JP2014530450A - 二極式電池およびプレート - Google Patents

Abstract

二極式電池プレートは、二極式電池の製造のために利用される。二極式電池プレートは、フレーム、基板、第１および第２の鉛層および正および負の正極材料を有する。基板は基板を貫通する複数の穿孔を有し、基板はフレームの範囲内で配置される。第１の鉛層は基板一方の側に配置され、第２の鉛層は基板の他の面に配置される。第１および第２の鉛層は、互いに複数の穿孔を通して電気的に接続される。陽極活物質は第１の鉛層の表面に配置される。陰極活物質は第２の鉛層の表面に配置される。【選択図】図２

Description

本発明は、電池、特に、一連の二極式電池プレートを有する二極式電池に関するものである。

従来の二極式電池は、一般に、陽極活物質が１つの表面を形成し、陰極活物質が反対の表面を形成する金属導電性基板を有する電極を有する。陽極活物質は、電解質イオンに非導電性である金属導電性基板上にさまざまな手段によって保持される。電極は、隣接する電極の間の界面を提供する電解質およびセパレータ板を電池に提供するために、平行に積層された関係で配置される。積層の端部に使用される従来の単極電極は外部端子に電気的に接続されている。現在まで開発される大部分の二極式電池は、金属的基板を使用してきている。具体的には、両極性の鉛酸系は、この目的のために鉛および鉛合金を利用した。鉛合金（例えばアンチモン）の使用は、基板に強さを与えるが、腐食およびガス発生を増加させる。

二極式電池用の多くの周知のプレートにおいて、陽極活物質は通常ペーストの形で一方上の金属導電基板に塗布され、陰極活物質が反対側に同じように塗布される。プレートは、電解質がプレートを貫通して移動することができないように、プレート間に電解質を封止するフレームに含まれる。

特許文献１（米国特許４，２７５，１３０号明細書）において、複数の導電性双プレート２１を有する二極式電池構造２０が開示される。各二極式プレート２１は、電解質イオンに非導電性の連続相樹脂材料を含む複合基板シート３４を有することができる。複合基板シート３４は、材料に一様にランダムに分散した導電性繊維３３を含む。結合樹脂は、合成有機樹脂であり、熱硬化性または熱可塑性樹脂である。基板シート３４は、表面で埋め込みグラファイト繊維３３の部分を含む実質的に平坦な反対側表面３５を有する。埋め込みグラファイト繊維は、基板シート３４に電気伝導度を提供するだけでなく、高度な剛性、不撓性、強さおよび安定性を熱可塑性材料に与える。基板シート３４は、完全にグラファイト繊維を有する粒子の形の熱可塑性材料を混在させることによって、例えばいかなる適切な方法でも作られることができる。混合物は型中で加熱され、次いで加圧され選択されたサイズおよび厚みの基板シートをつくった。シートが硬化したあと、例えば、ピンホールまたは側面の他の不規則性を除去するために、バフ研磨することによって、実質的に平坦な側面３５は直ちに処理されるか加工処理される。

開示のように、鉛ストライプは、周知の表面被覆プロセスによって複合基板シート３４に結合される。陽極側面３５上に、鉛ストライプ３８間の面領域は、隣接するグラファイト繊維およびポリエチレンの基板３４の陽極腐食から保護する防腐樹脂３６、最適には、フルオロカーボン樹脂、例えば守るテフロン（登録商標）（ポリテトロフルオロエチレン）のコーティングにより被覆した。陰極側面３５上に、鉛製のストライプ３７間の対面領域は、電解質を通さない樹脂、例えばポリエチレン被覆３６ａの薄いコーティングによって保護されることができる。二極式プレート２１の製作において、複合基板シート３４の形成の後で、薄いテフロン（登録商標）・シートは陽極側面３５に接着されてもよい。接着する前に、鉛ストライプに長さおよび幅が対応する窓のような開口部があけられる。その後で、めっきにより基板側表面３５上の露出した導電性黒鉛面に、ストライプ３８中の鉛を接続する。同じ製作方法は、非ストライプの領域をポリエチレンまたはその他のような材料で被覆するために、反対側表面３５に利用されることができる。負のストライプの表面被覆は、陽ストライプと同様に達成されることができる。

分離板２３は、陽極活物質２４および陰極活物質２５を支持するのに役立って、適切な合成有機樹脂、好ましくは熱可塑性材料、例えば微小孔構造ポリエチレンから形成されていてもよい。

電池構造２０は、複数の導電性二極式プレート２１を含み、その周辺の境界または限界が周辺絶縁性ケース部材２２において支持される。二極式プレート２１間に配置されるのは複数のセパレータ２３である。セパレータ板はその片側に陽極活物質２４およびその反対側上に陰極活物質２５を掲載する。ケース部材２２は、二極式プレート２１およびセパレータ２３と共に、電解質液体を含むチャンバー２６を提供する。電池構造２０の各先端で、標準二極式プレート２１は電流収集プレートと入出力を行い、２７は陰極収集プレートであり、２８は陽極収集プレートである。収集プレート２７および２８の端部外周には、一緒に圧力部材プレートを引きこみ、軸圧縮を二極式プレートおよびセパレータ板の積層配置に適用するための雌ねじ部を有するロッド３１によって相互接続する圧力部材３０が提供される。

二極式プレート２１は、軽量、剛性であるが、基板の腐食および構造劣化に抵抗するために、鉛ストライプ端部および保護コーティングとの間に接合線を有する。また、めっきプロセスは、グラファイト繊維を有する導電基板に鉛ストライプ３７、３８を結合するために必要とされる。導電率は、基板中のグラファイト繊維の寸法および量によって制限される。また、複数の二極式プレート２１および層は別々のケース部材２２および外部フレームに位置することを必要とする。そして、その全てはより多くのパーツのための更なる処理ステップを必要とする。二極式電池構造２０は、複数の室２６に集められる材料および基板の多くの層および複合の外部フレームによって一緒に固定される本体４３を有する複雑な構造である。

米国特許４，２７５，１３０号明細書

正極材料間の導電率を改良するための穿孔を有する成形可能な基板を有する絶縁されたフレーム内に正極材料が入っている二極式プレート構造を有する二極式電池の簡素化を提供することは本発明の一つの目的である。また、生産物に安価で、複合の外部フレームが二極式プレートをサポートすることを必要としない二極式電池を提供する。

各二極式電池プレートは、フレーム、基板、第１および第２の鉛層および正および負の正極材料を含む。基板は基板による複数の穿孔を含み、基板はフレームの範囲内に配置される。第１の鉛の層は基板一方の側に配置される、他方で、第２の鉛層は基板の他の面に配置される。第１および第２の鉛層は、各々に複数の穿孔経由で電気的に接続される。陽極活物質は第１の鉛層の表面に置かれ、陰極活物質は第２の鉛層の表面に置かれる。

本発明は図面に示される図に関して下で更に詳細に説明され、それは本発明の例示的実施形態を例示する。
図１は、本発明の二極式プレートの正面図である。 図２は、図１の第２―２行に沿っての二極式プレートの断面図である。 図３は、本発明による二極式電池の斜視図である。 図４は、図４の二極式電池の分解斜視図である。 図５は、ケースを有する本発明の二極式電池の部分断面図である。 図６は、ケースのない本発明による二極式電池の他の部分断面図である。 図７は、二極式プレートの基板の穿孔を示している本発明の二極式プレートの拡大図である。 図８は本発明の二極式プレートの他の拡大図であり、二極式プレートで非導電性フレームを示す。 図９は本発明の二極式プレートの他の拡大図であり、二極式プレートで他の非導電性フレームを示す。

本発明は、参照番号が同類要素に関連するように、下記において、図面を参照して更に詳細に説明される。本発明は、しかしながら、多くの異なる形態で実施されることができ、本願明細書において記載される実施形態に限定して解釈されるものではない。むしろこれらの実施形態は、説明が完全なおよび完全であるように、当業者に本発明の概念を完全に伝えるために提供されるものである。
図１〜９に関して、本発明の二極式電池１００は、複数の二極式プレート１０、電解質２０を保持しているスペーサ２２およびターミナルの端部区間３０を含む。これらの構成要素の各々は本発明の二極式電池１００を完成させるために一緒に積層され、全くない部分の最小数を有する適合できる設計である複雑な外側の支持構造を有する。

現在図１および２を参照して、本発明の二極式プレート１０について説明する。二極式プレート１０はフレーム１１、基板１２、基板１２の正面及び後面に沿って貫通して延びる複数の穿孔１３が進んでいて、基板１２、鉛箔１４、第１の正極材料１６および第２の正極材料１８の前後の表面を通って延びている。

一般に、基板１２、鉛箔１４、第１の正極材料１６および第２の正極材料はフレーム１１の範囲内で入っていて、二極式プレート１０の支持および保護を提供する。基板１２はフレーム１１の中心に置かれ、鉛箔１４は基板の両面に配置され、正極材料１６、１８は鉛箔１４を通じて配置される。フレーム１１は、非導電性である。示される図の実施形態では、フレーム１１は、成形可能な絶縁性ポリマー、例えばポリプロピレン、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（ＡＢＳ）ポリカーボネート、共重合体またはポリマーブレンド物である。フレーム１１が型取りできるので、形状の数およびサイズ構成は豊富であり、異なる用途に合わせて調整されることができる本発明の二極式プレート１０を提供する。

図の実施形態では、フレーム１１は一般に矩形の形状を有し、フレーム１１に置かれるときに、基板１２の指示を提供する。フレーム１１は、二極式プレート１０並びに二極式電池１００用のケースである。フレーム１１の外面は、二極式プレート１０および二極式電池１００の外面である。フレーム１１の表面は、特に、フレーム１１の外面に沿って、通常、平坦である。特に二極式プレート１０が平坦な対向する表面に対して直立して座るときに、組み立ての際にスペーサ２２を有する二極式プレート１０および端末部３０と同様に、フレーム１１はそれ自体を支持する。

図２に示すように、フレーム１１は、基板受け入れ通路１１ａおよび材料受け入れ通路１１ｂを更に有する。基板受け入れ通路１１ａは溝またはチャネルであり、材料受け入れ通路１１ｂは、二極式プレート１０の両方の積層可能な面上の鉛箔１４および正極材料１６、１８を受け入れるフレーム１１の開口部である。

基板受け入れ通路１１ａは、基板１２がフレーム１１の範囲内で配置される場合に基板１２を受け入れて固定するために用いる溝である。基板受け入れ通路１１ａの他の構成は、フレーム１１の範囲内で基板１２を固定する切欠き、ギザ部、凹部またはいかなる固定機構も含む。例えば、基板１２は、溶接点を用いて、接着剤により、または締着具によってフレーム１１に固定することができる。しかしながら、図示した実施例において、基板１２は、二極式プレート１０を製造することの間、基板を受けている通路１１ａにおいて固定される。

各材料を受けている通路１１ｂは基板１２によって各々から切り取られるフレーム１１の相当な中心に置かれる。そのとき、基板１２は基板を受け入れ通路１１ａ中に配置される。さらにまた、鉛箔１４および正極材料１６、１８は、フレーム１１の外側表面の中に入っている。空腔のこれらの一対は、フレーム１１の範囲内で安全に鉛箔１４および正極材料１６、１８を受けるために必要な大きさにされる。

図の実施形態では、基板１２はフレーム１１に対して絶縁性材料の独立部分であり、基板はフレーム１１の基板受け入れ通路１１ａの中に受け入れられて固定される。しかしながら、フレーム１１および基板１２は、一般に、一緒に単一構造として、同一材料から形成されることができる。製造の過程において、フレーム１１および基板１２は同一材料からの１部分として作成される。これは、例えば射出成形または他の周知の方法によって行われることができる。

図示した実施例の基板１２は、通常、実施例に示される非導電性のポリプロピレン、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（ＡＢＳ）、ポリカーボネート、共重合体またはポリマーブレンドである絶縁性プラスチックである。上記に簡単に述べたように、フレーム１１および基板１２が一つの部分構造から作成される場合に関わらず、基板１２はフレーム１１と同一材料から作成されることができる。

別の実施例において、図７に示すように、基板１１２は通常、非導電性であり、絶縁性プラスチックから形成される。しかしながら、導電性繊維および材料は、絶縁性プラスチックの全体にわたって均一に分散される。例えば、基板１１２は商品名Ｅｌｅｃｔｒｉｐｌａｓｔの下でＩｎｔｅｇｒａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ（Ｉｎｃ）で売られる耐腐食性プラスチックから作成されることができ、それは高い導電性領域を含む。図７に示すように、基板１１２は、樹脂または熱可塑性物質の内で実質的に均質化された導体粒子および／またはミクロン繊維（ｓ）を有する非導電性樹脂系材料または熱可塑性樹脂１１２ａを含む。図７に明確に示されるように、導体粒子または繊維１１２ｂは１１２ａ．樹脂または熱可塑性物質の本体全体にわたって均質にされる。この例では、粉末中の導体粒子または繊維１１２ｂの直径Ｄは、約３および１２ミクロンの間にあり、通常は１０ミクロンまたは、約８および１２ミクロンの間、および約２および１４ミリメートル間の長さ間の直径を有する。導体粒子または繊維１１２ｂのミクロン導電性繊維は、金属繊維または金属メッキの繊維でもよい。更に、金属メッキされた繊維は、金属繊維上に金属めっきすることにより、または、非金属繊維上に金属めっきすることによって形成されることができる。典型的な金属繊維としては、限定はされないが、ステンレス鋼繊維、銅繊維、ニッケル繊維、銀繊維、アルミニウム繊維または同類またはそれらの組み合わせが挙げられる。典型的な金属めっき材料としては、銅、ニッケル、コバルト、銀、金、パラジウム、プラチナ、ルテニウムおよびロジウム、並びにこれらの合金が挙がられるが、これに限定されるものではない。いかなるめっき可能な繊維も、非金属繊維のための核として用いられることができる。典型的な非金属繊維としては、限定はされないが、カーボン、黒鉛、ポリエステル、玄武岩、人工および天然に存在する材料、などが挙げられる。また、超伝導体金属、例えばチタン、ニッケル、ニオブおよびジルコニウムおよびチタン、ニッケル、ニオブおよびジルコニウムの合金もミクロン導電性繊維および／または繊維上への金属めっきとして使用することができる。

導体粒子および／または繊維１１２ｂは、樹脂または熱可塑性樹脂１１２ａの範囲内で実質的に均質化される。基板１１２は基板１１２上の導電性表面の制御された領域を含み、導電性粒子または繊維１１２ｂからの導電材料は樹脂または熱可塑性１１２ａを貫通して露出し、それは均質化プロセスによって導電接続される。基板１１２の導電性表面は更なる製造法、例えば、エッチングまたは吹き付け加工によって制御され、その際、表面は化学品によって、または、高圧の下に表面に対して研磨材の流れを推進することによって粗くなる。導体粒子および／または繊維１１２ｂは露出され、基板１１２の導電性の領域が設けられている。この方法は導電率の大きさおよび面積を含む導電量が制御された基板１１２を形成する。

基板１１２は、成形プロセスの間、絶縁性樹脂または熱可塑性１１２ａの中で一緒に実質的に均質にされる両方の導電性粒子、粉および／または繊維１１２ｂの組合せを含むことが可能である。基板１１２として、均質化材料は多角形の形状に成形され、それは本発明の二極式プレート１０のために必要なさまざまなカスタム・デザインまたは特性に適応する。基板１１２は、単一の製造法のフレーム１１で成形されることができる。これによって二極式プレート１０および二極式電池１００が簡素化すことができ、その際、最小限の部品が用いられ、生産ステップは除去される。また、基板１１２および電池１００の特性は、基板１１２の表面に沿って伝導の領域を提供して、制御することによって集中することができる。フレーム１１は絶縁性であり、基板１２、１１２が基板受け入れ通路１１ａに置かれるので、二極式プレート１０は組み立ての際に二極式電池１００でフレームとして作用することができる。

製造の間、基板１２は基板受け入れ通路１１ａに挿入成形され、または、フレーム１１は基板１２をオーバーモールドされる。しかしながら、フレーム１１および基板１２が一緒に型取られる場合、すなわち２つの部分が一緒に挿入またはオーバーモールドされるかまたは一つの単体に注入鋳造され、より少ない部分については、二極式プレート１０の製造工程が単純化されることができる。また、このプロセスは、本発明の二極式プレート１０および二極式電池１００の寸法および形状をカスタマイズする能力を許容する。

図１および２を再度参照して、基板１２および図４―８に示される基板１１２は、基板１２、１１２の表面に沿って、また、反対の表面を通って延びている本体を貫通する、穿孔１３を含む。図の実施形態では、穿孔１３は円であるが、さもなければいかなる形状でもありえる。穿孔１３は、対称形の格子パターンに置かれる。穿孔１３は、示された基板１２、１１２の４つの四半部に置かれる。対称形の格子装置に位置する多くの穿孔１３を有することによって、鉛箔１４が基板１２、１１２の両側に置かれるときに、基板１２、１１２を貫通する導電性を提供する。

また、図５〜９に明示されるように、基板１１２は表面に沿って、そして、基板１１２の本体中に導電性粒子、粉末および／または繊維１１２ｂを含む。一般に、基板１１２の表面が絶縁性であり、他の領域が導電性粒子、粉末および／または繊維１１２ｂに起因して導電性である。上記のように、導電性領域の量は、基板１１２の製造によって制御されることができる。例えば、基板の表面は基板の露出表面全体に対する大きさおよび形状がカスタマイズされる導電性領域を露出させるために粗くなることができるか、または、導電性粒子、粉および／または繊維１１２ｂの量は絶縁性樹脂または熱可塑性樹脂１１２ａの量に対して制御されることができる。図５〜９に示した実施例において、基板１１２の外面全体は、導電性粒子、粉および／または繊維１２ｂを露出させるために粗くなった。これにより、基板は基板の露出表面上で導電性であり、鉛箔１４は導体粒子、粉および／または繊維１１２ｂに配置される。

図１、２、７、および８を参照すると、鉛箔１４は、基板１２、１１２の対向側に、材料を受け入れ通路１１ｂの中に配置される。鉛箔１４は穿孔１３により互いに導電、連結される。より具体的には、鉛箔１４は図示した実施例において互いに機械的、電気的に接続されている。基板１２、１１２は、一般に絶縁性であるか、または絶縁性樹脂または熱可塑性樹脂１１２ａ中の導体粒子および／または繊維１１２ｂに基づく限られた領域または導電性を有するだけである。その結果、特に絶縁性材料だけから製造される基板１２を有する二極式プレート１０のために、穿孔１３は、鉛箔１４と二極式プレート１０の各々を接続するために使用される。図２に示すように、抵抗溶接または他の公知の方法により鉛箔１４は一緒に溶接される。一方で、樹脂または熱可塑性樹脂１１２ａ中に均質化した導体粒子または繊維１１２ｂを含む基板１１２を有する二極式プレート１０は、図７に示されるように、穿孔１１３を含むこともできる。そして、穿孔１１３は、本発明の二極式プレートにおける鉛箔１４と正極材料１６、１８の間の導電性を更に制御および効率化することができる。

いずれにせよ、穿孔１３は、サイズ、形状または格子パターンにおいて変化することができるが、鉛箔１４が穿孔１３においておよび中に配置されることができ、隣接する鉛箔１４に接続されることができるように十分に大きい。穿孔１３は製造過程で、鋳造されるかまたは基板１２に機械加工されることができる。図１、２および８を参照すると、鉛箔１４は、基板１２、１１２それぞれ両方の露出表面に置かれ、フレーム１１の材料を受けている通路１１ｂの中で適合する寸法を有することが示されている。鉛箔１４はフレーム１１が基板１２、１１２の両面に配置される各鉛箔１４をおおう安全に材料を受けている通路１１ｂを適合させるために必要な大きさにされる。図７に示すように、導線箔１４は、穿孔１３経由で機械的電気的に接続される。

図９に示すように、製造およびアセンブリの過程で、基板１２、１１２に沿って、鉛箔１４は、基板受け入れ通路１１に挿入される。鉛箔１４は、インサート成形、オーバーモールド成形、または同様の製造法の過程で、フレームの範囲内で、鉛１４および基板１２、１１２が基板を受けている通路の中で製造される。鉛箔１４は、基板１２、１１２の逆の表面に置かれ、次いでフレーム内でインサートされるか製造される。周知のめっき、蒸着または冷炎スプレー法によって鉛箔１４を塗布することが可能である。

鉛箔１４は鉛を有するペーストであることは可能であり、それは基板１２、１１２の前後の表面に沿って配置される。ペーストは、基板１２、１１２の両面（すなわち前後の表面）全体に、そして、穿孔１３の中に広げられる。ペーストは、基板１２、１１２の両面を穿孔１３によって接続する。ペーストは、両側上のペーストとの間に連結性を提供するのに十分厚いが、正極材料１６、１８も材料受け入れ通路１１ｂの中にも配置されることを考慮すると、材料受け入れ通路１１ｂより厚くてはならない。

図２および５〜９を参照すると、正極材料１６、１８は示され、鉛箔１４の露出面に置かれ、基板１２、１１２から向きがそれる。正極材料１６の第１層は１枚の鉛箔１４を通じて塗布される陽極活物質ペースト（ＰＡＭ）であり、陰極活物質（ＮＡＭ）は他の鉛箔１４上に塗布され、それは第２の正極材料１８である。図の実施形態では、陽極活物質ペースト（ＰＡＭ）および陰極活物質（ＮＡＭ）は、硫酸、水、繊維およびカーボンと混ざった鉛のペーストであるかまたは酸化鉛である。

正極材料１６、１８（すなわちＮＡＭおよびＰＡＭ）の厚みは、フレーム１１の材料受け入れ通路１１ｂの外側に延びてはならない。むしろ、基板１２、１１２、鉛箔１４および正極材料１６、１８の全体の厚みＴｍは、フレーム１１の厚みＴｆ未満である。

フレーム１１は、基板１２、１１２、鉛箔１４および正極材料１６、１８をおおう。その結果、組み立ての際に、二極式電池１００は、二極式プレート１０のスタック、サポートとしてのフレーム１１の行為および二極式電池１００のための外面に組み立てられる。組み立て工程および部品の数は、最小化されることができる。また、フレーム１１および基板１２はさまざまな形状およびサイズに成形することができるため、二極式電池１００および二極式プレート１０はさまざまなアプリケーションのために容易にカスタマイズされることができる。

図３および４を参照すると、スペーサ２２は、本発明の二極式プレート１０で積層および封止されて、二極式電池１００のための電解質２０を保持するために使用される。

スペーサ２２は、隣接する二極式プレート１０の積層の間に示される。図３〜６に示されるように、スペーサ２２は、基本的にフレーム１１と同程度の寸法を有するケースであって、電解質受け入れスペース２２ａを含む。電解質受け入れスペース２２ａは、電解質受け入れスペース２２ａを貫通する穴であって、スペーサの中央に実質的に２２を配置して、電解質２０を保持する。２枚の隣接する二極式プレート１０との間に封止されるとき、スペーサ２２によって電解質２０が漏れるのを防止して、電解質２０が二極式プレート１０との間に導電性を提供することができる。

図５および６に示されるように、少なくとも一つの電解質受け入れチャネル２２ｂはスペーサ２２において設けられており、スペーサ２２の外面に配置されて、電解質を受け入れるスペースに導かれる。スペーサ２２が組み立てられ、隣接する二極式プレート１０で封止されたあと、ユーザは電解質を受け入れるチャネル２２ｂを通して、電解質受け入れスペース２２ａに電解質２０を供給することができる。一般に、電解質受け入れチャネル２２ｂは、スペーサ２２を貫通して電解質受け入れスペースに延びるスペーサ２２の開口部である。しかしながら、公知の他の機構または構造は、電解質に電解質２０の進入が２２ａ．空間を受信していることができるために用いることができる。受け入れ通路２２ｂは、利用されないとき、塞がれることができるかまたは若干の容量においてふさがれることができ、または電解質を受け入れ空間からガスを排気されることができる。

電解質２０は酸を含む様々な物質でもよい。しかしながら、物質は、その物質を電気的に導電性とする遊離イオンを含む物質でなければならない。電解質２０は溶液、溶融材料および／または固体でもよく、それは電解質のイオンによる電池回路を作製するのを助ける。本発明の二極式電池１００において、正極材料１６、１１８は化学エネルギを電気エネルギ源に変換する反応を提供し、電解質２０によって電気エネルギ源が、電池１００の電極３６に関しては同様に、二極式プレート１０から他の二極式プレート１０へと流れることができる。

図の実施形態では、図４および５で示すように、電解質２０は吸収されるガラスマット（ＡＧＭ）２１において保持される酸である。電解質２０は、毛管作用によりガラスマット２１に保たれる。非常に薄いガラス繊維は、それらの生涯のための細胞上の充分な電解質２０を保つのに十分な表面積を増加させるために、ガラスマット２１に織り込まれる。
ガラス繊維ガラスマット２１を含む繊維は、酸性電解質２０を吸収しないし、これから影響も受けない。ガラスマットの寸法は、大きさにおいて変化に富むことがありえる。しかしながら、図示した実施例において、ガラスマット２１は電解質受け入れスペース２２ａ内に嵌合するが、スペーサ２２より大きな厚みを有する。また、電解質受け入れスペース２２ａは、図示した実施例において、一部の電解質２０およびより詳しくはガラスマット２１のためのスペースを含む。その結果、本発明の二極式電池１００の構造は、スペーサ２１によって隣接する二極式プレート１０と一様に積層するガラスマット２１を保持させることができ、正極材料１６、１８は電解質２０を含んでいるガラスマット２１に上に設置される。

ガラスマット２１が除去されることも可能であり、電解液２０、例えばゲル電解質はスペーサ２２のいずれか側に隣接して積層された二極式プレート１０との間に隣接する正極材料１６、１８との間を流れることができる。

他の実施例において、スペーサ２２がフレーム１１の拡張であることは可能である。一般に、フレーム１１は、鉛箔１４および正極材料１６、１８並びに電解質２０をおおうために、より深い材料を受け入れる通路１１ｂを含む。また、積層可能な二極式プレート１０の材料受け入れ通路１１ｂがそれぞれの間にガラス繊維マット２１を保持することもできるように、フレーム１１が必要な大きさを有する場合、さらに、鉛箔１４、正極材料１６、１８、ガラスマット２１と電解質２０を積層され密封された二極式プレート１０の範囲内で囲む。フレーム１１は、フレームを通って材料受入れ通路１１ｂまで延びる電解質受け入れチャネル２２ｂを有する。本実施例において、二極式プレート１０は、各々上へ積み重なることができて、封止されることができる。

図４〜６を参照して、二極式電池１００の端を塞ぐ、二極式電池１００の端子部分３０について説明する。端子部分３０は積層された二極式プレート１０の反対側に積層され、各々隣接して積層される二極式プレート１０の数は特定の電池設計および形状の必要とされる電気ポテンシャルに依存する。

各端子部分３０は、正極材料３２、端子プレート３４、電極３６および端板３８の付加的な層を含む。正極材料３２、端子プレート３４および端板３８の範囲内で配置される電極３６と共に、端板３８は積層された二極式プレート１０の対向端部に置かれる。

１つの端子部分３０から他の端子部分３０まで、正極材料３２は、二極式電池１００による電気流れを増加させるために設けられている。正極材料３２は、隣接する二極式プレート１０から隣接する正極材料１６、１８と相互に作用する材料でできている。スペーサ２２および電解質ら２０が、上記の通り、二極式プレート１０の各積層可能な面に置かれるため、スペーサ２２は、端子部分３０と外側の二極式プレート１０の間に配置される。その結果、イオンは、電解質２０を通過して、端子部分３０の正極材料３２へ自由に流れることができる。

図５〜６に示すように、端子プレート３４は、端子部分３０内に設けられ、入れられている。端子プレート３４は導電性であり、一般に金属である。端子プレート３４は、電極３６に付着し、二極式電池１００の陽極または陰極である。陽極はそこで電子が電池から離れ酸化が生じる電極３６として定義され、陰極はそこで電子が電池に入り還元が生じる電極として定義される。各電極３６は、電池に流れる電流の方向によって陽極または陰極になることができる。端子プレート３４および電極３６を１つの部分として形成することもできる。

図４〜６に示すように、端板３８は、非導電性で、本発明の二極式電池１００の端部に支持構造を提供する。端板３８は、端子プレート３４、電極３６および正極材料３２が配置される凹部である端子受け入れ通路３８ａを含む。また、材料受け入れ通路１１ｂの様に、端末受入れ通路３８ａは、電解質２０の量が端子部３０に入り、特に正極材料３２、端子プレート３４および電極３６と一緒に材料受け入れ通路１１ｂ内に入るために十分なクリアランスを提供する。図５および６に示した実施例において、端末受け入れ通路３８ａは、同様に、ガラスマット２１の一部を受け入れて囲むのに十分な空間を提供する。

図３〜８を参照して、本発明の二極式電池１００の組立てについて更に説明する。

二極式プレート１０は、フレーム１１により固定される基板１２、１１２により製造、組み立てられる。基板１２、１１２は、穿孔１３および／または導体粒子、または、繊維１１２ｂを含み、通常、単一または別々の部品としてフレーム１１で成形される。一旦基板１２、１１２がフレーム１１の範囲内で配置されると、鉛箔１４は基板１２、１１２の両方の露出表面上のフレーム１１の材料受入れ通路１１ｂに配置される。鉛箔１４は、穿孔１３を一緒に通って機械的に接続され、基板１２、１１２に設けられている導体粒子または繊維１１２ｂにより電気的に接続される。次いで、第１の正極材料１６は基板１２一方側上の材料受け入れ通路１１ｂに置かれ、第２の正極材料１８は材料受け入れ通路１１ｂの中で基板の他の側に置かれる。その結果、フレーム１１は、二極式プレート１０の表面境界内で、基板１２、鉛箔１４および正極材料１６、１８を囲む。

二極式プレートが積層され、次いで各積層された二極式プレー間に設定されるスペーサ２２と互いに隣接して、電解質２０が電解質受け入れスペース２２ａに供給される。電解質受け入れスペース２２ａはフレーム１１の材料受け入れ通路１１ｂと同じ大きさである。繊維ガラスマット２１は、同様に、電解質受け入れスペース２２ａに設けることができ、電解質２０は電解質受け入れチャネル２２ｂを通して繊維ガラスマット２１中に供給される。スペーサ２２および二極式プレート１０は均一に互いに離接して積層され、その後封止される。スペーサ２２および積層された二極式プレート１０が非導電性外面を含むので、スペーサ２２および二極式プレート１０でフレーム１１は二極式電池１００用の外側シェルを形成する。スペーサ２２およびフレーム１１の接触表面が互いに固着して封止されるように、二極式プレート１０およびスペーサ２２のフレーム１１は公知のいかなる方法により互いに固着することができる。例えば、接着剤は、表面を一緒に接続して、封止するために用いることができる。また、端子部３０がいったん組立てられると、それらは積層された二極式プレート１０およびスペーサ２２の間に配置されることができ、次いで同様に封止されることができる。

端板３８、スペーサ２２およびフレーム１１が、二極式電池１００の部分を一緒に接続するために、固着機構（図示せず）、例えば、結合技術または締着具を有することも可能でもある。次いで、シーラントは、二極式電池１００のまわり、より具体的には、接続端板３８、スペーサ２２およびフレーム１１の周りの封止を提供するために塗布されることができる。

二極式プレート１０がスペーサ２２なしで積層され互いに固定されることも可能である。しかしながら、積層された二極式プレート１０が一緒に封止されるとき、材料受入れ通路１１ｂはガラス繊維マット２１を含み、鉛箔１４、正極材料１６、１８および電解質２０を保持し、囲むのに十分な大きさでなければならない。また、電解質２０がフレーム１１の材料受け入れ通路１１ｂに供給されるか、または電解質２０の放出を可能にするように、フレーム１１は、フレーム１１の延長上に位置される少なくとも一つの電解質受け入れチャネル２２ｂを備える。

二極式電池１００において使用する二極式プレート１０の数は設計事項の問題である。そして、電池１００の寸法および必要な電気ポテンシャルに依る。図の実施形態では、互いに隣接して積層される少なくとも３枚の二極式プレート１０がある。積層された二極式プレート１０および電解質２０の反対端上には、端部プレート並びに正極材料３２、端子プレート３４および電極３６を有する。図の実施形態では、積層、封止されるときに、スペーサ２２およびフレーム１１の外面は互いにほぼ同一平面上にある。この構造はなめらかな外側の支持面を提供する。しかしながら、表面の不規則性が存在することができるかもしれない。例えば、スペーサ２２はフレーム１１より大きくてもよい。しかしながら、電解質受け入れスペース２２ａはフレーム１１より大きくはない。また、材料受け入れ通路１１ｂはスペーサ２２より大きくはない。いずれにせよ、スペーサ２２および二極式プレート１０を封止することは困難であり、電解質２０は組立後、二極式電池１００から漏れる可能性があり、電解質２０は隣接する二極式プレート１０の間に配置されている。

また、端部プレート３８が隣接するスペーサ２２および／または隣接する二極式プレート１０でフレーム１１に隣接して積層されるとき、端部プレート３８、スペーサ２２およびフレーム１１の外面は実質的に同じ高さでなければならない。しかしながら、表面の不規則性が存在することは可能である。例えば、端部プレート３８はスペーサ２２よりやや大きくてもよく、フレーム１１より大きくてもよい。それにもかかわらず、端末受け入れ通路３８ａは、受け入れチャネル２２ｂまたはフレーム１１より大きくてはならない。また、端末受け入れ通路３８ａは材料受け入れ通路１１ｂまたはフレームより大きくてはならなく、または、端部プレート３８はスペーサ２２より小さくてはならない。いずれの場合でも、組立の後、電解質を二極式電池１００から放出することができ、電解質２０が積層された二極式プレート１０の間に供給される。一般に、フレーム１１は、二極式プレートを支持し、電解質並びに基板１２、鉛箔１４および正極材料１６、１８を囲む。積層されるとき、二極式プレート１０は、隣接するスペーサ２０および積層された端子部分３０によって二極式電池１００に外部支持面を提供する。この構造は、簡略化された設計された、より少しの製造ステップおよび従来技術で必要されたものより少ないパーツを備えている二極式電池１００を提供する。フレーム１０、スペーサ２２および端板３８が絶縁性のプラスチックであり型どれるため、二極式電池１００は電気ポテンシャルおよび使用応じて形状および大きさの要求をかなえるためにカスタマイズすることができる。

もう一つの実施例では、図５に示すように、保護ケース２００が更に設けられており、本発明の二極式電池１００を囲む。電極３６がケース２００から出て延びるために、ケース２００は、本体２０２、カバー２０４および電極受け入れ空間２０６を含む。二極式電池１００の外部構造とは異なり、ケース２０は二極式電池１００を収納して、より大きな保護を提供するために用いることができる。

上記は、本発明を実施するためのいくつかの可能性を例示するものである。他の多くの実施形態が本発明の範囲および趣旨の範囲内において存在し得る。したがって、上記の説明は限定ではなく例示であると考えられ、本発明の範囲は均等物の全範囲と共に添付の請求の範囲によって与えられる。

Claims (38)

1. 二極式電池用の二極式電池プレートであって、
   フレームと、
   前記フレーム内に配置され、複数の穿孔を有する基板と、
   前記基板の一方側に配置される第１の鉛層と、
   前記基板の他の面上に置かれる第２の鉛層であって、第１および第２の鉛層が互いに複数の穿孔を通じて電気的に接続される第２の鉛層と、
   前記第１の鉛層の表面上に配置される陽極活物質（ＰＡＭ）と、
   前記第２の鉛層の表面上に配置される陰極活物質（ＮＡＭ）と、
   を有する二極式電池プレート。
2. 前記フレームが成形可能な絶縁性ポリマーである、請求項１に記載の二極式電池プレート。
3. 前記フレームが構造的支持体を二極式電池に提供する二極式電池の外壁である、請求項１に記載の二極式電池プレート。
4. 前記フレームが、基板受け入れ通路を有する請求項１に記載の二極式電池プレート。
5. 前記フレームが、材料受け入れ通路を有する請求項４に記載の二極式電池プレート。
6. 前記基板受け入れ通路が前記フレーム内で前記基板を固定する、請求項５に記載の二極式電池プレート。
7. 前記材料受け入れ通路が前記フレームの外面および基板の表面間の領域である、請求項６に記載の二極式電池プレート。
8. 前記基板が前記フレームに対して絶縁性材料の別々の部分であり、かつ前記基板が前記フレームの基板受入れ通路に受け入れられ、固定される、請求項７に記載の二極式電池プレート。
9. 前記材料受け入れ通路が前記フレームの外面および前記基板の表面間の領域である、請求項５に記載の二極式電池プレート。
10. 材料を受け入れ通路が前記フレームの範囲内で前記第１および第２の鉛層および前記第１および第２の正極材料を受け入れられる、請求項９に記載の二極式電池プレート。
11. 前記基板が一つの部分構造のフレームとして同一材料から製造される、請求項１に記載の二極式電池プレート。
12. 前記基板が絶縁性プラスチックの全体にわたって均一に分散する導電性粒子を有する、絶縁性プラスチックである、請求項１に記載の二極式電池プレート。
13. 前記基板が、前記基板の表面が化学品または研磨剤によって粗くなっており、前記導体粒子が絶縁性プラスチックの外側で露出する導電性の表面を有する請求項１２に記載の二極式電池プレート。
14. 前記穿孔が前記基板に沿って配置されており前記基板を通って延びている、請求項１に記載の二極式電池プレート。
15. 前記鉛層が穿孔を貫通して導通する鉛箔である、請求項１４に記載の二極式電池プレート。
16. 前記鉛箔が互いに穿孔により機械的電気的に接続される、請求項１５に記載の二極式電池プレート。
17. 前記鉛箔が抵抗溶接によって溶接される、請求項１６に記載の二極式電池プレート。
18. 前記穿孔が、前記第１の鉛層が前記穿孔内に貫通して配置され、前記第２の鉛層に接続されるに十分な大きさである請求項１６に記載の二極式電池プレート。
19. 前記第１および第２の鉛層が前記基板の前後の表面に沿って配置される鉛ペーストである、請求項１に記載の二極式電池プレート。
20. 前記第１の鉛層が前記基板の前面を横切って広がり、前記穿孔の少なくとも一つ中にあり、前記第１の鉛層が反対側上の前記第２の鉛層に接続される、請求項１９に記載の二極式電池プレート。
21. 前記正および負の正極材料がフレームの材料受け入れ通路中にそれぞれ前記第１および第２の鉛層を覆って配置される、請求項１に記載の二極式電池プレート。
22. 第１の正極材料が第１の鉛層上に塗布されるペーストであり、第２の正極材料が第２の鉛層上に広げられるペーストである、請求項２１に記載の二極式電池プレート。
23. 互いに隣接して配置される複数のプレートを有する二極式電池であって、前記プレートはそれぞれ、
    フレームと、
    前記フレーム内に配置される複数の穿孔を有する基板と、
    前記基板の一方の側に配置される第１の鉛層と、
    前記基板の他の面に置かれる第２の鉛層と、
    前記第１の鉛層の表面に置かれる陽極活物質（ＰＡＭ）と、
    前記第２の鉛層の表面に置かれる陰極活物質（ＮＡＭ）と、
    前記積層された複数の二極式プレートの反対端部に置かれる一対の端子部分と、
    複数の二極式プレートそれぞれと一対の端子部分の間に配置される電解質と、を含み、
    前記第１および第２の鉛層はそれぞれ前記複数の穿孔を貫通して接続されることを特徴とする二極式電池。
24. 複数のスペーサが、前記複数のプレートの端部および間に配置され、積層され、それぞれのスペーサが前記電解質を囲んでいる、請求項２３に記載の二極式電池。
25. 前記スペーサがそれぞれ前記フレームとして等価の外側寸法を有する電解質のためのケースであり、電解質受け入れスペースを含む、請求項２４に記載の二極式電池。
26. 前記スペーサがそれぞれ前記スペースに延びる電解質受け入れチャネルを含む請求項２５に記載の二極式電池。
27. 互いに隣接して積み重なるときに、前記スペーサおよび前記フレームの外面が実質的に同じ高さである、請求項２６に記載の二極式電池。
28. 前記電解質が第１または第２の正極材料に対して電解質受け入れ空間および前記フレームの一部の内に嵌合する吸収されるガラスマット（ＡＧＭ）に保存される、請求項２７に記載の二極式電池。
29. 前記端子部分がそれぞれ電極および端部プレートを含む請求項２３に記載の二極式電池。
30. 前記端子部分がそれぞれ端子プレートをさらに含む請求項２３に記載の二極式電池。
31. 前記端子プレートが導電性であり、電極に付着する請求項３０に記載の二極式電池。
32. 前記端子プレートおよび電極が１つの部分として形成される請求項３１に記載の二極式電池。
33. 前記端部プレートが非導電性で、端子受け入れ通路を含む、請求項２９に記載の二極式電池。
34. 前記端子受け入れ通路は前記端子プレートが入っている端部プレートの凹部である、請求項３３に記載の二極式電池。
35. 電解質を保存しているガラスマットが端子受け入れ通路の中に更に入っている、請求項３４に記載の二極式電池。
36. 前記複数のフレーム、前記複数のスペーサおよび端部プレートの外面が実質的に同じ高さである、請求項３５に記載の二極式電池。
37. 前記二極式電池を囲む保護ケースを更に有する請求項２３に記載の二極式電池。
38. 前記ケースが、本体、カバーおよび電極が前記ケースを貫通して延びるための電極受け入れスペースを有する請求項３７に記載の二極式電池。

Images