JP5010612B2 - 一体型導体を有する蓄電池電極 - Google Patents

Description

（関連出願の相互参照）
適用なし
（連邦政府委託研究に関する申立て）
適用なし
本発明は一般的に電気化学的蓄電池の構造に関し、特に、このような電池用の新規で改良された電極板に関する。

典型的には、電気化学型の蓄電池は複数の逆極性の第２電極と空間的に離間した状態で交互配置された複数の一極性の第１電極を含む１つ又は複数のセルを有する。複数の分離端子は各極性の電極を、通常、端子ポストに相互接続しているので、逆極性の２つの電極が各セルに設けられる。

米国特許第５，１５８，８４２号は逆極性の複数の交互配置された電極板を有する蓄電池の基本構造を開示している。各電極板は主要区画の１角部から外方向に突出するタブと共に電極の活性領域を形成する一般的に矩形の主要区画を有する。複数の１極性の電極板のタブが蓄電池の一方に沿って整合され、逆極性電極板のタブが蓄電池の他方で整合されている。同一極性の電極板の各タブは溶接等により接続ポストを有する端子の本体に電気的に接続されている。

ある型の電極板は、ニッケル・カドミウム及びニッケル・鉄電池システムで使用されるような、活性材料装備の電極に適するフレキシブル繊維プラークからなる。普通の繊維プラークは従来のめっき工程によりニッケルを反応的に拡散された圧縮混合細繊維から形成される。従来の電池は鉄ウールのような導電繊維により形成されたプラークを有するが、非導電繊維も使用された。この繊維は不規則にプラークの長さ、幅、及び厚み方向に配向され、接触部でニッケルで拡散接合される。得られた電極は電池の活性材料がその後の組み立て工程中に導入される穿孔部を有する。

図１に示されるように、典型的な従来の電極１０は矩形であり、他の直交する端部より相当に大きい一端部を有する。電極１０は主要、即ち、活性領域１２とタブ１６からなるシート状本体１１を有する。主要領域１２は均一な電極導電率を有する。タブ１６は主要区画１２のより長い端部から突出し、且つタブが金属のより大きな密度を有する部分１４を有する電気めっき工程により突出している。この部分１４により金属コンタクトタブ１８が電極本体１１に溶接される。最終電池において、電池電極は溶接され、即ち、同一極性の電極１０のコンタクトタブ１８に電気的に接続され、これらの電極を互いに接続する。

ある電池構成では電極から垂直に伸び且つ著しく長い端子を有する電極をより短い端部に沿って配置することを要求した。しかしながら、この配置において、タブから遠い電極部の実効抵抗がタブの近傍の電極部より相当に大きいことが見出された。従って、電極のより遠方の領域はタブ近傍の部分より効率的でなかった。

本発明は新規で且つ改良された電池セル及びこのセル用の電極を提供する。

電池セルは複数の逆極性の第２電極と交互に配置された一極性の複数の第１電極により形成される。第１及び第２電極の各々は不織布の一部がタブを形成するように突出した第１端部及び第１端部に対して垂直であり且つ好ましくは実質的により長い第２端部を有する不織布のシートからなる。不織布は第２端部から遠いシートの金属めっきされた領域より大きな電気導電率を有する第２端部に沿ってストリップ（細長）部を形成するように付着された金属を有する。このストリップ部はタブに沿って継続して伸びている。

第１端子は各タブに沿ってストリップ部と電気的に接触状態に第１電極のタブに取付けられている。第２端子は第２電極上のタブに沿ってストリップ部と電気的に接触するように取付けられている。

好ましい実施例において、不織布はポリプロピレン繊維から形成された針（ニードル）打抜きフェルトである。ニードル打抜きフェルトは金属で被覆されている。好ましくは、不織布は金属で電気鍍金され、金属のより大きな密度は第２端部に沿って付着される。

まず図２を参照すると、本発明による電池２０は単一のセル２２を有するが、本発明の概念が複数のセル電池に利用できることを理解すべきである。電池セル２２は容器２８内に収納された複数の交互配置された第１及び第２電極２４及び２６を備えている。第１及び第２電極２４及び２６は逆電気極性を有し、電極数は電池２０の所望の容量を提供するための必要に応じて変化する。電極２４及び２６は平行で、且つ離間した構成で交互に配置されている。電池の活性材料は電極の穿孔部に設けられる。

図３を参照すると、第１及び第２電極２４及び２６の各々はポリプロピレン繊維から形成されるニードル打抜きフェルトのような不織布材料のシートから形成される。ニードル打抜き織布は広範囲の用途用によく知られており、最初に選択された繊維を所望の要求された厚みに積層される織布にけば立てすることにより製造される。得られた織布は織布に対して上下する板に設定された数千の棘付針からなる針床を通過する。この動作は繊維を絡ませる効果を有する繊維に針を通過させる。この織布はつやだしされて最終厚みを得る。

不織布材料を使用した両型の電極２４及び２６の製造は織布繊維に被覆される比較的薄い金属になるニッケルのような金属で不織布材料を化学めっきする工程を含んでいる。繊維上への導電被着で、不織布材料は金属の厚みを増すために電気めっきされる。例えば、ニードル打抜きフェルト織布は多数の個別電極２４及び２６が後に切断される長いロール状で提供できる。化学めっき処理後、織布材料はロール状態から解かれ、電気めっき装置に送り込まれる。電気めっきにより織布の主要部に均一な密度の金属層を形成するが、端部に沿った金属被膜層は他より大きな密度を有している。従って、端部領域はより高い電気導電性を有する。

金属被着フェルト材料は電極を使用する電池の型と一致する金属で含浸される。ニッケル・カドミウム電池において、例えば、カドミウムは負の第１電極２４のためのフェルト織布の穿孔部内に埋め込まれ、追加のニッケルは正の第２電極２６のための他のフェルト織布の穿孔部内に埋め込まれる。しかしながら、熟達した当業者は他の型の電池を形成するために異なる金属が使用できることを理解するであろう。

金属が不織布に被着された後、個別の電極が不織布材料から打ち抜かれ又は裁断される。この工程で大きな多孔性表面領域を有する電極を製造する。続いて図３を参照すると、各電極３０は不織布金属めっき材料の一般的に矩形シート３１からなるが、他の形状のシートも形成できる。シート３１はそのより狭い次元に沿って伸びている第１端部３２を有し且つ第１端部３２に垂直なより長い第２端部３４を有する。タブ３６は第１及び第２端部が交差し且つ第２端部３４がタブに沿って連続して伸びる角部で第１端部３２から外方向に伸びている。電気めっきされたより大きな本体から個別電極３０の形成において、より大きな密度の金属被着繊維を有する領域は電極シート３１の第２端部３４に沿ってストリップ部３８を形成する。このストリップ部３８はタブ３６を含む第２端部に沿って全長が伸びている。このストリップ部３８はタブ３６を電極の活性遠方領域に結合する導体として作用し、電極の全表面領域に渡って活性材料をより良好に利用させる。

この方法は図２に示されるように２つの型の電極を交互に配置することにより電池セル２２に組み立てられる複数の第１及び第２電極２４及び２６を製造する。このアセンブリにおいて、第１電極２４のタブ３６は一方の側に沿って置かれ、第２電極２６のタブ３６は反対側に沿って置かれている。負の第１電気端子４０は電気アセンブリの中間で２つの近傍の第１電極２４間に挿入され、第１電極２４のタブ３６は互いに対して内方向に且つ第１電気端子４０の対向する側面に対して屈曲している。従って、近傍の第１電極上のタブ３６の上部区画は当接しており、各側部の一方のタブは第１電気端子４０に当接している。この位置に保持された状態で、これらのタブ３６は互いに且つ第１端子４０に溶接される。具体的には、各タブ３８上のより密に金属化されたストリップ部３８は端子に溶接するための表面を提供する。正の第２電気端子４２は第１端子４０に関して記載されている方法と同様に第２電極２６上のタブ３６に接続される。２つの電極２４及び２６のタブ３６を個別端子４０又は４２に電気的に接続するための他の技術、例えば、ロー付け又はボルトにより機械的に締結する技術が採用できる。

第１及び第２電極２４及び２６及び２つの端子４０及び４２のサブアセンブリは容器２８に配置され、各端子の上部のみが容器から突き出るように密閉される。

前述の記載は主に本発明の好ましい実施例に向けられた。本発明の範囲内での種々の代案が注目されるが、当業者が本発明の実施例の開示から明らかである追加の代案を実現するであろうことが予期される。従って、本発明の範囲は上記記載に限定されることなく特許請求の範囲から決定されるべきである。

図１は従来電池の電極板の平面図である。 図２は本発明による特異な電極を含む電池の切欠斜視図である。 図３はこれらの電極の一つの斜視図である。

符号の説明

２０ 蓄電池
２２ 電池セル
２４、２６ 電極
２８ 容器
３０ 電極
３１ シート
３２、３４ 端部
３６ タブ
３８ ストリップ（細長部）
４０、４２ 電気端子

Claims (16)

1. 電池セルにおいて、
   一極性の複数の第１電極と；
   前記第１電極と交互配置される逆極性の複数の第２電極と；
   を具備し、前記第１及び第２電極の各々は不織布の一部がタブを形成するように突出する第１端部及び前記第１端部に直角である第２端部を有する不織布のシートからなり、不織布は金属で被覆され、前記金属は第２端部からより遠方である前記シートの金属被着領域より大きい電気導電率を有する前記第２端部に沿ってストリップ部を形成するように付着され、前記ストリップ部が前記タブに沿って伸びており、さらに、
   前記第１電極の各タブに取付けられ且つ前記タブに沿って前記ストリップ部に電気的に接続された第１端子と；
   前記第２電極の各タブに取付けられ且つ前記第２電極のタブに沿って前記ストリップ部に電気的に接続された第２端子と；
   を具備することを特徴とする電池セル。
2. 前記第１及び第２電極の各々の前記第２端部が実質的に前記第１端部より長いことを特徴とする請求項１記載の電池セル。
3. 前記不織布がポリプロピレン繊維から成ることを特徴とする請求項１記載の電池セル。
4. 前記不織布がニードル打抜き材料からなることを特徴とする請求項１記載の電池セル。
5. 前記不織布が前記金属で電気めっきされ、より大きな密度の前記金属が前記第２端部に沿って被着されることを特徴とする請求項１記載の電池セル。
6. 各第１電極の前記タブに沿って前記ストリップ部を前記第１端子に電気的に接続する第１溶接部と、各第２電極の前記タブに沿って前記ストリップ部を前記第２端子に電気的に接続する第２溶接部をさらに具備することを特徴とする請求項１記載の電池セル。
7. 複数の近傍の第１電極のタブが互いに当接し、これらのタブの少なくとも１つが前記第１端子に当接することを特徴とする請求項１記載の電池セル。
8. 前記第１電極の前記タブが溶接結合、ロー付結合、及び機械的締結具の少なくとも１つにより共に且つ第１端子に保持されることを特徴とする請求項７記載の電池セル。
9. 前記第１端子が前記第１電極上の２つの前記タブ間に配置され、前記第１端子の一面の近傍の第１電極のタブが互いに当接し、これらのタブの少なくとも１つが前記第１端子の表面に当接し、前記第１端子の他面の近傍の第１端子の他方のタブが互いに当接し、これらの他方のタブの少なくとも１つが前記第１端子の他面と当接することを特徴とする請求項１記載の電池セル。
10. 複数の近傍の第１電極のタブが互いに当接し、これらのタブの少なくとも１つが前記第１端子に当接し、複数の近傍の第２電極が互いに当接し、前記第２電極のタブの少なくとも１つが前記第２端子に当接することを特徴とする請求項１記載の電池セル。
11. 複数の前記第１電極のタブが溶接結合、ロー付け結合、及び機械的締結具の少なくとも１つにより互いに且つ前記第１端子に保持され、複数の前記第２電極のタブが溶接結合、ロー付け結合、及び機械的締結具の少なくとも１つにより互いに且つ前記第２端子に保持されることを特徴とする請求項１０記載の電池セル。
12. 前記第１端子が複数の前記第１電極のタブの２つの間に配置され、前記第１端子の一面の近傍の第１電極のタブが互いに当接し、これらのタブの少なくとも１つが前記第１端子の表面に当接し、前記第１端子の他面の複数の近傍の第１電極の他方のタブが互いに当接し、他方のタブの少なくとも１つが前記第１端子の他の表面に当接し、
    前記第２端子が複数の前記第２電極のタブの２つの間に配置され、前記第２端子の一面の近傍の第２電極のタブが互いに当接し、これらのタブの少なくとも１つが前記第２端子の表面に当接し、前記第２端子の他面の近傍の第２電極の他方のタブが互いに当接し、他方の第２電極タブの少なくとも１つが前記第２端子の他面に当接することを特徴とする請求項１記載の電池セル。
13. 電池セル用の電極において、
    不織布の一部がタブを形成するように突出する第１端部と、前記第１端部と直角であり且つ前記第１端部より実質的に長い第２端部を有する不織布のシートからなり、前記不織布は金属で被着され、前記金属は前記第２端部に沿って延長し且つ前記第２端部からより遠方である前記シートの金属被着領域より大きな電気導電率を有するストリップ部を形成するように配置され、前記ストリップ部が前記タブに沿って延長していることを特徴とする電極。
14. 前記不織布がポリプロピレンからなることを特徴とする請求項１３記載の電極。
15. 前記不織布がニードル打抜き材料からなることを特徴とする請求項１３記載の電極。
16. 前記不織布が前記金属で電気めっきされ、より大きな密度の前記金属が前記第２端部に沿って前記ストリップ部に被着されることを特徴とする請求項１３記載の電極。

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