由一端封闭的筒状导电体形成，并具有向外突起的底部以形成突起部。突起部沿着集电体的轴向方向贯穿发电元件。作为正极和负极中的一个的第一电极与多个集电体中的第一集电体的筒部的内表面接触，该第一电极电连接到第一集电体而不与多个集电体中的第二集电体接触。作为正极和负极中的另一个的第二电极不与第一集电体接触，该第二电极与第二集电体的突起部的外表面接触，并且电连接到第二集电体。在该构造中，各集电体包含筒部和突起部。筒部由导电筒状构件形成，并且突起部在筒部的轴向方向上向外突起。
该配置不需要用于将电池彼此连接的配线，并由此防止了归因于配线的电阻的输出降低。此外，这种配置不需要配线、电池盖和其它组件，并由此实现了双极性电池的小型化。因此可以期望增加双极性电池的容量。也可以期望提高双极性电池的能量密度，从而实现双极性电池的更高的输出特性。这种构造还实现了减少部件数量和装配工序。
各个电池用截面积比配线大的集电体彼此连接。因此，这种构造实现了具有较低电阻的双极性电池的较高输出特性。这种构造也减少了欧姆损耗。此外，由于电极堆叠，在充电和放电中从电极产生的热量通过集电体迅速地传递到外部。这种构造限制了电池的内部温度的升高，并实现了电池的更高的输出特性。
在本发明的双极性电池中，第二电极具有被分隔件覆盖的外缘(outeredge)，并且第一电极具有第二集电体穿过的孔，孔的周缘(peripheraledge)被分隔件覆盖。
本发明的双极性电池还包含插入第一集电体和第二集电体之间的绝缘体。根据这种构造，绝缘片将上下堆叠的集电体彼此电力绝缘。
本发明的双极性电池还包含设置在各集电体的内侧上并位于相应的突起部和发电元件之间的防水片。根据这种构造，防水片防水并且具有绝缘性，由此防止电池之间的液体接界。通过在集电体的突起部的顶部中形成的孔向双极性电池中供应的电解质溶液和氢气透过防水片被供应到各个电池。这种构造使得能够以简单的结构防止液体接界，并且消除了对各电池注入电解质溶液的必要性，这使得制造工艺和制造成本降低。
在本发明的双极性电池中，防水片由微孔膜或聚烯烃无纺布形成。在这种构造中，防水片优选由聚乙烯或聚丙烯制成。
在本发明的双极性电池中，一个发电元件的第一电极与第一集电体的筒部的内表面接触，并且另一个发电元件的第二电极与第二集电体的突起部的外表面接触。同样在本发明的双极性电池中，各集电体由镀镍钢板形成。
本发明的双极性电池还包含：负极端子板；正极端子板；以及贯穿螺栓，该贯穿螺栓涂覆有绝缘管并被配置成将负极端子板和正极端子板连接在一起，并且集电体同心地堆叠并夹在负极端子板和正极端子板之间。根据该构造，集电体在双极性电池的轴向方向上堆叠。该构造由此实现了电池的小型化。本发明的双极性电池还包含由导电平板构件形成的连接配件，该配件被安装到贯穿螺栓的两端，连接配件包含平板部和延伸部，所述延伸部以大体上垂直于沿着负极端子板和正极端子板的方向的方向从平板部弯曲。
在本发明的双极性电池中，在堆叠的集电体中，开口方向端的集电体未设置有筒部。根据该构造，构成最下层电池的集电体不具备筒部。因此，这种配置消除了无效空间(dead space)并且实现了电池容量的增加。
在本发明的双极性电池中，第一电极和第二电极中的一个是含有储氢合金的负极，而另一个电极是含有正极活性物质和导电剂的正极，导电剂包含碳并且氢气被填充在双极性电池中。根据这种构造，由于电池中产生的氧气与填充在电池中的氢气结合而形成水，正极中的导电剂不会被氧化。
本发明的双极性电池还包含储氢室，该储氢室被配置成储存通过电解保存在双极性电池中的电解质溶液而产生的氢气和外部供应的氢气。根据这种构造，电池被过度充电以产生氢气。
在本发明的双极性电池中，导电剂包含部分石墨化的软碳。同样在本发明的双极性电池中，分隔件由聚烯烃无纺布形成。同样在本发明的双极性电池中，分隔件具有亲水性。
本发明的电池组包含：多个双极性电池，所述电池各自为权利要求9所述的双极性电池，所述多个双极性电池以与双极性电池的轴向方向垂直的方向被布置；以及鼓风机，该鼓风机被配置成以垂直于双极性电池的轴向方向的方向供给空气，从鼓风机供给空气的方向平行于连接配件的延伸部的延伸方向。在这种构造中，连接配件起到传输电力的作用，并且具有扰乱来自鼓风机的冷却空气的流动以提高冷却性能的功能。
发明的有益效果
双极性电池使得能够在电池堆叠的情况下进行电解质溶液注入。双极性电池还使得能够将电解质溶液均匀地注入到各个电极单元中，而不会发生离子短路(液体接界)。此外，双极性电池采用具有特定结构的集电体，从而实现电池更高的输出特性和更大的容量。
附图说明
图1A是集电体的俯视图。
图1B是集电体的侧视图，并且是以横向宽度方向观察时沿着穿过中心的线的局部截面图。
图2A是双极性电池的构成元件的俯视图。
图2B是双极性电池的构成元件的轴向截面侧视图。
图3是包含五个电池的双极性电池的轴向截面侧视图。
图4A是由双极性电池构成的电池组的装配截面图(侧视图)。
图4B是由双极性电池构成的电池组的装配截面图(俯视图)。
图5是双极性电池的两端的放大图。
图6示出了电池组中的管线。
图7示出了连接双极性电池的方式。
图8A示出了连接双极性电池的另一方式。
图8B示出了连接双极性电池的又一方式。
具体实施方式
以下将参考附图描述本发明的实施方式；然而，本发明不限于这些实施方式。
在描述本发明的各实施方式之前，将对作为本发明适用的二次电池的实例的镍金属氢化物电池进行描述。二次电池的类型不限于镍金属氢化物电池。二次电池的实例可以包括但不限于二氧化锰电池、锂离子电池和镍-锌电池。为了便于描述，将第一电极称为正极，并将第二电极称为负极。
用于负极的储氢合金的实例可以包括但不限于AB5稀土合金、AB2Laves相合金、AB钛-锆合金和A2B镁合金。特别地，从储氢容量、充放电特性、自放电特性和循环寿命特性的角度来看，储氢合金优选是AB5稀土-镍合金，即，包含MmNiCoMnAl混合稀土的五元合金。
正极活性物质没有特别限定，只要可用于碱性二次电池的正极，其实例可包括镍氢氧化物和二氧化锰。用于正极的导电剂优选包括不易被氢还原并在放电时在电解质溶液中洗脱的碳材料。
从电解质溶液的耐久性和充电时的抗氧化性的角度来看，优选使用无定形碳。特别优选使用软碳。软碳是指具有石墨结构(即，由碳原子构成的规则层叠的六角网状平面的结构，其在非活性气氛中经受热处理时容易形成)的碳。软碳也被称为易石墨化的碳。石墨是指通过使软碳石墨化而得到的碳。
关于软碳，优选使用部分石墨化的碳。具体地，优选使用具有石墨化表面的软碳。过度石墨化的软碳容易劣化。另一方面，未过度石墨化的软碳对导电性的提高没有贡献。相对于100wt％的全部软碳，石墨化率优选为10wt％-90wt％，更优选为20wt％-60wt％。含有上述碳材料的正极实现了具有优异的循环寿命特性的二次电池。
从高的电导性、电解质溶液中的良好稳定性和良好的抗氧化性的角度来看，正极和负极基板优选由Ni制成。具体而言，正极和负极基板各自优选由发泡的镍基板或镀镍钢板形成。
将正极活性材料粉末、粘合剂和导电粉末混合并捏合成糊状物。将糊状物涂覆或填充到电极基板中。将得到的电极基板干燥，然后使用辊压机等进行压延。由此制造正极。
同样地，将储氢合金粉末、粘合剂和导电粉末混合以制备糊状物。将糊状物涂覆或填充到电极基板中。将得到的集电体干燥，然后使用辊压机等进行压延。由此制造负极。
电解质没有特别限制，只要能用于活性物质为氢的电池中即可。例如，有利的电解质是诸如氢氧化钾(KOH)、氢氧化锂(LiOH)或氢氧化钠(NaOH)的盐的水溶液。从电池输出特性的角度来看，电解质溶液优选为氢氧化钾水溶液。
分隔件可以由微孔薄膜、织造布、无纺布或粉末压块形成。特别地，从输出特性和制造成本的角度来看，无纺布是优选的。分隔件由没有特别限制的材料制成，但该材料优选具有抗碱性、抗氧化性和抗还原性。具体而言，分隔件优选由诸如聚丙烯或聚乙烯的聚烯烃纤维制成。
具有疏水性的聚烯烃纤维需要经受亲水处理。待在氢气气氛中使用的分隔件优选经受氟气处理。分隔件也优选处于金属氧化物涂布到其表面或其表面被金属氧化物包覆的状态。
从高的电导性、在电解质溶液中的良好稳定性和良好的抗氧化性的角度来看，集电体优选由Ni制成。具体而言，集电体由镀镍钢板形成。镀镍防止集电体由于分隔件中的电解质溶液而被腐蚀。
实施例1
图1A是本发明实施例1所述的双极性电池中的集电体的俯视图。图1B是集电体的侧面的局部截面图。换句话说，图1B是沿着图1A的俯视图中的线A-A的截面图。集电体4是由镀镍钢板形成的一端封闭的圆筒罐，并且圆筒罐的底部能够以圆筒罐的轴向方向向外侧突起形成突起部5。因此，集电体4包含对应于圆筒罐的筒部6、对应于圆筒罐的底部的突起部5以及将筒部6连接到突起部5的平坦的肩部8。
突起部5在其顶部具有孔7，并且由集电体4包围的空间通过孔7与外部空间连通。筒部6、突起部5和孔7彼此同心。该实施例采用一端封闭的圆筒罐。或者，该实施例也可以采用具有椭圆形或矩形横截面的筒状构件。集电体4还具有在筒部6的开口处形成的凸缘9，以从筒部6沿集电体4的径向方向而向外延伸。凸缘9用作散热片，充当将在下文描述的绝缘片14的底座，并用作气密密封电池的边缘(margin)。
图2A是本发明第一实施例所述的双极性电池的构成元件的俯视图。图2B是沿着图2A的俯视图中的B-B线的截面图。双极性电池10包含作为主要组成元件的两个集电体4和安置在由集电体4限定的空间中的电极单元11。两个集电体4可以是图1A和图1B中所示的集电体。在该实施例中，为了实现更紧凑的结构，集电体中的处于下部的集电体未设置有筒部。将未设置有筒部的集电体称为端部集电体4T。但是，在不需要将集电体4和端部集电体4T彼此区分的情况下，集电体4和端部集电体4T统称为集电体4。
电极单元11用作发电元件，并且包含含有储氢合金的负极1、含有正极活性材料的正极2以及插入负极1与正极2之间以允许离子传输但禁止电子传输的分隔件3。负极1、正极2和分隔件3沿集电体4的轴向方向堆叠，并且电极单元11安置在由集电体4限定的空间中。负极1、正极2和分隔件3各自在其中心具有孔，并且端部集电体4T的突起部5穿过孔。端部集电体4T的突起部5在端部集电体4T的轴向方向上贯穿包含正极2、负极1以及分隔件3的电极单元13的中心。
将给出负极1和正极2与集电体4之间的尺寸关系的描述。负极1中的孔的直径小于端部集电体4T的突起部的外径。因此，负极中的孔的周缘与端部集电体4T的突起部接触，从而使负极1与端部集电体4T电连接。另一方面，正极2的中心处的孔的直径大于端部集电体4T的突起部的外径。因此，正极中的孔的周缘不与端部集电体4T的突起部接触，并且正极2与端部集电体4T电力绝缘。
负极1的外径小于集电体4的筒部的内径。因此，负极的外缘不与集电体4的筒部的内表面接触，并且负极与集电体4电力绝缘。另一方面，正极2的外径比集电体4的筒部的内径大。因此，正极2的外缘与集电体4的筒部的内表面接触，从而使正极2电连接到集电体4。负极中的孔的直径略小于突起部的外径，并且正极2的外径稍大于筒部的内径。
接着，将描述负极1和分隔件3之间的尺寸关系以及正极2和分隔件3之间的尺寸关系。分隔件3的外缘被正极2覆盖，并且负极1的外缘由分隔件3覆盖。正极2中的孔的周缘被分隔件3覆盖，并且分隔件3中的孔的周缘被负极1覆盖。
更具体地，分隔件3的外径大于负极1的外径。因此，负极1和正极2通过处于集电体4的筒部6的内周面附近的分隔件3彼此完全分隔开。因此，即使当电极变形时，正极和负极也不会发生相互接触。而且，分隔件3中的孔的直径比正极2中的孔的直径小。因此，负极1和正极2通过处于端部集电体4T的突起部5的外周面附近的分隔件3彼此完全分隔开。因此，即使当电极变形时，正极和负极也不会发生相互接触。分隔件3的外径小于正极2的外径。因此，分隔件3并不会插入正极2与集电体4的筒部6之间。此外，分隔件3中的孔的直径大于在负极1的中心处的孔的直径。因此，分隔件3并不会插入负极1和集电体4T的突起部5之间。
集电体4和端部集电体4T以轴向方向同心地堆叠。集电体的突起部5在高度上低于集电体的筒部6。因此，上部和下部的集电体4在靠近中心的位置处彼此不接触。此外，在集电体4与端部集电体4T之间配置绝缘片14，以使上部和下部的集电体彼此绝缘。绝缘片14可以是例如聚丙烯片。
两个集电体4、4T和由集电体4、4T包围的电极单元11构成一个电池15。该电池被夹在两个端子板16、17之间。电池和端子板16、17用螺栓20连接，并用螺母21固定。由此获得双极性电池10。本实施例采用双螺母作为各螺母21。螺栓20涂覆有乙烯绝缘管22。乙烯绝缘管22防止归因于集电体4与集电体4的凸缘9的周缘端部的螺栓20的接触的电力短路。乙烯绝缘管22还防止归因于端子板16、17与螺栓20的接触的电力短路。
储氢室13在由集电体4和端部集电体4T限定的空间中形成，并在其中储存从外部供应的氢气和在电池中产生的氢气。在本实施例所述的电池中，当将负极容量设定为比正极容量小时，在过充电时从负极产生的氢气被储存在储氢室13中。储氢室13同样用作电解质溶液储存容器。电解质溶液也保持在分隔件3中。
储存在储氢室13中的氢气与电池中产生的氧气结合而形成水。因此，氢气起到防止正极2被氧化的作用。其结果是，正极2的寿命特性提高，并且负极1通过氢气充电。
两个集电体4、4T沿双极性电池10的轴向方向同心地堆叠而不会彼此接触。集电体4的突起部5被安装至在正极端子板17的中心处形成的孔中。未设置有筒部6的端部集电体4T的肩部8'被配置在负极端子板16上。集电体4的肩部8与正极端子板17接触，从而使集电体4与正极端子板17电连接。此外，端部集电体4T的肩部8'与负极集电板16接触，以使得端部集电体4T与负极集电板16电连接。
集电体4与正极2连接，并且端部集电体4T与负极1连接。因此，正极端子板17构成正极端子，并且负极端子板16构成负极端子。将绝缘垫圈23a分别插入左侧的螺栓20a和负极端子板16之间，以使螺栓20a与负极端子板16电力绝缘。另一方面，将金属平垫圈24a分别插入螺栓20a和正极端子板17之间，以将螺栓20a电连接到正极端子板17。螺栓20a由此构成正极端子。正极电线可以在左侧螺母21a之间连接。
将绝缘垫圈23b分别插入右侧螺栓20b和正极端子板17之间，以使螺栓20b与正极端子板17电力绝缘。另一方面，将金属平垫圈24b分别插入螺栓20b和负极端子板16之间，以使螺栓20b与负极端子板16电连接。由此，螺栓20b构成负极端子。负极电线可以在右侧螺母21b之间连接。本实施例的绝缘垫圈优选具有绝缘性并由聚丙烯制成。
在四个螺栓20中，左侧的两个螺栓20a构成正极端子，并且右侧的两个螺栓20b构成负极端子。可选地，在四个螺栓20中，三个螺栓可以构成负极端子，并且剩下的一个螺栓可以构成正极端子。或者，四个螺栓20中的三个螺栓可以构成正极端子，并且剩下的一个螺栓可以构成负极端子。
微型耦合器(microcoupler)26可安装到集电体4中的孔7。双极性电池可经由微型耦合器26抽真空。此外，电解质溶液可经由微耦合器26注入到双极性电池中。另外，氢气可以经由微型耦合器26从外部储氢源供给到双极性电池中。在负极端子板16的底部也形成用于连接微型耦合器26的安装口28。
实施例2
图3是本发明实施例2所述的双极性电池的轴向截面侧视图。图3中所示的双极性电池30包含串联连接的五个电池。将主要给出与图2B所示的实施例1的差异的描述。
除了其中的螺母21b被设置在负极端子板16侧之外，图3与图2B相同，其中，左侧螺栓20a构成正极端子，并且右侧螺栓20b构成负极端子。在图2B中，将负极电线和正极电线以相同的方向取出。另一方面，在图3中，负极电线和正极电线以彼此相反的方向取出。取出电极电线的方向基于装配电池组时的操控电极电线的便利性来确定。
五个集电体4-1至4-5以及一个集电体4T以双极性电池30的轴向方向同心地堆叠而彼此不接触。此时，各集电体4-1至4-5的筒部6朝向上方。集电体4通过绝缘片14彼此电力绝缘。最上面的集电体4-1的突起部5被安装至在正极端子板17的中心处形成的孔中。最下面的端部集电体4T的肩部8'被配置在负极集电板16上。使用未设置有筒部6的端部集电体4T消除了电池中的无效空间并且在维持电池容量的同时减小了体积。
包含负极1、正极2以及插入负极1和正极2之间的分隔件3的堆叠的电极单元11被安置在由上部和下部的两个集电体4限定的空间中。
两个集电体4-1、4-2以及由两个集电体4-1、4-2包围的电极单元11-1构成一个电池15-1。集电体4-1在其筒部6的内表面处与正极2接触以用作正极集电体。集电体4-2在其突起部5处与负极1接触以用作负极集电体。
同样地，两个集电体4-2、4-3以及由两个集电体4-2、4-3包围的电极单元11-2构成电池15-2。集电体4-2用作电池15-2的正极集电体，并且集电体4-3用作电池15-2的负极集电体。此外，集电体4-3、4-4以及由集电体4-3、4-4包围的电极单元11-3构成电池15-3。集电体4-4、4-5以及由集电体4-4、4-5包围的电极单元11-4构成电池15-4。集电体4-5、4T以及由集电体4-5、4T包围的电极单元11-5构成电池15-5。如上所述，双极性电池30包括以串联方式电连接的电池15-1至15-5。
将微型耦合器(参见图2B)安装到在集电体4-1的顶部中形成的孔7，并且以预定压力将电解质溶液注入到双极性电池30中。注入的电解质溶液通过各集电体4中的孔7在各自的电池15上散布。电解质溶液的注入操作不对各电池实施，而是实施一次；因此，电解质溶液注入操作被简化。
在各集电体4的突起部5的内侧上配置盘状的防水片31，以覆盖突起部5的截面。在突起部5的内部配置支撑片32以维持防水片31的位置。防水片31允许由突起部5中的孔7供应的氢气和电解质溶液通过。防水片31具有微孔，以使供给到各电池中的氢气循环通过各个电池。电池内的电解质溶液通过具有防水性的防水片31与另一电池中的电解质溶液分隔开。因此，在电池之间不会发生归因于电解质溶液的液体接界。
防水片31可以是聚烯烃无纺布，并且可以由聚丙烯或聚乙烯制成。防水片31也起到绝缘垫片的作用。防水片31并不必须设置在突起部5的内侧上，只要防水片31设置在孔7和电极单元11之间即可。
图4A是由双极性电池组成的电池组40的装配截面侧视图。图4B是由双极性电池构成的电池组40的装配俯视图。为了简化图示，图4A没有示出电极单元。一个双极性电池包含多个电池。参照图3，已经描述了包含五个电池的双极性电池。电池组40包括树脂电池壳体41和容纳在电池壳体41中的五个双极性电池。电池组40设置有用于冷却的外部冷却风扇42。冷却风扇42从外部吸入冷却空气，然后以垂直于双极性电池的轴向方向的方向供应冷却空气。经过集电体4的筒部6的外表面供应到电池壳体41中的冷却空气被连接配件43扩散，并流入下一个双极性电池中。连接配件43扰乱冷却空气的流动以提高冷却效果。
图5是各双极性电池的两端的放大截面图。为了简化图示，图5没有示出双极性电池的中间部分。各个电池用贯穿螺栓44a、44b固定。贯穿螺栓44涂覆有绝缘管(未示出)，该绝缘管防止归因于贯穿螺栓的集电体之间的短路。
连接配件43在其两端分别用螺母45(参照图4B)固定至贯穿螺栓44。各连接配件43由良好的电导体形成。在该实施例中，各连接配件由铝制成。由于铝的电阻比铁低，连接配件43以比由铁制贯穿螺栓44小的欧姆损耗向外部传输电力。
绝缘构件46a设置在负极集电板16和连接配件43之间，以防止归因于连接配件43的双极性电池中的短路。同样地，绝缘构件46b设置在正极集电板17和连接配件43之间，以防止归因于连接配件43的双极性电池之间的短路。贯穿螺栓44a用作正极端子，并且贯穿螺栓44b用作负极端子，从而使电流从在电池壳体41中形成的孔中流出。
该实施例所述的电池组包含安全阀，当双极性电池的内部压力达到预定值(例如，1Mpa)时，所述安全阀将气体从各个双极性电池排出到外部。如图6所示，具体地说，设置在用于各个双极性电池的电池壳体41上的气体排出口50经由连接管51连接到一个收集管52。收集管52在其端部设置有安全阀53。当双极性电池的内部压力达到特定值以上时，安全阀53运行，以释放双极性电池的内部压力。收集管51可以设置有压力表。
图7、图8各自示出了将双极性电池彼此连接的方式。图7示出了包含串联连接的四个双极性电池61的电池组60的构造。在相邻的两个双极性电池61中，正极端子44a和负极端子44b通过连接杆62串联连接。在位于电池组60的一端的双极性电池61中，两个负极端子44b用连接杆63彼此连接，以作为电池组60的负极端子。在位于电池组60的另一端的双极性电池61中，两个正极端子44a用连接杆64彼此连接，以作为电池组60的正极端子。
图8示出了包含并联连接的四个双极性电池61'的电池组60'。在各个双极性电池61'中，通过调整安装绝缘构件46的位置，将正极端子和负极端子以相同的方向取出。图8A示出了相邻的两个双极性电池61'，其中负极端子44b用连接杆64彼此连接。图8B示出了相邻的两个双极性电池61'，其中正极端子44a用连接杆65彼此连接。连接杆64用作电池组60'的负极端子，并且连接杆65用作电池组60'的正极端子。
电池反应产生的氧气立即与电池中填充的氢气结合以形成水。因此，在电池中填充氢气时，正极中包含的导电助剂不会因氧化而劣化。同样地，储氢合金不被氧化，因此防止其被劣化。电极的寿命特性得到改善，并且预期到更长的电池寿命。
工业适用性
本发明的双极性电池除了用作工业用电力储藏装置之外，还适用于用作民用电力储藏装置。
参考标记列表
1.负极
2.正极
3.分隔件
4.集电体、端部集电体4T
5.突起部
6.筒部
7.孔
8.肩部
9.凸缘
10.双极性电池
11.电极单元
13.储氢室
14.绝缘片
15.电池
16.负极端子板
17.正极端子板
18.负极端子
19.正极端子
20.螺栓
21.螺母
22.绝缘管
23.绝缘垫圈
24.平垫圈
25.紧凑型螺母(compact nut)
26.微型耦合器
30.双极性电池
31.防水片
32.支撑片
40.电池组
41.电池壳体
42.冷却风扇
43.连接配件
44.贯穿螺栓
45.螺母
46.绝缘构件
50.气体排出口
51.收集管
52.连接管
53.安全阀
60.电池组
61.双极性电池

Claims (16)

1.双极性电池，所述电池包含：
多个集电体；
电解质溶液；以及
至少一个发电元件，所述发电元件包含正极、负极及插入所述正极和所述负极之间的分隔件的堆叠；
其中，
所述集电体分别由一端封闭的筒状导电体形成，并具有向外突起的底部以形成突起部；
所述突起部沿着集电体的轴向方向贯穿发电元件；
作为所述正极和负极中的一个的第一电极的外缘与所述多个集电体的第一集电体的筒部的内表面接触，所述第一电极的外缘电连接至第一集电体，并且不与所述多个集电体中的第二集电体接触，以及
作为所述正极和负极中的另一个的第二电极的孔的周缘不与所述第一集电体接触，所述第二电极的孔的周缘与所述第二集电体的突起部的外表面接触，并且电连接至所述第二集电体。
2.如权利要求1所述的双极性电池，其中，
所述第二电极具有被所述分隔件覆盖的外缘，以及
所述第一电极具有所述第二集电体穿过的孔，所述孔具有被所述分隔件覆盖的周缘。
3.如权利要求1或2所述的双极性电池，所述电池还包含
插入所述第一集电体和所述第二集电体之间的绝缘体。
4.如权利要求1或2所述的双极性电池，所述电池还包含
设置在所述集电体各自的内侧并位于相应的所述突起部和所述发电元件之间的防水片。
5.如权利要求4所述的双极性电池，其中，
所述防水片由微孔膜或聚烯烃无纺布形成。
6.如权利要求1或2所述的双极性电池，其中，
所述至少一个发电元件包括多个发电元件，
所述发电元件中的一个的第一电极与所述第一集电体的筒部的内表面接触，并且所述发电元件中的另一个的第二电极与所述第二集电体的突起部的外表面接触。
7.如权利要求1或2所述的双极性电池，其中，
所述集电体各自由镀镍钢板形成。
8.如权利要求1或2所述的双极性电池，所述电池还包含：
负极端子板；
正极端子板；以及
贯穿螺栓，所述贯穿螺栓涂覆有绝缘管并被配置以将所述负极端子板和所述正极端子板连接在一起，并且所述集电体同心地堆叠并夹在所述负极端子板和所述正极端子板之间。
9.如权利要求8所述的双极性电池，所述电池还包含：
由导电平板构件形成并安装至所述贯穿螺栓的两端的连接配件，
所述连接配件包含
平板部，以及
延伸部，所述延伸部以大体上垂直于沿着所述负极端子板和所述正极端子板的方向的方向从所述平板部弯曲。
10.如权利要求8所述的双极性电池，其中，
在堆叠的集电体中，开口方向端的集电体未设置有筒部。
11.如权利要求4所述的双极性电池，其中，
所述第一电极和所述第二电极中的一个是含有储氢合金的负极，并且另一个电极是含有正极活性材料和导电剂的正极，
所述导电剂包含碳，以及
氢气被填充在所述双极性电池中。
12.如权利要求11所述的双极性电池，所述电池还包含
储氢室，所述储氢室被设置为储存通过电解保存在双极性电池中的所述电解质溶液而产生的氢气和从外部供应的氢气。
13.如权利要求11所述的双极性电池，其中，
所述导电剂包含部分石墨化的软碳。
14.如权利要求11所述的双极性电池，其中，
所述分隔件是由聚烯烃无纺布形成。
15.如权利要求11所述的双极性电池，其中，
所述分隔件具有亲水性。
16.电池组，所述电池组包含：
多个双极性电池，所述双极性电池各自是权利要求9所述的双极性电池，所述多个双极性电池以与所述双极性电池的轴向方向垂直的方向被布置；以及
鼓风机，所述鼓风机被配置成以垂直于所述双极性电池的轴向方向的方向供给空气，
其中，
从鼓风机供给空气的方向平行于连接配件的延伸部的延伸方向。
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