JP3005488B2 - 超薄型プレート電気化学電池およびその製造方法 - Google Patents
超薄型プレート電気化学電池およびその製造方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は優れた再充電および
放電性能を有する電気化学電池およびこのような電池の
製造法に関する。かかる電気化学電池は密封封止された
容器に入れてある超薄型の螺旋状に巻かれたプレートか
ら成っている。
放電性能を有する電気化学電池およびこのような電池の
製造法に関する。かかる電気化学電池は密封封止された
容器に入れてある超薄型の螺旋状に巻かれたプレートか
ら成っている。
【０００２】
【従来の技術】小型の密封封止された再充電可能な電気
化学電池の設計および性能特性には著しい改良が為され
てきている。これらの電池は、典型的には一連のプレー
ト状または螺旋状に巻かれた電極組立体の形状をしてい
る。２種類の一般に用いられる化学的系は鉛酸系とニッ
ケルカドミウム系である。鉛酸バッテリー系が知られて
おり数十年に亙って利用されてきたが、このような電池
の使用に伴う実際上の問題点の多くの解決法は１９７０
年代半ばまで提案されなかった。初期の鉛酸電池に見ら
れるこれらの問題点の一つは、電池内に含まれる電解質
の確保の問題に関するものであった。再充電工程の際に
電極を過充電することができるようにするためには、電
池に過剰量の酸（一般的には硫酸）を保持する必要があ
った。過充電により、電池内部に水素と酸素が生成し、
これは通常は電池から排出された。排出手段と遊離酸と
を有する電気化学電池は、直立したままにして、電池か
ら酸が洩れ出すのを防止しなければならなかった。従来
の鉛酸電池でのもう一つの問題は、電池内の鉛プレート
の物理特性の保持にあった。純粋な鉛はある程度の流体
流れを有し、比較的柔軟性をも有する。鉛プレート中に
ある種の「バックボーン」を置くために、１パーセント
までのカルシウムを含む鉛を電池に用いることがあっ
た。鉛中のカルシウムはある程度の剛性をプレートに付
与するが、放電／再充電化学の効率を著しく減少させ
る。
化学電池の設計および性能特性には著しい改良が為され
てきている。これらの電池は、典型的には一連のプレー
ト状または螺旋状に巻かれた電極組立体の形状をしてい
る。２種類の一般に用いられる化学的系は鉛酸系とニッ
ケルカドミウム系である。鉛酸バッテリー系が知られて
おり数十年に亙って利用されてきたが、このような電池
の使用に伴う実際上の問題点の多くの解決法は１９７０
年代半ばまで提案されなかった。初期の鉛酸電池に見ら
れるこれらの問題点の一つは、電池内に含まれる電解質
の確保の問題に関するものであった。再充電工程の際に
電極を過充電することができるようにするためには、電
池に過剰量の酸（一般的には硫酸）を保持する必要があ
った。過充電により、電池内部に水素と酸素が生成し、
これは通常は電池から排出された。排出手段と遊離酸と
を有する電気化学電池は、直立したままにして、電池か
ら酸が洩れ出すのを防止しなければならなかった。従来
の鉛酸電池でのもう一つの問題は、電池内の鉛プレート
の物理特性の保持にあった。純粋な鉛はある程度の流体
流れを有し、比較的柔軟性をも有する。鉛プレート中に
ある種の「バックボーン」を置くために、１パーセント
までのカルシウムを含む鉛を電池に用いることがあっ
た。鉛中のカルシウムはある程度の剛性をプレートに付
与するが、放電／再充電化学の効率を著しく減少させ
る。
【０００３】鉛酸電池における現状を打破する発明が、
マッククレランド(MaClelland)らの米国特許第３，８６
２，８６１号明細書に記載されている。マッククレラン
ドの特許は、数種類の要素を組み合わせて従来の鉛酸電
池に伴うこれらの問題点のそれぞれを緩和するものの配
合を開示している。マッククレランドの特許は、安定し
た系を保持するために過充電の際に生成する酸素と水素
の間での電気化学的再結合反応を利用する可能性を認め
ていた。「酸素サイクル」を利用することによって、電
解質が「飢えた」条件に保持されるように鉛酸電池を製
造することができる。過剰の電解質を有するのではな
く、系に最少限の量の電解質が含まれるようにして電池
を作動させることができた。飢えた状態を保持するため
には、電池内部に電解質を含むのに十分な吸収剤材料ま
たは細孔を有する必要があった。比較的吸収性の高いセ
パレーター材料を用いることによって、マッククレラン
ドは２種類の異なる機能を達成することができた。この
吸収性のセパレーターによって正および負のプレートの
間にガスおよび電解質の流れを作ることができるので、
これによって酸素サイクルを機能させることができた。
吸収性のセパレーターは、電池内部に電解質を保持する
ための芯としても働くので、系が遊離の電解質を有する
必要がない。
マッククレランド(MaClelland)らの米国特許第３，８６
２，８６１号明細書に記載されている。マッククレラン
ドの特許は、数種類の要素を組み合わせて従来の鉛酸電
池に伴うこれらの問題点のそれぞれを緩和するものの配
合を開示している。マッククレランドの特許は、安定し
た系を保持するために過充電の際に生成する酸素と水素
の間での電気化学的再結合反応を利用する可能性を認め
ていた。「酸素サイクル」を利用することによって、電
解質が「飢えた」条件に保持されるように鉛酸電池を製
造することができる。過剰の電解質を有するのではな
く、系に最少限の量の電解質が含まれるようにして電池
を作動させることができた。飢えた状態を保持するため
には、電池内部に電解質を含むのに十分な吸収剤材料ま
たは細孔を有する必要があった。比較的吸収性の高いセ
パレーター材料を用いることによって、マッククレラン
ドは２種類の異なる機能を達成することができた。この
吸収性のセパレーターによって正および負のプレートの
間にガスおよび電解質の流れを作ることができるので、
これによって酸素サイクルを機能させることができた。
吸収性のセパレーターは、電池内部に電解質を保持する
ための芯としても働くので、系が遊離の電解質を有する
必要がない。
【０００４】マッククレランドは、各要素が互いにきっ
ちりと固定されるようになっているプレートとセパレー
ターとの形状も開示している。鉛の流体流れはこのよう
にして禁止される。また、かなり純粋な鉛グリッドであ
って以前使用されていたカルシウム含有鉛プレートより
も電気化学的に効率的であるものを用いることも可能と
なった。マッククレランドの装置には排出手段が、再充
電の際に発生したガスが水に再転換されないなどの不調
の場合に安全放出装置として設けられている。しかしな
がら、電池に吸収されない電解質はほとんどまたは全く
ないので、電池からの酸の洩れの危険性はほとんどな
い。マッククレランドの装置が開発される前に、ショー
ルド(Sholed)の米国特許第３，３９５，０４３号および
第３，４９４，８００号明細書には、電気化学電池に比
較的薄い鉛プレートの使用を開示した。ショールドの特
許明細書に記載されている電池はマッククレランドの特
許よりも時間的に先行していたので、吸収性のあるガス
透過性セパレーターは用いられていなかった。それ故、
これらの開示された電池は酸素サイクルを利用せず、飢
えたまたは半飢餓状態に保持されず、恐らくは正常に機
能させるために遊離の電解質を含むものであった。ショ
ールドの特許明細書には、製造されたバッテリーが優れ
た放電または再充電特性を有することは指摘されていな
い。ショールドの開示の時期に利用可能な技術および材
料に基づけば、そこに開示されている電池は現在の電池
より何んらかの有意な利点を有するものとは全く考えら
れない。
ちりと固定されるようになっているプレートとセパレー
ターとの形状も開示している。鉛の流体流れはこのよう
にして禁止される。また、かなり純粋な鉛グリッドであ
って以前使用されていたカルシウム含有鉛プレートより
も電気化学的に効率的であるものを用いることも可能と
なった。マッククレランドの装置には排出手段が、再充
電の際に発生したガスが水に再転換されないなどの不調
の場合に安全放出装置として設けられている。しかしな
がら、電池に吸収されない電解質はほとんどまたは全く
ないので、電池からの酸の洩れの危険性はほとんどな
い。マッククレランドの装置が開発される前に、ショー
ルド(Sholed)の米国特許第３，３９５，０４３号および
第３，４９４，８００号明細書には、電気化学電池に比
較的薄い鉛プレートの使用を開示した。ショールドの特
許明細書に記載されている電池はマッククレランドの特
許よりも時間的に先行していたので、吸収性のあるガス
透過性セパレーターは用いられていなかった。それ故、
これらの開示された電池は酸素サイクルを利用せず、飢
えたまたは半飢餓状態に保持されず、恐らくは正常に機
能させるために遊離の電解質を含むものであった。ショ
ールドの特許明細書には、製造されたバッテリーが優れ
た放電または再充電特性を有することは指摘されていな
い。ショールドの開示の時期に利用可能な技術および材
料に基づけば、そこに開示されている電池は現在の電池
より何んらかの有意な利点を有するものとは全く考えら
れない。
【０００５】マッククレランドの特許以来、そこに開示
されている基本的電池に対して改良を開示しているいく
つかの特許が存在している。例えば、ハリス(Harris)の
米国特許第４，４６５，７４８号明細書、ウバ(Uba) の
第４，４１４，２９５号明細書、グロス(Gross) の第
４，２３３，３７９号明細書、マッククレランドの第
４，１３７，３７７号明細書およびコーノ(Kono)の第
４，２１６，２８０号明細書には、それぞれ飢えた鉛酸
電池に用いられるセパレーターが記載されている。オカ
ダ(Okada)の米国特許第４，７２５，５１６号明細書お
よびウバの第４，６４８，１７７号明細書は、両方共鉛
酸電池において優れた再充電／放電特性が得られる電池
パラメーターを同定している。ネルソン(Nelson)の米国
特許第４，７６９，２９９号明細書は、ショールドおよ
びマッククレランドの発明をある程度まで包含してい
る。ネルソンの特許明細書には、マッククレランドの特
許明細書に記載されているグリッド様プレートおよびガ
ス透過性セパレーターのショールドの特許明細書に開示
されている極薄型のプレートとの使用が記載されてい
る。その結果、鉛酸電池の再充電／放電特性が高くな
る。
されている基本的電池に対して改良を開示しているいく
つかの特許が存在している。例えば、ハリス(Harris)の
米国特許第４，４６５，７４８号明細書、ウバ(Uba) の
第４，４１４，２９５号明細書、グロス(Gross) の第
４，２３３，３７９号明細書、マッククレランドの第
４，１３７，３７７号明細書およびコーノ(Kono)の第
４，２１６，２８０号明細書には、それぞれ飢えた鉛酸
電池に用いられるセパレーターが記載されている。オカ
ダ(Okada)の米国特許第４，７２５，５１６号明細書お
よびウバの第４，６４８，１７７号明細書は、両方共鉛
酸電池において優れた再充電／放電特性が得られる電池
パラメーターを同定している。ネルソン(Nelson)の米国
特許第４，７６９，２９９号明細書は、ショールドおよ
びマッククレランドの発明をある程度まで包含してい
る。ネルソンの特許明細書には、マッククレランドの特
許明細書に記載されているグリッド様プレートおよびガ
ス透過性セパレーターのショールドの特許明細書に開示
されている極薄型のプレートとの使用が記載されてい
る。その結果、鉛酸電池の再充電／放電特性が高くな
る。
【０００６】電気化学電池において薄型プレートを用い
ることの理論的な利点は長年に亙って知られてきた。プ
レートが薄くなれば、放電の際に電子がプレート内部で
移動しなければならない距離が短くなり、且つ再充電の
際には、その際生成する非導電性材料の距離が短くな
る。従って、利用されるプレートの厚みは、薄型鉛フィ
ルムの製造および取扱のための利用可能な技術によって
半ば、強制的に定められているのが現状である。薄型プ
レートが優れた結果を生じるのと同じ理由により、反応
性ペーストの薄層も優れた放電／再充電特性を生じる。
ネルソンの特許明細書は、薄型鉛グリッドおよび反応性
ペーストの薄層の両方の使用を開示している。ネルソン
の装置における基本的な欠点は、グリッド開口部内にあ
るペーストは鉛プレート材料に対して距離が著しく増加
することがあることである。例えば、ネルソンの特許明
細書では、鉛プレートグリッドにおける開口が、グリッ
ドの中央からグリッド索線までの距離がプレートの面で
のペースト層の厚さより著しく厚くなるように構成され
る。電気化学電池の性能特性は鉛プレートの厚みおよび
ペースト層の厚みに比例するので、グリッドを使用する
と電池の効率が大きく減少する。典型的には、螺旋状に
巻いた電気化学電池を設計して、タブが周期的にプレー
トに組み入れられ、一方の極性を有するタブは一方向に
進み、反対の極性を有するタブは他方向に進み、プレー
トから電池端子まで連結するようにする。この配置は、
高速放電電池では問題が生じる。実質的量の電力が速や
かに放電すると、この配置の抵抗が比較的高いため、タ
ブと端子に沿ってかなりの量の熱が発生する。スガルス
キー(Sgalski) の米国特許第４，３２２，４８４号明細
書には、電池内に追加の要素を使用して冷却用放熱器と
して働かせることが記載されている。
ることの理論的な利点は長年に亙って知られてきた。プ
レートが薄くなれば、放電の際に電子がプレート内部で
移動しなければならない距離が短くなり、且つ再充電の
際には、その際生成する非導電性材料の距離が短くな
る。従って、利用されるプレートの厚みは、薄型鉛フィ
ルムの製造および取扱のための利用可能な技術によって
半ば、強制的に定められているのが現状である。薄型プ
レートが優れた結果を生じるのと同じ理由により、反応
性ペーストの薄層も優れた放電／再充電特性を生じる。
ネルソンの特許明細書は、薄型鉛グリッドおよび反応性
ペーストの薄層の両方の使用を開示している。ネルソン
の装置における基本的な欠点は、グリッド開口部内にあ
るペーストは鉛プレート材料に対して距離が著しく増加
することがあることである。例えば、ネルソンの特許明
細書では、鉛プレートグリッドにおける開口が、グリッ
ドの中央からグリッド索線までの距離がプレートの面で
のペースト層の厚さより著しく厚くなるように構成され
る。電気化学電池の性能特性は鉛プレートの厚みおよび
ペースト層の厚みに比例するので、グリッドを使用する
と電池の効率が大きく減少する。典型的には、螺旋状に
巻いた電気化学電池を設計して、タブが周期的にプレー
トに組み入れられ、一方の極性を有するタブは一方向に
進み、反対の極性を有するタブは他方向に進み、プレー
トから電池端子まで連結するようにする。この配置は、
高速放電電池では問題が生じる。実質的量の電力が速や
かに放電すると、この配置の抵抗が比較的高いため、タ
ブと端子に沿ってかなりの量の熱が発生する。スガルス
キー(Sgalski) の米国特許第４，３２２，４８４号明細
書には、電池内に追加の要素を使用して冷却用放熱器と
して働かせることが記載されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】電気化学電池の分野で
はなかりの進歩があったがこのような系に対する理論的
可能性には巡り合っていない。電気化学電池の連続製造
法およびこれを行うための装置を記載している多数の特
許明細書がある。これらの方法のいずれもが何んらかの
問題を抱えている。特に、これらの方法を本発明の電気
化学電池に用いられる超薄プレートでの使用に採用する
ことは、極めて困難である。かかる方法および装置の例
は、下記の特許明細書に記載されている。米国特許番号 発明者 ４，６４８，１７７ ウバら ４，６０６，９８２ ネルソンら ４，２１２，１７９ ジューアジェンス(Juergens) ４，１５８，３００ フグ(Hug) ら ４，１１２，２０２ フグら ４，０９９，４０１ フグら ４，０６４，７２５ フグら ３，４９４，８００ ショールド
はなかりの進歩があったがこのような系に対する理論的
可能性には巡り合っていない。電気化学電池の連続製造
法およびこれを行うための装置を記載している多数の特
許明細書がある。これらの方法のいずれもが何んらかの
問題を抱えている。特に、これらの方法を本発明の電気
化学電池に用いられる超薄プレートでの使用に採用する
ことは、極めて困難である。かかる方法および装置の例
は、下記の特許明細書に記載されている。米国特許番号 発明者 ４，６４８，１７７ ウバら ４，６０６，９８２ ネルソンら ４，２１２，１７９ ジューアジェンス(Juergens) ４，１５８，３００ フグ(Hug) ら ４，１１２，２０２ フグら ４，０９９，４０１ フグら ４，０６４，７２５ フグら ３，４９４，８００ ショールド
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の電気化学電池
は、超薄型の非貫通（又は穴隙を有していない）電極プ
レートを超薄型の活性材料層および薄型の吸収性セパレ
ーター材料層と共に用いることを特徴とする。最適の装
置では、最初は電解質は過剰量の電解質で生産される
が、加工中に電解質の容積は電池に達し、電解質の容積
はセパレーターと電極材料の吸収能に対してほぼ飽和し
た状態に保たれる。本発明において、電気化学電池は鉛
またはニッケルの穴隙を有さないシートであって厚みが
０．０５０８ｍｍ（０．００２インチ）のものを用いて
生産される。シートの両側表面上に保持された活性材料
またはペーストの厚みは、０．０５０８〜０．０７６２
ｍｍ（０．００２〜０．００３インチ）である。プレー
ト間の間隔は、０．１２７〜０．１７７８ｍｍ（０．０
０５〜０．００７インチ）である。本発明の電池は、活
性材料比に対してプレート表面積が異常に高いことをも
特徴としている。鉛酸電池を用いるときには、活性材料
は正のプレートに対しては硫酸化鉛ペーストまたはＰｂ
ＯおよびＰｂ3Ｏ4であり、負のプレートに対してＰｂＯ
であることができる。硫酸化ペーストを用いるときに
は、電解質の比重は約１．２８である。鉛ペーストの純
度は９９％を上回る。スズを含有するときには、鉛は９
９．５０％が純粋な鉛で、０．５０％がスズであること
ができる。スズを用いないときには、鉛の純度は９９．
９９％である。
は、超薄型の非貫通（又は穴隙を有していない）電極プ
レートを超薄型の活性材料層および薄型の吸収性セパレ
ーター材料層と共に用いることを特徴とする。最適の装
置では、最初は電解質は過剰量の電解質で生産される
が、加工中に電解質の容積は電池に達し、電解質の容積
はセパレーターと電極材料の吸収能に対してほぼ飽和し
た状態に保たれる。本発明において、電気化学電池は鉛
またはニッケルの穴隙を有さないシートであって厚みが
０．０５０８ｍｍ（０．００２インチ）のものを用いて
生産される。シートの両側表面上に保持された活性材料
またはペーストの厚みは、０．０５０８〜０．０７６２
ｍｍ（０．００２〜０．００３インチ）である。プレー
ト間の間隔は、０．１２７〜０．１７７８ｍｍ（０．０
０５〜０．００７インチ）である。本発明の電池は、活
性材料比に対してプレート表面積が異常に高いことをも
特徴としている。鉛酸電池を用いるときには、活性材料
は正のプレートに対しては硫酸化鉛ペーストまたはＰｂ
ＯおよびＰｂ3Ｏ4であり、負のプレートに対してＰｂＯ
であることができる。硫酸化ペーストを用いるときに
は、電解質の比重は約１．２８である。鉛ペーストの純
度は９９％を上回る。スズを含有するときには、鉛は９
９．５０％が純粋な鉛で、０．５０％がスズであること
ができる。スズを用いないときには、鉛の純度は９９．
９９％である。
【０００９】当該技術分野に知られている任意の数のセ
パレーター材料を本発明で用いることができる。一つの
好適なガラスマイクロファイバー材料は、直径が１〜４
ミクロンの繊維９０％と、それと一緒に織られたか、ま
たは配向したマットとして存在する大きめの繊維である
繊維１０％とから成っている。本発明の電気化学電池の
一つの態様では、電極プレートの表面は物理的に粗面化
されているか、または化学的にエッチングを施されてお
り、プレート表面への活性材料の薄層の接着力が増加す
る。本発明の電気化学電池は、改良された端子電極付属
装置組立体をも特徴とする。本発明によれば、電極プレ
ートの一つの連続した縁は電池端子と接触して、効率的
な低抵抗導電性通路を生じ、速やかな放電電池における
過剰の熱の集中が少なくなる。本発明の電気化学電池
は、上記に引用した様々な文献に記載されている方法に
よって製造された電池と比較して、再充電／放電能が著
しく改良されている。長期間の放電プロフィール中に
は、最大電流可能出力は増加するが、電流値はその最大
値付近に維持される。再充電時間も劇的に減少する。再
充電は、電池が過充電されない限り、１０Ｃ（電池のア
ンペア数の１０倍）まで達することができる。本発明の
電気化学電池は、工程要素の独特な組み合わせを用いて
製造する。本発明の一つの態様では、単一のシートから
なるセパレーター材料を用いるために電池を螺旋状に巻
くことのできるマンドレルを採用してもよい。
パレーター材料を本発明で用いることができる。一つの
好適なガラスマイクロファイバー材料は、直径が１〜４
ミクロンの繊維９０％と、それと一緒に織られたか、ま
たは配向したマットとして存在する大きめの繊維である
繊維１０％とから成っている。本発明の電気化学電池の
一つの態様では、電極プレートの表面は物理的に粗面化
されているか、または化学的にエッチングを施されてお
り、プレート表面への活性材料の薄層の接着力が増加す
る。本発明の電気化学電池は、改良された端子電極付属
装置組立体をも特徴とする。本発明によれば、電極プレ
ートの一つの連続した縁は電池端子と接触して、効率的
な低抵抗導電性通路を生じ、速やかな放電電池における
過剰の熱の集中が少なくなる。本発明の電気化学電池
は、上記に引用した様々な文献に記載されている方法に
よって製造された電池と比較して、再充電／放電能が著
しく改良されている。長期間の放電プロフィール中に
は、最大電流可能出力は増加するが、電流値はその最大
値付近に維持される。再充電時間も劇的に減少する。再
充電は、電池が過充電されない限り、１０Ｃ（電池のア
ンペア数の１０倍）まで達することができる。本発明の
電気化学電池は、工程要素の独特な組み合わせを用いて
製造する。本発明の一つの態様では、単一のシートから
なるセパレーター材料を用いるために電池を螺旋状に巻
くことのできるマンドレルを採用してもよい。
【００１０】電池のプレートをマンドレル装置に挿入す
る前に、好適な電気化学的に活性なペーストをコーティ
ングする。セパレーターシートを巻き付ける前に電解質
を浸透させるので、巻き付け後に系に電解質を加える必
要がなくなる。このような浸透は、ロールの外側表面に
向って精確に計量された電解質のフローを有する多孔性
のセラミックロールに通った吸収性のセパレーター材料
を通すことによって行うことができる。巻き付け工程の
後に、自由末端を切断し、螺旋状に巻かれた単位電池を
固定し、ポリプロピレンスリーブに、最終的には金属缶
に置く。端子電極組立体を、周囲を固定した缶の中に電
池を導入する前に電池の両端に固定する。
る前に、好適な電気化学的に活性なペーストをコーティ
ングする。セパレーターシートを巻き付ける前に電解質
を浸透させるので、巻き付け後に系に電解質を加える必
要がなくなる。このような浸透は、ロールの外側表面に
向って精確に計量された電解質のフローを有する多孔性
のセラミックロールに通った吸収性のセパレーター材料
を通すことによって行うことができる。巻き付け工程の
後に、自由末端を切断し、螺旋状に巻かれた単位電池を
固定し、ポリプロピレンスリーブに、最終的には金属缶
に置く。端子電極組立体を、周囲を固定した缶の中に電
池を導入する前に電池の両端に固定する。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明によれば、優れた充電およ
び放電特性を有する電気化学電池が記載される。薄膜の
取扱いの分野における技術の飛躍的進歩により、当該分
野において前例のない性能特性を有する高速電気化学電
池を作成することが可能となった。鉛（鉛酸系）または
ニッケル（カドミウムニッケル系）の超薄型の穴隙を有
さないフィルムを活性材料の極めて薄い層と組み合わせ
て用いることにより、放電速度が極限まで上がっても活
性材料を極めて高率で利用する電池を作成することが可
能である。それ故、極端な負荷の下でも、この電池のプ
レート内では実質的な電圧降下はない。このような超薄
型プレートを用いるときに提供されるもう一つの利点
は、フィルム横断面積が増加し、これが放電中に発生し
た熱のおおきな放熱器を提供することである。多くの迅
速放電電池では、実質的な熱の蓄積がある。本発明は、
電流密度が極めて低い電気化学電池であってこれによっ
て熱の生成が減少するものを記載する。本発明の電気化
学電池は電気化学的に活性な金属（一般的には鉛または
ニッケル）の超薄型で穴隙を有さないフィルムであって
両側に電気化学的に活性なペーストをコーティングした
ものから成っている。電気化学電池の正および負の「プ
レート」は、セパレーター材料によって互いに離して保
持されている。セパレーター材料は、封入された電池材
料に含まれている電解質を吸収する働きも行う。本発明
による電池単位の模式図を図１に示す。正のプレート１
０、セパレーター１２および負のプレート１４が、電気
化学的単位電池１６を構成する。正のプレート１０と負
のプレート１２は両方とも、好適な電気化学的に活性な
ペーストの層２０を両面に部分的にコーティングした鉛
またはニッケルの超薄型フィルム１８から成る。
び放電特性を有する電気化学電池が記載される。薄膜の
取扱いの分野における技術の飛躍的進歩により、当該分
野において前例のない性能特性を有する高速電気化学電
池を作成することが可能となった。鉛（鉛酸系）または
ニッケル（カドミウムニッケル系）の超薄型の穴隙を有
さないフィルムを活性材料の極めて薄い層と組み合わせ
て用いることにより、放電速度が極限まで上がっても活
性材料を極めて高率で利用する電池を作成することが可
能である。それ故、極端な負荷の下でも、この電池のプ
レート内では実質的な電圧降下はない。このような超薄
型プレートを用いるときに提供されるもう一つの利点
は、フィルム横断面積が増加し、これが放電中に発生し
た熱のおおきな放熱器を提供することである。多くの迅
速放電電池では、実質的な熱の蓄積がある。本発明は、
電流密度が極めて低い電気化学電池であってこれによっ
て熱の生成が減少するものを記載する。本発明の電気化
学電池は電気化学的に活性な金属（一般的には鉛または
ニッケル）の超薄型で穴隙を有さないフィルムであって
両側に電気化学的に活性なペーストをコーティングした
ものから成っている。電気化学電池の正および負の「プ
レート」は、セパレーター材料によって互いに離して保
持されている。セパレーター材料は、封入された電池材
料に含まれている電解質を吸収する働きも行う。本発明
による電池単位の模式図を図１に示す。正のプレート１
０、セパレーター１２および負のプレート１４が、電気
化学的単位電池１６を構成する。正のプレート１０と負
のプレート１２は両方とも、好適な電気化学的に活性な
ペーストの層２０を両面に部分的にコーティングした鉛
またはニッケルの超薄型フィルム１８から成る。
【００１２】このフィルムは極めて薄いのみならず、穴
隙を有さないということ（即ち、非貫通であること）が
重要である。本発明の更に重要な要素の一つは、任意の
活性材料ペースト２０がこれをコーティングしているフ
ィルム１８から０．１２７ｍｍ（０．００５インチ）を
上回る距離にはないことである。本発明によれば、電気
化学電池に用いられるフィルム１８の厚みは０．１２７
ｍｍ（０．００５インチ）以下である。好ましい態様で
は、フィルム１８の厚みは０．０７６２〜０．０３８１
ｍｍ（０．００３〜０．００１５インチ）である。この
ような薄型フィルムを取扱い且つこれを機能的な電気化
学電池に組み込むことは、以前は不可能と考えられてい
た。ある種の方法では、本発明の電気化学電池は、標準
的な電解質性コンデンサーの線に沿って構成される。こ
のような活性材料の薄膜を用いると、このような電気化
学電池における重要な変数であるフィルムの表面積の活
性なペースト材料に対する比率を著しく増加させること
が可能である。本発明では、活性材料１ｇに対して表面
積が２６．０ｃｍ2を上回る電池を記載する。
隙を有さないということ（即ち、非貫通であること）が
重要である。本発明の更に重要な要素の一つは、任意の
活性材料ペースト２０がこれをコーティングしているフ
ィルム１８から０．１２７ｍｍ（０．００５インチ）を
上回る距離にはないことである。本発明によれば、電気
化学電池に用いられるフィルム１８の厚みは０．１２７
ｍｍ（０．００５インチ）以下である。好ましい態様で
は、フィルム１８の厚みは０．０７６２〜０．０３８１
ｍｍ（０．００３〜０．００１５インチ）である。この
ような薄型フィルムを取扱い且つこれを機能的な電気化
学電池に組み込むことは、以前は不可能と考えられてい
た。ある種の方法では、本発明の電気化学電池は、標準
的な電解質性コンデンサーの線に沿って構成される。こ
のような活性材料の薄膜を用いると、このような電気化
学電池における重要な変数であるフィルムの表面積の活
性なペースト材料に対する比率を著しく増加させること
が可能である。本発明では、活性材料１ｇに対して表面
積が２６．０ｃｍ2を上回る電池を記載する。
【００１３】活性材料ペースト２０の薄層を、負および
正のフィルム１８の両面の大半部に塗布する。それぞれ
の層は厚みが精々０．１２７ｍｍ（０．００５インチ）
であり、本発明の好ましい態様では、活性材料ペースト
２０の層の厚みは０．０５０８〜０．０７６２ｍｍ
（０．００２〜０．００３インチ）である。正及び負の
プレート１０，１４はいずれも厚みは精々０．２５４ｍ
ｍ（０．０１インチ）であり、好ましい態様では厚みは
０．１２７〜０．２０３２ｍｍ（０．００５〜０．００
８インチ）であり、プレート間間隔は０．１２７〜０．
１７７８ｍｍ（０．００５〜０．００７インチ）であ
る。それぞれの単位電池１６では、正のプレート１０、
セパレーター１２および負のプレート１４は、第１図に
示されるような特異的な物理的関係で互いに固定されて
いる。金属フィルム１８の両面の大半には、１つ置きに
設けられている折り曲げて水平とする末端部２２，２４
に沿って以外は、活性な材料ペースト２０がコーティン
グされている。正のプレート１０には、上方の水平とし
た末端部２２に隣接する面２６の部分には活性材料ペー
スト２０がコーティングされておらず、負のプレート１
４では、下方の折り曲げて水平とする末端部２４に隣接
する面２８の部分には活性材料ペースト２０がコーティ
ングされていない。プレート１０，１４およびセパレー
ター１２の物理的配置も図１に示されている。例えば、
正のプレート１０はコーティングされていない部分２６
が負のプレート１４およびセパレーター１２の両者の上
方にまで伸びるように配置されている。最上部へは、セ
パレーター１２は負のプレート１４を越えて伸びている
が、正のプレートほどは伸びておらず、最下部へは、セ
パレーター１２は正のプレート１０を越えて伸びている
が、負のプレート１４ほどは伸びていない。正および負
のプレートの相対的位置が逆転するように構成すること
は勿論可能である。
正のフィルム１８の両面の大半部に塗布する。それぞれ
の層は厚みが精々０．１２７ｍｍ（０．００５インチ）
であり、本発明の好ましい態様では、活性材料ペースト
２０の層の厚みは０．０５０８〜０．０７６２ｍｍ
（０．００２〜０．００３インチ）である。正及び負の
プレート１０，１４はいずれも厚みは精々０．２５４ｍ
ｍ（０．０１インチ）であり、好ましい態様では厚みは
０．１２７〜０．２０３２ｍｍ（０．００５〜０．００
８インチ）であり、プレート間間隔は０．１２７〜０．
１７７８ｍｍ（０．００５〜０．００７インチ）であ
る。それぞれの単位電池１６では、正のプレート１０、
セパレーター１２および負のプレート１４は、第１図に
示されるような特異的な物理的関係で互いに固定されて
いる。金属フィルム１８の両面の大半には、１つ置きに
設けられている折り曲げて水平とする末端部２２，２４
に沿って以外は、活性な材料ペースト２０がコーティン
グされている。正のプレート１０には、上方の水平とし
た末端部２２に隣接する面２６の部分には活性材料ペー
スト２０がコーティングされておらず、負のプレート１
４では、下方の折り曲げて水平とする末端部２４に隣接
する面２８の部分には活性材料ペースト２０がコーティ
ングされていない。プレート１０，１４およびセパレー
ター１２の物理的配置も図１に示されている。例えば、
正のプレート１０はコーティングされていない部分２６
が負のプレート１４およびセパレーター１２の両者の上
方にまで伸びるように配置されている。最上部へは、セ
パレーター１２は負のプレート１４を越えて伸びている
が、正のプレートほどは伸びておらず、最下部へは、セ
パレーター１２は正のプレート１０を越えて伸びている
が、負のプレート１４ほどは伸びていない。正および負
のプレートの相対的位置が逆転するように構成すること
は勿論可能である。
【００１４】「Ｄ」サイズの電池を製造する本発明の一
態様では、負および正のフィルム１８の高さは３８．１
ｍｍ（１．５インチ）である。コーティングされていな
い末端はコーティングされたプレートを越えて６〜８ｍ
ｍ伸び、セパレーター１２はコーティングされたプレー
トを越えて２〜４ｍｍ伸びている。コーティングされる
フィルム１８の表面は、活性ペースト２０を塗布する前
にエッチングまたは粗面化しておくのが好ましい。これ
によってペーストとフィルムが一層適度に接着する。本
発明の好ましい態様では、電気化学電池は第２図に示さ
れるように１本の螺旋状に巻かれた単位電池から構成さ
れている。勿論、本発明は、任意の数の単位電池を平行
に積み重ねたものを利用して用いることもできる。螺旋
状に巻かれた形状３０では、一本の連続したシート状セ
パレーター１２用いて、図２に示されるように負１４お
よび正１０のプレートを互いに分離することができる。
態様では、負および正のフィルム１８の高さは３８．１
ｍｍ（１．５インチ）である。コーティングされていな
い末端はコーティングされたプレートを越えて６〜８ｍ
ｍ伸び、セパレーター１２はコーティングされたプレー
トを越えて２〜４ｍｍ伸びている。コーティングされる
フィルム１８の表面は、活性ペースト２０を塗布する前
にエッチングまたは粗面化しておくのが好ましい。これ
によってペーストとフィルムが一層適度に接着する。本
発明の好ましい態様では、電気化学電池は第２図に示さ
れるように１本の螺旋状に巻かれた単位電池から構成さ
れている。勿論、本発明は、任意の数の単位電池を平行
に積み重ねたものを利用して用いることもできる。螺旋
状に巻かれた形状３０では、一本の連続したシート状セ
パレーター１２用いて、図２に示されるように負１４お
よび正１０のプレートを互いに分離することができる。
【００１５】本発明の好ましい端子コネクター３２は、
図３に示される。この端子コネクター３２は螺旋状に巻
かれたプレートとセパレーター単位の最上部（図１およ
び図５に示される、正の端子）および最下部（図１およ
び図５に示される、負の端子）付近で形成された完成し
た電気化学電池の成分である。好ましい端子コネクター
３２は、円盤形をした導電性要素であって、螺旋状に巻
かれた電池とほぼ同じ直径であり、円の中央部から外側
に放射状に延びる複数の長円形をした開口３４を有する
ものである。コネクター３２は、容易に連結するための
コネクターポスト３３を有することができる。もう一つ
のコネクター３８は図４に示される。この雛菊の花の形
をしたコネクターは、コネクター８０の本体８４から突
出している複数の放射状の羽根を有する。図１および図
２に示される物理的関係を有し、端子コネクター３２が
適所にある単位電池を図５に示す。好ましい態様では、
コネクター３２を螺旋状の電池（負および正のプレート
のコーティングされていない部分２６および２８が同一
平面上に伸びている場合）の最上部および最下部に適用
する。かかる動作の効果によって、コーティングされて
いない部分２６および２８は半径方向内側に曲げられる
必要がある。正および負のプレート１０，１４およびセ
パレーター１２のそれぞれの位置のために、図４に示さ
れるように、コーティングされていない部分２６，２８
は互いに接触し、セパレーター１２によって反対の極性
を有するプレートから分離されている。それ故、プレー
トとセパレーターの相対的な物理的位置は端子コネクタ
ー３２とプレートのコーティングされていない部分との
間を適正に連結するのに重要である。
図３に示される。この端子コネクター３２は螺旋状に巻
かれたプレートとセパレーター単位の最上部（図１およ
び図５に示される、正の端子）および最下部（図１およ
び図５に示される、負の端子）付近で形成された完成し
た電気化学電池の成分である。好ましい端子コネクター
３２は、円盤形をした導電性要素であって、螺旋状に巻
かれた電池とほぼ同じ直径であり、円の中央部から外側
に放射状に延びる複数の長円形をした開口３４を有する
ものである。コネクター３２は、容易に連結するための
コネクターポスト３３を有することができる。もう一つ
のコネクター３８は図４に示される。この雛菊の花の形
をしたコネクターは、コネクター８０の本体８４から突
出している複数の放射状の羽根を有する。図１および図
２に示される物理的関係を有し、端子コネクター３２が
適所にある単位電池を図５に示す。好ましい態様では、
コネクター３２を螺旋状の電池（負および正のプレート
のコーティングされていない部分２６および２８が同一
平面上に伸びている場合）の最上部および最下部に適用
する。かかる動作の効果によって、コーティングされて
いない部分２６および２８は半径方向内側に曲げられる
必要がある。正および負のプレート１０，１４およびセ
パレーター１２のそれぞれの位置のために、図４に示さ
れるように、コーティングされていない部分２６，２８
は互いに接触し、セパレーター１２によって反対の極性
を有するプレートから分離されている。それ故、プレー
トとセパレーターの相対的な物理的位置は端子コネクタ
ー３２とプレートのコーティングされていない部分との
間を適正に連結するのに重要である。
【００１６】本発明の端子配列によって、それぞれのプ
レート１０，１４と端子コネクター３２との接触を最大
にする改良された手段が得られる。コネクター３２に接
触するそれぞれのプレートの表面積が大きくなると、系
に生じる抵抗は小さくなり、生成した熱は少なくなる。
好ましい一態様では、コネクター３２はレーザー溶接ま
たはプラズマアーク溶接によって電気化学電池の端子に
永久的に取り付けられている。長円形の開口３４を配置
すると、溶接のためにコネクター３２の内部表面に接近
することができる。完成した電気化学電池端子組立体４
０の一態様を図６に示す。螺旋状に巻かれた単位電池１
６を最初にポリプロピレンで封止した容器４２に固定
し、第二に好ましくは排出手段（図示せず）を備えたス
テンレススチール製容器４３に固定する。端子コネクタ
ー３２は、トロイダルブレース(torroidal brace) ４２
によって所定位置に固定され、このブレースによって外
部端子４４と接触しているコネクター３２を固定する。
絶縁ワッシャー５１が外部端子４４をステンレススチー
ル製容器４３から絶縁している。
レート１０，１４と端子コネクター３２との接触を最大
にする改良された手段が得られる。コネクター３２に接
触するそれぞれのプレートの表面積が大きくなると、系
に生じる抵抗は小さくなり、生成した熱は少なくなる。
好ましい一態様では、コネクター３２はレーザー溶接ま
たはプラズマアーク溶接によって電気化学電池の端子に
永久的に取り付けられている。長円形の開口３４を配置
すると、溶接のためにコネクター３２の内部表面に接近
することができる。完成した電気化学電池端子組立体４
０の一態様を図６に示す。螺旋状に巻かれた単位電池１
６を最初にポリプロピレンで封止した容器４２に固定
し、第二に好ましくは排出手段（図示せず）を備えたス
テンレススチール製容器４３に固定する。端子コネクタ
ー３２は、トロイダルブレース(torroidal brace) ４２
によって所定位置に固定され、このブレースによって外
部端子４４と接触しているコネクター３２を固定する。
絶縁ワッシャー５１が外部端子４４をステンレススチー
ル製容器４３から絶縁している。
【００１７】鉛酸系を用いるときには、鉛の非貫通フィ
ルム１８は少なくとも９９．９９％の純度の鉛から成っ
ていることが好ましい。もう一つの態様では、鉛の純度
が９９．５０％で、０．５０％のスズを含むことができ
る。前記のように、鉛フィルム１８の厚みは０．１２７
ｍｍ（０．００５インチ）以下であり、好ましくは０．
０７６２〜０．０３８１ｍｍ（０．００３〜０．００１
５インチ）の厚みである。鉛酸電気化学電池には、典型
的に用いられる活性材料ペースト２０の多数の公知の組
み合わせがある。これらの一般的に用いられる系のいず
れも、本発明で用いるのに適している。例えば、正およ
び負のプレートの両方に用いられる硫酸化ＰｂＯは、正
のプレートにＰｂＯとＰｂ3Ｏ4を用いて、負のプレート
にはＰｂＯを用いた場合と同様に、満足な系を提供す
る。スポンジ鉛、一酸化鉛、鉛丹またはリーディーオキ
シド(leady oxide)の使用も可能である。唯一の重要な
ファクターは、活性材料ペースト２０が、これを前記の
ように一様な薄層で超薄鉛フィルム１８に適用すること
ができるような性状のものであることである。マックク
レランドおよびネルソンの特許明細書に例示されている
新世代の鉛酸電池に一般的に見られるように、吸収剤セ
パレーター１２の使用が重要である。前記のように、具
体的には鉛酸系の電気化学電池での使用が開示されてい
る数種類のセパレーター材料がある。本発明の目的に
は、一般に用いられる吸収性で透過性のセパレーターの
いずれも好適に作用する。一つの好ましい態様では、セ
パレーターはガラス製のマイクロファイバーであって、
繊維の９０％が直径が１〜４ミクロンであり、繊維の１
０％がそれより長く（長さが２５．４ｍｍ（１インチ）
まで）、非圧縮状態では９５％細孔性である。
ルム１８は少なくとも９９．９９％の純度の鉛から成っ
ていることが好ましい。もう一つの態様では、鉛の純度
が９９．５０％で、０．５０％のスズを含むことができ
る。前記のように、鉛フィルム１８の厚みは０．１２７
ｍｍ（０．００５インチ）以下であり、好ましくは０．
０７６２〜０．０３８１ｍｍ（０．００３〜０．００１
５インチ）の厚みである。鉛酸電気化学電池には、典型
的に用いられる活性材料ペースト２０の多数の公知の組
み合わせがある。これらの一般的に用いられる系のいず
れも、本発明で用いるのに適している。例えば、正およ
び負のプレートの両方に用いられる硫酸化ＰｂＯは、正
のプレートにＰｂＯとＰｂ3Ｏ4を用いて、負のプレート
にはＰｂＯを用いた場合と同様に、満足な系を提供す
る。スポンジ鉛、一酸化鉛、鉛丹またはリーディーオキ
シド(leady oxide)の使用も可能である。唯一の重要な
ファクターは、活性材料ペースト２０が、これを前記の
ように一様な薄層で超薄鉛フィルム１８に適用すること
ができるような性状のものであることである。マックク
レランドおよびネルソンの特許明細書に例示されている
新世代の鉛酸電池に一般的に見られるように、吸収剤セ
パレーター１２の使用が重要である。前記のように、具
体的には鉛酸系の電気化学電池での使用が開示されてい
る数種類のセパレーター材料がある。本発明の目的に
は、一般に用いられる吸収性で透過性のセパレーターの
いずれも好適に作用する。一つの好ましい態様では、セ
パレーターはガラス製のマイクロファイバーであって、
繊維の９０％が直径が１〜４ミクロンであり、繊維の１
０％がそれより長く（長さが２５．４ｍｍ（１インチ）
まで）、非圧縮状態では９５％細孔性である。
【００１８】硫酸化鉛酸化物を活性材料ペースト２０と
して用いるときには、用いられる硫酸電解質溶液の比重
は１．２０〜１．３２である。電池における電解質濃度
は過剰の電解質を加え、電池を加熱して過剰の電解質を
排出させることによって確立される。電気化学電池に用
いられる排出口の種類は、文献に記載され且つ当該技術
分野において通常の技術を有する者によって知られてい
るものであり、内圧が所定の水準を越えると作動して過
剰のガスを排出するものに類似していてもよい。加熱お
よび排出の後に電池に残っている電解質はほぼ飽和した
状態となり、通常の操作状態では幾らかの内圧（大気圧
を上回る）が保持される。その操作では、本発明の電池
は圧縮されたセパレーターと活性材料の総ボイド容積が
実質的に満たされ、しかも遊離の電解質が存在しないよ
うに保持される。電池に含まれる電解質の正確な量は、
これらの限界内では、本発明の機能にとって重要ではな
い。
して用いるときには、用いられる硫酸電解質溶液の比重
は１．２０〜１．３２である。電池における電解質濃度
は過剰の電解質を加え、電池を加熱して過剰の電解質を
排出させることによって確立される。電気化学電池に用
いられる排出口の種類は、文献に記載され且つ当該技術
分野において通常の技術を有する者によって知られてい
るものであり、内圧が所定の水準を越えると作動して過
剰のガスを排出するものに類似していてもよい。加熱お
よび排出の後に電池に残っている電解質はほぼ飽和した
状態となり、通常の操作状態では幾らかの内圧（大気圧
を上回る）が保持される。その操作では、本発明の電池
は圧縮されたセパレーターと活性材料の総ボイド容積が
実質的に満たされ、しかも遊離の電解質が存在しないよ
うに保持される。電池に含まれる電解質の正確な量は、
これらの限界内では、本発明の機能にとって重要ではな
い。
【００１９】
【実施例】前記のように、本発明によって製造される電
気化学電池は極めて優れた放電および再充電能を有す
る。図７に、マッククレランドの米国特許第３，８６
２，８６１号明細書（Ａ）およびネルソンの第４，７６
９，２９９号明細書（Ｂ）に記載されている電池につい
ての放電曲線と比較した本発明（Ｃ）の一態様による放
電曲線を示す。これから判るように、改良性能は単なる
相加的効果以上のものである。図７に示された放電曲線
を作成するのに用いられる電気化学電池は下記の特性を
有する。すなわち、穴隙を有していない鉛フィルムは９
９．５０％の鉛と０．５０％のスズとから成り、鉛フィ
ルムは厚みが０．０５０８ｍｍ（０．００２インチ）で
あり、硫酸化ペーストの厚みが０．０５０８ｍｍ（０．
００２インチ）の層をコーティングし、総プレート厚み
は０．１５２４ｍｍ（０．００６インチ）であり、電解
質は比重が１．２８の硫酸であり、ガラスマイクロファ
イバーセパレーターは非圧縮状態では９５％の細孔度を
有し、１〜４ミクロンの直径の繊維９０％とそれより直
径が長い２５．４ｍｍ（１インチ）までの繊維１０％を
含み、表面積は２ｍ2／ｇであった。「Ｄ」サイズの電
気化学電池では、鉛フィルムは長さが１１４３ｍｍ（４
５インチ）で高さが３８．１ｍｍ（１．５インチ）であ
り、活性材料ペースト各１ｇに対する表面積は２６．０
ｃｍ2であった。図８に、本発明の電気化学電池の製造
の一態様に必要な基本的要素を示す。この方法の中心的
要素は、回転可能なマンドレル５０である。マンドレル
５０は巻き上げ工程中にセパレーター１２を受け入れる
ことができる連続的キャビティー５２を特徴とする。
気化学電池は極めて優れた放電および再充電能を有す
る。図７に、マッククレランドの米国特許第３，８６
２，８６１号明細書（Ａ）およびネルソンの第４，７６
９，２９９号明細書（Ｂ）に記載されている電池につい
ての放電曲線と比較した本発明（Ｃ）の一態様による放
電曲線を示す。これから判るように、改良性能は単なる
相加的効果以上のものである。図７に示された放電曲線
を作成するのに用いられる電気化学電池は下記の特性を
有する。すなわち、穴隙を有していない鉛フィルムは９
９．５０％の鉛と０．５０％のスズとから成り、鉛フィ
ルムは厚みが０．０５０８ｍｍ（０．００２インチ）で
あり、硫酸化ペーストの厚みが０．０５０８ｍｍ（０．
００２インチ）の層をコーティングし、総プレート厚み
は０．１５２４ｍｍ（０．００６インチ）であり、電解
質は比重が１．２８の硫酸であり、ガラスマイクロファ
イバーセパレーターは非圧縮状態では９５％の細孔度を
有し、１〜４ミクロンの直径の繊維９０％とそれより直
径が長い２５．４ｍｍ（１インチ）までの繊維１０％を
含み、表面積は２ｍ2／ｇであった。「Ｄ」サイズの電
気化学電池では、鉛フィルムは長さが１１４３ｍｍ（４
５インチ）で高さが３８．１ｍｍ（１．５インチ）であ
り、活性材料ペースト各１ｇに対する表面積は２６．０
ｃｍ2であった。図８に、本発明の電気化学電池の製造
の一態様に必要な基本的要素を示す。この方法の中心的
要素は、回転可能なマンドレル５０である。マンドレル
５０は巻き上げ工程中にセパレーター１２を受け入れる
ことができる連続的キャビティー５２を特徴とする。
【００２０】ドラッグローラー５４を配置して、マンド
レル５０へのセパレーター１２の移動を円滑に促進す
る。ドラッグローラー５４は、電解質を形成させるとき
にプレートがきっちりと巻かれるように作用する。独特
なマンドレルを設計すると、それぞれの単位電池に用い
られるセパレーター１２の単一シートを用いることがで
きる。セパレーターが通過しなければならない多孔性の
セラミックロールも示される。本出願の好ましい態様で
は、セラミックロール５６は電解質を含む貯溜容器５７
と結合している。計量手段５８は貯溜容器５７と連結し
ており、一定量の電解質をセラミックロール５６の内部
に送る。セラミックロール５６は、表面内部に含まれる
電解質がロールの表面へ流れ、電解質はロール間を通過
する多孔性セパレーター１２中に吸収されるように構成
されている。この方法によって、正確な量の電解質が巻
かれた電気化学電池に組み込まれるようにすることがで
きる。セパレーターに加えられる電解質の量は十分少量
であって、セパレーターとプレート１０，１４は互いに
きっちりと巻かれているので巻き上げ工程中にセパレー
ター１２からは電解質が「絞り出される」としても少量
になるような量である。勿論、電解質は従来の手法によ
って電池に加えることができた。例えば、電池を巻き上
げて、キャニスターに配置した後、液状の電解質をこの
時点で電池に加えることができる。
レル５０へのセパレーター１２の移動を円滑に促進す
る。ドラッグローラー５４は、電解質を形成させるとき
にプレートがきっちりと巻かれるように作用する。独特
なマンドレルを設計すると、それぞれの単位電池に用い
られるセパレーター１２の単一シートを用いることがで
きる。セパレーターが通過しなければならない多孔性の
セラミックロールも示される。本出願の好ましい態様で
は、セラミックロール５６は電解質を含む貯溜容器５７
と結合している。計量手段５８は貯溜容器５７と連結し
ており、一定量の電解質をセラミックロール５６の内部
に送る。セラミックロール５６は、表面内部に含まれる
電解質がロールの表面へ流れ、電解質はロール間を通過
する多孔性セパレーター１２中に吸収されるように構成
されている。この方法によって、正確な量の電解質が巻
かれた電気化学電池に組み込まれるようにすることがで
きる。セパレーターに加えられる電解質の量は十分少量
であって、セパレーターとプレート１０，１４は互いに
きっちりと巻かれているので巻き上げ工程中にセパレー
ター１２からは電解質が「絞り出される」としても少量
になるような量である。勿論、電解質は従来の手法によ
って電池に加えることができた。例えば、電池を巻き上
げて、キャニスターに配置した後、液状の電解質をこの
時点で電池に加えることができる。
【００２１】負のプレート１４がマンドレル５０へと前
進するときの、負のプレート１４を図９に示す。正のプ
レート１０は反対方向からマンドレル５０に前進するこ
とが判り、両者はセパレーター１２の通常の平面に対し
て垂直になっている。プレート１０，１４は共にマンド
レル５０へと前進し、プレートのキャリッジ６０に固定
される。プレートキャリッジ６０はコンベヤーベルトと
して働き、プレートのマンドレルへの前進を促進する。
活性材料ペースト２０を、図示されていないプレート１
０，１４の両面（前記のように、プレートの面の所定部
分はコーティングされない）に適用する。ペースト２０
は、高圧ブラシまたは高圧スプレーノズルを使用して適
用することができる。活性材料ペースト２０をプレート
１０，１４に適用した後、プレートに赤外熱源によって
フラッシュ乾燥を施す。ペースト２０は適用されたとき
には、比較的少量の水分を含み、極めて短時間で適度に
乾燥する。本発明の好ましい態様では、コーティングさ
れるペーストの表面に刻み目を付けまたはエッチングす
るペーストの適用領域前にある種の機構（図示せず）が
提供される。このような刻み目を付けることによってプ
レートへの活性材料ペーストの接着が促進され、化学的
または物理的工程によって行うことができる。
進するときの、負のプレート１４を図９に示す。正のプ
レート１０は反対方向からマンドレル５０に前進するこ
とが判り、両者はセパレーター１２の通常の平面に対し
て垂直になっている。プレート１０，１４は共にマンド
レル５０へと前進し、プレートのキャリッジ６０に固定
される。プレートキャリッジ６０はコンベヤーベルトと
して働き、プレートのマンドレルへの前進を促進する。
活性材料ペースト２０を、図示されていないプレート１
０，１４の両面（前記のように、プレートの面の所定部
分はコーティングされない）に適用する。ペースト２０
は、高圧ブラシまたは高圧スプレーノズルを使用して適
用することができる。活性材料ペースト２０をプレート
１０，１４に適用した後、プレートに赤外熱源によって
フラッシュ乾燥を施す。ペースト２０は適用されたとき
には、比較的少量の水分を含み、極めて短時間で適度に
乾燥する。本発明の好ましい態様では、コーティングさ
れるペーストの表面に刻み目を付けまたはエッチングす
るペーストの適用領域前にある種の機構（図示せず）が
提供される。このような刻み目を付けることによってプ
レートへの活性材料ペーストの接着が促進され、化学的
または物理的工程によって行うことができる。
【００２２】プレートキャリッジ６０は、前端（マンド
レル５０に最も近い末端）が水平方向でマンドレル５０
に近寄ったり離れたりして移動することができるように
設計されている。本発明のプレートは、コーティングを
行ったときでも非常に薄いので、ほとんどまたは全く剛
性を持たないということを記憶しておくべきである。電
気化学電池の製造は一連の工程を通って進行する。この
方法は、ドラッグロール５４の周りで、マンドレル５０
の開口を通り且つ２組の多孔性のセラミックロール５６
の間に、セパレーターを配置することによって始まる。
セパレーターシートは、マンドレル５０の上方および下
方のいずれにも十分な長さを有し、全電気化学電池に対
して十分な分離を提供するものでなければならない。好
ましい態様では、セパレーターの単一源をマンドレル５
０の上または下方のいずれかに用いることができ、この
方法の初期段階は、セラミックロール５６を通り、第一
のドラッグロール５４を通過し、マンドレルの開口を通
り、第二のドラッグロール５４を通過したセパレーター
のスレッディング(threading) である。この段階で、電
池に用いられるセパレーターの全量に電解質を浸透させ
た。もう一つの態様では、セパレーターのプレカット区
分を用いることができる。このような態様では、セパレ
ーターは、セパレーターを各種の要素の間に横方向に移
動させ且つ１電池単位に対してマンドレルの上方および
下方の両方でセパレーターの正確な量を有することによ
って適正な位置に配置することができる。この態様で
は、セパレーターを、マンドレルに対して所定の位置に
置く前に、電解質を含むセラミックロール中を通過させ
なければならない。
レル５０に最も近い末端）が水平方向でマンドレル５０
に近寄ったり離れたりして移動することができるように
設計されている。本発明のプレートは、コーティングを
行ったときでも非常に薄いので、ほとんどまたは全く剛
性を持たないということを記憶しておくべきである。電
気化学電池の製造は一連の工程を通って進行する。この
方法は、ドラッグロール５４の周りで、マンドレル５０
の開口を通り且つ２組の多孔性のセラミックロール５６
の間に、セパレーターを配置することによって始まる。
セパレーターシートは、マンドレル５０の上方および下
方のいずれにも十分な長さを有し、全電気化学電池に対
して十分な分離を提供するものでなければならない。好
ましい態様では、セパレーターの単一源をマンドレル５
０の上または下方のいずれかに用いることができ、この
方法の初期段階は、セラミックロール５６を通り、第一
のドラッグロール５４を通過し、マンドレルの開口を通
り、第二のドラッグロール５４を通過したセパレーター
のスレッディング(threading) である。この段階で、電
池に用いられるセパレーターの全量に電解質を浸透させ
た。もう一つの態様では、セパレーターのプレカット区
分を用いることができる。このような態様では、セパレ
ーターは、セパレーターを各種の要素の間に横方向に移
動させ且つ１電池単位に対してマンドレルの上方および
下方の両方でセパレーターの正確な量を有することによ
って適正な位置に配置することができる。この態様で
は、セパレーターを、マンドレルに対して所定の位置に
置く前に、電解質を含むセラミックロール中を通過させ
なければならない。
【００２３】セパレーターが所定の位置にきたならば、
マンドレルをその軸の周りに（矢印Ａによって示される
ように）半回転させて、マンドレルの開口が水平位置に
なるようにする。この時点で、プレートキャリッジ６０
がマンドレル５０の方へ前進し、プレート１０，１４が
図９に示されるようにマンドレル５０とドラッグロール
との間に作られるセパレーターのギャップに入り込むよ
うにする。次に、ドラッグロールを前進させてプレート
と噛み合うようにする。図１０に、本発明のマンドレル
５０の詳細図を示す。クランプ５５がセパレーター受入
ギャップと結合している。クランプ５５は、マンドレル
５０が所定の位置に来た後にマンドレル５０中にセパレ
ーターの固定を促進する働きをする。電池の形成が完了
したならば、クランプ５５を解放し、電池はマンドレル
から一層容易に取り出すことができる。プレートが噛み
合えば、プレートキャリッジは水平方向にマンドレル５
０から離れる。マンドレルは、（図９に示された例では
時計と逆方向に）回転させ、電池単位を作るこができ
る。ドラッグロール５４は、電池単位が作られるときに
電池単位の拡張する直径に抗して一定量の圧を生じる。
巻き上げの「きつさ」は、次のような多数の要因によっ
て制御される。すなわち、マンドレル５０の回転速度、
成長する電池に対するドラッグロールによって加えられ
る張力、およびマンドレル５０に対するセパレーターお
よびプレートの源張力（source tension) である。
マンドレルをその軸の周りに（矢印Ａによって示される
ように）半回転させて、マンドレルの開口が水平位置に
なるようにする。この時点で、プレートキャリッジ６０
がマンドレル５０の方へ前進し、プレート１０，１４が
図９に示されるようにマンドレル５０とドラッグロール
との間に作られるセパレーターのギャップに入り込むよ
うにする。次に、ドラッグロールを前進させてプレート
と噛み合うようにする。図１０に、本発明のマンドレル
５０の詳細図を示す。クランプ５５がセパレーター受入
ギャップと結合している。クランプ５５は、マンドレル
５０が所定の位置に来た後にマンドレル５０中にセパレ
ーターの固定を促進する働きをする。電池の形成が完了
したならば、クランプ５５を解放し、電池はマンドレル
から一層容易に取り出すことができる。プレートが噛み
合えば、プレートキャリッジは水平方向にマンドレル５
０から離れる。マンドレルは、（図９に示された例では
時計と逆方向に）回転させ、電池単位を作るこができ
る。ドラッグロール５４は、電池単位が作られるときに
電池単位の拡張する直径に抗して一定量の圧を生じる。
巻き上げの「きつさ」は、次のような多数の要因によっ
て制御される。すなわち、マンドレル５０の回転速度、
成長する電池に対するドラッグロールによって加えられ
る張力、およびマンドレル５０に対するセパレーターお
よびプレートの源張力（source tension) である。
【００２４】電池単位の所望な直径が達成されそうにな
ると、プレート１０，１４はマンドレル５０に最も近い
プレートキャリッジ６０の両端で切断される。尾ラップ
をプレートの両端に取り付け、電池の周りに巻き付けた
ならば、サイジングロールまたはホットドラッグワイヤ
ーでヒートシールすることができる。螺旋状に巻かれた
形状で封止したならば、マンドレルとドラッグロールを
元に戻し、電池を有用な手段に組み込むことができる。
巻かれて封止した電池の加工は、当該技術分野における
熟練した者に一般的に知られており且つ利用可能な方法
によって行うことができる。前記のように、且つ図１１
に示されるように、本発明のコネクターの構成および製
造も独特なものである。電池は、螺旋状に巻かれたプレ
ートの最上部および最下部から成る正および負の末端を
備えている。柔軟なプレート要素を互いにきつくプレス
して本質的に連続したプレートを形成させる、即ち、螺
旋状に巻かれた電池の上方および下方を覆うように円運
動を適用してコネクターを電池の最上部および最下部の
所定の位置に配置させる。円運動によって電池の所定位
置に配置されたならば、コネクターをアーク溶接または
レーザー溶接法によって固定する。この構成によって、
再充電または放電の際の電気の低抵抗通路が提供され
る。
ると、プレート１０，１４はマンドレル５０に最も近い
プレートキャリッジ６０の両端で切断される。尾ラップ
をプレートの両端に取り付け、電池の周りに巻き付けた
ならば、サイジングロールまたはホットドラッグワイヤ
ーでヒートシールすることができる。螺旋状に巻かれた
形状で封止したならば、マンドレルとドラッグロールを
元に戻し、電池を有用な手段に組み込むことができる。
巻かれて封止した電池の加工は、当該技術分野における
熟練した者に一般的に知られており且つ利用可能な方法
によって行うことができる。前記のように、且つ図１１
に示されるように、本発明のコネクターの構成および製
造も独特なものである。電池は、螺旋状に巻かれたプレ
ートの最上部および最下部から成る正および負の末端を
備えている。柔軟なプレート要素を互いにきつくプレス
して本質的に連続したプレートを形成させる、即ち、螺
旋状に巻かれた電池の上方および下方を覆うように円運
動を適用してコネクターを電池の最上部および最下部の
所定の位置に配置させる。円運動によって電池の所定位
置に配置されたならば、コネクターをアーク溶接または
レーザー溶接法によって固定する。この構成によって、
再充電または放電の際の電気の低抵抗通路が提供され
る。
【００２５】上記の説明から明らかなように、プレート
とセパレーターは、それらがマンドレル中に巻かれてい
るときに処理される。プレートは活性材料をコーティン
グした後、（すべてがマンドレルおよび螺旋状に巻取り
つつある電池に到達する前に）フラッシュ乾燥する。セ
パレーターが多孔性のセラミックロールの間を通過する
ときに、セパレーターを電解質に含浸させる。本発明
は、総ての電気化学電池、特に鉛酸およびニッケルクロ
ム系に適用される。以上の説明および示した例は例示の
ためのものであり、本願の特許請求の範囲を制限するこ
とを意味するものではない。
とセパレーターは、それらがマンドレル中に巻かれてい
るときに処理される。プレートは活性材料をコーティン
グした後、（すべてがマンドレルおよび螺旋状に巻取り
つつある電池に到達する前に）フラッシュ乾燥する。セ
パレーターが多孔性のセラミックロールの間を通過する
ときに、セパレーターを電解質に含浸させる。本発明
は、総ての電気化学電池、特に鉛酸およびニッケルクロ
ム系に適用される。以上の説明および示した例は例示の
ためのものであり、本願の特許請求の範囲を制限するこ
とを意味するものではない。
【図１】本発明の一つの態様による一対の電池単位の模
式的な垂直横断面図である。
式的な垂直横断面図である。
【図２】本発明の一つの態様による螺旋状に巻かれた電
池単位の模式的な水平横断面図である。
池単位の模式的な水平横断面図である。
【図３】本発明による端子コネクターの一態様の平面図
である。
である。
【図４】本発明による端子コネクターのもう一つの態様
の平面図である。
の平面図である。
【図５】本発明の一つの態様による螺旋状に巻かれた電
池単位の部分の模式的な垂直横断面図である。
池単位の部分の模式的な垂直横断面図である。
【図６】本発明の電池単位の一態様の端子部分の部分横
断面図である。
断面図である。
【図７】本発明の電池を従来の電池と比較する放電曲線
を表わす。
を表わす。
【図８】螺旋形の電池成分を巻いているときの巻き上げ
機を模式的に表わしたものである。
機を模式的に表わしたものである。
【図９】本発明のマンドレルの図である。
【図１０】本発明の電池上にコネクターを置くのに用い
られる方法を表わしたものである。
られる方法を表わしたものである。
【図１１】本発明の電池のコネクターの構成を示すもの
である。
である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−63777（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−199771（ＪＰ，Ａ) 実公 昭35−27727（ＪＰ，Ｙ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01M 10/12 H01M 10/04 H01M 2/22 H01M 4/14
Claims (13)
- 【請求項１】 基本的には鉛から構成され、本質的には
穴隙を有さず、その厚さが０．１２７ｍｍ以下であるフ
ィルムと、同フィルムの両面に塗布された多孔質で電気
化学的に活性を有するペーストを含む、厚さが０．２５
４ｍｍ以下の第１のプレートと、同第１のプレートとは
反対の極性を有するプレートであって、第１のプレート
とは介在物を介して重ね合わされている第２のプレート
と、同第１のプレートと第２のプレートとの間に介在物
として設けられた多孔質のセパレーターと、同セパレー
ターの孔隙部に保持されている電解質と、上記第１およ
び第２のプレートと上記セパレーターの収容容器とを含
有する再充電可能な電気化学電池。 - 【請求項２】 上記第２のプレートが基本的には鉛から
構成されたフィルムと、その両面に塗布された多孔質電
気化学的に活性を有するペーストとを含む請求項１に記
載の電池。 - 【請求項３】 上記第２のプレートが０．２５４ｍｍ以
下の厚さで、上記第２のプレートフィルムが０．１２７
ｍｍ以下の厚さである請求項２に記載の電池。 - 【請求項４】 上記第２のプレートを構成フィルムが穴
隙を有していないものである請求項２又は３に記載の電
池。 - 【請求項５】 上記第１及び第２のプレートが０．２０
３ｍｍ以下の厚さで、上記第１及び第２プレートフィル
ムが０．０７６ｍｍ以下の厚さである請求項１〜４のい
ずれかに記載の電池。 - 【請求項６】 上記フィルムが少くとも９９．９９％が
鉛である請求項１〜５のいずれかに記載の電池。 - 【請求項７】 上記第１と第２のプレートと上記セパレ
ーターとが螺旋状に巻かれていて、それにより第１と第
２のプレートがセパレーターを介して重ね合わされてい
るものである請求項１〜６のいずれかに記載の電池。 - 【請求項８】 基本的には鉛から構成されその厚さが
０．１２７ｍｍ以下であるフィルムと同フィルムの両面
に塗布された多孔質で電気化学的に活性を有するペース
トとを含み、厚さが０．２５４ｍｍ以下の第１のプレー
トをセパレータを介して第１のプレートとは反対の極性
を有する第２のプレートに重ね合わせることを含む電気
化学的電池の製造方法。 - 【請求項９】 上記第２のプレートが基本的には鉛から
構成されたフィルムと、その両面に塗布された多孔質で
電気化学的に活性を有するペーストとを含む請求項８に
記載の方法。 - 【請求項１０】 第１のプレートが０．２０３ｍｍ以下
の厚さで、第１のプレートフィルムが０．０７６ｍｍ以
下の厚さである請求項８に記載の方法。 - 【請求項１１】 第２のプレートが０．２５４ｍｍ以下
の厚さで、第２のプレートフィルムが０．１２７ｍｍ以
下の厚さである請求項８〜１０のいずれかに記載の方
法。 - 【請求項１２】 第１と第２のプレートが共にすくなく
とも９９．７％が鉛である請求項１１項に記載の方法。 - 【請求項１３】 第２のプレートが実質的に穴隙を有し
ないものである請求項８〜１２のいずれかに記載の方
法。
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US36683789A | 1989-06-14 | 1989-06-14 | |
| US366837 | 1989-09-27 | ||
| US413272 | 1989-09-27 | ||
| US07/413,272 US5045086A (en) | 1989-06-14 | 1989-09-27 | Method for manufacture of electrochemical cell |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2510109A Division JP2653723B2 (ja) | 1989-06-14 | 1990-06-14 | 超薄プレート電気化学電池および製造法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH117976A JPH117976A (ja) | 1999-01-12 |
| JP3005488B2 true JP3005488B2 (ja) | 2000-01-31 |
Family
ID=27003535
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2510109A Expired - Fee Related JP2653723B2 (ja) | 1989-06-14 | 1990-06-14 | 超薄プレート電気化学電池および製造法 |
| JP9039261A Expired - Lifetime JP3005488B2 (ja) | 1989-06-14 | 1997-02-24 | 超薄型プレート電気化学電池およびその製造方法 |
Family Applications Before (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2510109A Expired - Fee Related JP2653723B2 (ja) | 1989-06-14 | 1990-06-14 | 超薄プレート電気化学電池および製造法 |
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|---|---|
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| JP (2) | JP2653723B2 (ja) |
| CA (3) | CA2410721C (ja) |
| DK (1) | DK0494147T3 (ja) |
| WO (1) | WO1990016089A1 (ja) |
Families Citing this family (19)
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|---|---|---|---|---|
| EP0676821A1 (de) * | 1994-03-09 | 1995-10-11 | Wolfgang Herrmann | Elektrochemische Stromquelle |
| KR100417560B1 (ko) * | 1995-09-27 | 2004-04-28 | 소니 가부시끼 가이샤 | 젤리롤형고용량2차전지 |
| KR100189809B1 (ko) * | 1996-06-11 | 1999-06-01 | 손욱 | 권취 극판군 |
| FR2749988A1 (fr) * | 1996-06-14 | 1997-12-19 | Philips Electronics Nv | Dispositif d'accumulateurs pour un appareil electrique et/ou electronique et terminal de telecommunication comportant un tel dispositif |
| KR100210502B1 (ko) * | 1996-06-19 | 1999-07-15 | 손욱 | 권취극판군용 세퍼레이터 |
| US5700299A (en) * | 1996-12-12 | 1997-12-23 | Eveready Battery Company, Inc. | Battery core winder and method of winding a battery core |
| FI108986B (fi) | 1999-07-01 | 2002-04-30 | Emfitech Oy | Menetelmä anturielementin valmistamiseksi ja anturielementti |
| JP2005317345A (ja) * | 2004-04-28 | 2005-11-10 | Shin Kobe Electric Mach Co Ltd | 鉛蓄電池 |
| JP2005317501A (ja) * | 2004-11-24 | 2005-11-10 | Shin Kobe Electric Mach Co Ltd | エンジン駆動システム |
| US8709637B2 (en) | 2009-11-02 | 2014-04-29 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Electrode assembly with centrally wound separator member |
| KR101146401B1 (ko) | 2009-11-02 | 2012-05-17 | 삼성에스디아이 주식회사 | 이차 전지용 전극조립체 및 그 제조방법 |
| US9054387B2 (en) | 2010-04-07 | 2015-06-09 | Medtronic, Inc. | Electrode assembly including mandrel having removable portion |
| US8685557B2 (en) | 2010-04-07 | 2014-04-01 | Medtronic, Inc. | Electrode assembly including mandrel having a removable portion |
| US9299971B2 (en) | 2010-10-06 | 2016-03-29 | Medtronic, Inc. | Common carrier for the integrated mandrel battery assembly |
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