JP5597541B2 - 電気化学電池のための皿形状の圧力均一化電極 - Google Patents
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Description
本願は、米国仮特許出願第61/000,470号(2007年10月26日出願)および米国仮特許出願第61/002,528号(2007年11月9日出願)の優先権の利益を主張し、これらの両出願は、その全体が本明細書に参考として援用される。
本発明は、概して、電池に関し、より具体的には、本発明は、圧力均一化が改良された積層された双極セル電池設計に関する。
例えば、本願発明は以下の項目を提供する。
(項目1)
正の単極電極ユニットと、
負の単極電極ユニットと、
該正の単極電極ユニットと該負の単極電極ユニットとの間に積層される少なくとも1つの双極電極ユニットであって、該電極ユニットの各々は皿形状である、双極電極ユニットと、
隣接する電極ユニットの各対の間に設けられる電解質層と、
該電解質層の各々の周囲に配置されるガスケットであって、該電解質層の各々は、それのそれぞれのガスケットおよびそれのそれぞれの隣接する電極ユニットの対によって封止される、ガスケットと
を備える、双極電池。
(項目2)
各電極ユニットの曲率半径は、無限より小さい、項目1に記載の電池。
(項目3)
各電極ユニットの偏向は、前記皿形状によって低減される、項目1に記載の電池。
(項目4)
前記少なくとも1つの双極電極ユニットは、正の活性物質電極層を有する第1の側面と、負の活性物質電極層を有する第2の側面とを備える、項目1に記載の電池。
(項目5)
前記正の活性物質電極層および前記負の活性物質電極層の厚さは均一である、項目4に記載の電池。
(項目6)
前記正の活性物質電極層および前記負の活性物質電極層の厚さは、前記少なくとも1つの双極電極ユニットの半径方向の長さに沿って変動する、項目4に記載の電池。
(項目7)
正の単極電極ユニットと、
負の単極電極ユニットと、
該正の単極電極ユニットと該負の単極電極ユニットとの間に積層される少なくとも1つの双極電極ユニットであって、該少なくとも1つの双極電極ユニットは圧力均一化弁を備える、双極電極ユニットと、
隣接する電極ユニットの各対の間に設けられる電解質層と、
該電解質層の各々の周囲に配置されるガスケットであって、該電解質層の各々は、それのそれぞれのガスケットおよびそれのそれぞれの隣接する電極ユニットの対によって封止される、ガスケットと
を備える、双極電池。
(項目8)
前記圧力均一化弁は、化学的腐食に対して耐性がある、項目7に記載の電池。
(項目9)
前記圧力均一化弁は、ナノメートルサイズの穿孔およびマイクロメートルサイズの穿孔のうちの少なくとも1つを有する、項目7に記載の電池。
(項目10)
電解質は、前記圧力均一化弁によって、隣接する電解質層の間の通過を防止される、項目9に記載の電池。
(項目11)
気体は、前記圧力均一化弁における前記穿孔によって、隣接する電解質層の間を通過可能である、項目9に記載の電池。
(項目12)
前記圧力均一化弁は、
封止剤と、
黒鉛炭素繊維束と
を備える、項目7に記載の電池。
(項目13)
気体分子は、前記黒鉛繊維束に沿って、隣接する電解質層の間を化学的に移行させられる、項目12に記載の電池。
(項目14)
拡散力は、過剰に加圧された電解質層からの水素分子が、前記黒鉛繊維束の表面に沿って移動することを可能にする、項目12に記載の電池。
(項目15)
電解質は、前記圧力均一化弁によって、隣接する電解質層の間の通過を防止される、項目12に記載の電池。
(項目16)
正の単極電極ユニットと、
負の単極電極ユニットと、
該正の単極電極ユニットと該負の単極電極ユニットとの間に積層される少なくとも1つの双極電極ユニットであって、該少なくとも1つの双極電極ユニットは破裂板弁を備える、双極電極ユニットと、
隣接する電極ユニットの各対の間に設けられる電解質層と、
該電解質層の各々の周囲に配置されるガスケットであって、該電解質層の各々は、それのそれぞれのガスケットおよびそれのそれぞれの隣接する電極ユニットの対によって封止される、ガスケットと
を備える、双極電池。
(項目17)
前記積層双極電池は、ドーム状上部を備える、項目16に記載の電池。
(項目18)
前記電池の配向は、ドーム状上部によって維持され、それによって、前記破裂板弁の破裂時に、電解質が隣接する電解質層の間を通過することが防止される、項目17に記載の電池。
(項目19)
前記破裂板弁は、化学的腐食に対して耐性がある、項目16に記載の電池
(項目20)
前記破裂板弁は、円板形状である、項目16に記載の電池。
(項目21)
隣接する電極ユニットの各対の間の圧力は、前記破裂板弁の開放によって均一化される、項目16に記載の電池。
(項目22)
積層双極電池を生産するための方法であって、該方法は、
第1の不透過性伝導性基板とその上に被覆される第1の正の活性物質電極層とを備える正の単極電極ユニット(MPU)を提供することであって、該MPUの各々、該第1の基板、および該第1の正電極層は皿形状である、ことと、
該第1の基板上に第1のガスケットを提供することであって、該第1のガスケットの内側壁とそれらの間の該MPUの部分との間の空間は、第1の空間を備える、ことと、
該第1の空間内に第1のセパレータおよび第1の電解質を提供することであって、該第1のセパレータおよび該第1の電解質は、第1の電解質層を備える、ことと、
該第1のガスケット上に積層される複数の双極電極ユニット(BPU)を提供することであって、該複数のBPUの各々は皿形状である、ことと、
末端のBPU上に末端のガスケットを提供することであって、該末端のガスケットの該内側壁と、それらの間の該末端のBPUの部分との間の空間は、末端の空間を備える、ことと、
該末端の空間内に末端のセパレータおよび末端の電解質を提供することであって、該末端のセパレータおよび該末端の電解質は、末端の電解質層を備える、ことと、
末端の不透過性伝導性基板とその上に被覆される末端の負の活性物質電極層とを備える該末端のBPUの上部に積層される負のMPUを提供することであって、該負のMPUの各々、該末端の基板、および該末端の負電極層は皿形状である、ことと、
を含む、方法。
(項目23)
前記複数のBPUの各々は、不透過性伝導性基板、圧力均一化弁、正電極層、およびそれの対向する側面上に被覆される負電極層を備える、項目22に記載の方法。
Claims (14)
- 正の単極電極ユニットと、
負の単極電極ユニットと、
該正の単極電極ユニットと該負の単極電極ユニットとの間に積層された少なくとも1つの双極電極ユニットであって、該電極ユニットの各々は、皿形状であり、該少なくとも1つの双極電極ユニットは、圧力均一化機構を含み、該圧力均一化機構は、気体が該圧力均一化機構を通過することにより、該圧力均一化機構の2つの側の間の気体圧力を均一化することを可能にする、少なくとも1つの双極電極ユニットと、
隣接する電極ユニットの各対の間に設けられた電解質層と、
該電解質層の各々の周囲に配置されたガスケットであって、該電解質層の各々は、それぞれのガスケットおよび隣接する電極ユニットのそれぞれの対によって封止されている、ガスケットと
を備える、双極電池。 - 各電極ユニットの曲率半径は、無限より小さい、請求項1に記載の電池。
- 各電極ユニットの偏向は、前記皿形状によって低減される、請求項1に記載の電池。
- 前記少なくとも1つの双極電極ユニットは、正の活性物質電極層を有する第1の面と、負の活性物質電極層を有する第2の面とを備える、請求項1に記載の電池。
- 前記正の活性物質電極層および前記負の活性物質電極層の厚さは均一である、請求項4に記載の電池。
- 前記正の活性物質電極層および前記負の活性物質電極層の厚さは、前記少なくとも1つの双極電極ユニットの半径方向の長さに沿って変動する、請求項4に記載の電池。
- 前記圧力均一化機構は、化学的腐食に対して耐性がある、請求項1に記載の電池。
- 前記圧力均一化機構は、ナノメートルサイズの穿孔およびマイクロメートルサイズの穿孔のうちの少なくとも1つを有する、請求項1に記載の電池。
- 電解質は、前記圧力均一化機構によって、隣接する電解質層の間の通過を防止される、請求項8に記載の電池。
- 気体は、前記圧力均一化機構における前記穿孔によって、隣接する電解質層の間を通過可能である、請求項8に記載の電池。
- 前記圧力均一化機構は、
封止剤と、
黒鉛炭素繊維束と
を備える、請求項1に記載の電池。 - 気体分子は、前記黒鉛繊維束に沿って、隣接する電解質層の間を化学的に移行させられる、請求項11に記載の電池。
- 拡散力は、過剰に加圧された電解質層からの水素分子が、前記黒鉛繊維束の表面に沿って移動することを可能にする、請求項11に記載の電池。
- 電解質は、前記圧力均一化機構によって、隣接する電解質層の間の通過を防止される、請求項11に記載の電池。
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