JP6180063B2 - 電池及びその組み立て方法 - Google Patents
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Description
枠体と該枠体で区画された領域内に配置される正極板との組合せと、枠体と該枠体で区画された領域内に配置される負極板との組合せとを、前記正極板と前記負極板とをセパレータ構造体で互いに隔離し且つ隣接する前記枠体間で前記セパレータ構造体の外縁を挟持させながら、1回又は交互に複数回積層させる工程を含み、
前記セパレータ構造体がセパレータを含んでなり、前記セパレータが水酸化物イオン伝導性を有するが透水性を有しないものであり、
両端に位置する前記枠体の各々は、前記枠体で区画された領域を塞ぐ端面板を予め備えてなるか、又は予め配置された端面板上に前記枠体で区画された領域が該端面板で塞がれるように配置されるか、又は積層後に前記枠体で区画された領域が端面板で塞がれ、それにより積層された前記枠体及び前記端面板が全体として1つの電池容器を構成する、方法が提供される。
前記正極板と対向して及び/又は交互に設けられる1枚又は複数枚の負極板と、
アルカリ金属水酸化物水溶液を含んでなる電解液と、
前記正極板と前記負極板の間の各々の位置に前記正極板と前記負極板を隔離するように設けられるセパレータ構造体であって、前記セパレータ構造体が水酸化物イオン伝導性を有するが透水性を有しないセパレータを含んでなる、1枚又は複数枚のセパレータ構造体と、
前記正極板、前記負極板、前記セパレータ構造体、及び前記電解液を収容する電池容器と、
を備えた電池であって、
前記電池容器が、2枚の端面板と、該2枚の端面板の間に液密性を確保可能に連結される複数個の枠体とから構成され、
前記2枚の端面板の間に、前記正極板及び前記負極板がその間に前記セパレータ構造体を介在させつつ配置されてなり、前記セパレータ構造体の外縁が隣り合う前記枠体の間に挟持されてなり、前記枠体で区画された領域内で、且つ、前記セパレータ構造体と前記端面板との間及び/又は隣り合う前記セパレータ構造体の間に、前記正極板又は前記負極板が配置されてなる、電池が提供される。
本発明の電池は、1枚又は複数枚の正極板と、正極板と対向して及び/又は交互に設けられる1枚又は複数枚の負極板と、アルカリ金属水酸化物水溶液を含んでなる電解液と、1枚又は複数枚のセパレータ構造体と、電池容器とを備えてなる。セパレータ構造体は水酸化物イオン伝導性を有するが透水性を有しないセパレータを含んでなるものであり、そのようなセパレータの典型例としてはセラミックスセパレータ(無機固体電解質セパレータ)が挙げられる。セパレータ構造体は、正極板と負極板の間の各々の位置に正極板と負極板を隔離するように設けられる。電池容器は、正極板、負極板、セパレータ構造体、及び電解液を収容する容器である。本発明の電池は正極板及び負極板の対を2つ以上、すなわち2つ以上の単位電池を備えた積層電池として構成されるのが好ましいが、正極板及び負極板の対が1つの単位電池であってもよい。また、積層電池は直列型積層電池であってもよいし、並列型積層電池であってもよい。また、本発明の電池は一次電池及び二次電池のいずれであってもよいが、二次電池であるのが好ましい。また、二次電池は、ニッケル亜鉛二次電池、酸化銀亜鉛二次電池、酸化マンガン亜鉛二次電池、及びその他各種のアルカリ亜鉛二次電池等、水酸化物イオン伝導性セパレータを適用可能な各種二次電池であることができる。特に、ニッケル亜鉛二次電池が好ましい。
本発明の好ましい態様によれば、ニッケル亜鉛二次電池が提供される。したがって、以下にニッケル亜鉛二次電池について説明するが、以下の説明は概念的理解の促進のために図1のような積層電池の構成ではなく、より簡略化された1対の正極板/セパレータ/負極板を備えた単位電池に基づいて行うものとする。もっとも、以下に説明される内容は各構成要素の詳細については本発明の多層電池にも同様に当てはまるのはいうまでもない。図9にニッケル亜鉛電池の一例を模式的に示す。図9に示されるニッケル亜鉛電池は充電が行われる前の初期状態を示しており、放電末状態に相当する。もっとも、本態様のニッケル亜鉛電池は満充電状態で構成されてもよいのはいうまでもない。図9に示されるように、本態様によるニッケル亜鉛電池110は、正極112、正極電解液114、負極116、負極電解液118、及びセパレータ120を樹脂製容器122内に備えてなる。正極112は、水酸化ニッケル及び/又はオキシ水酸化ニッケルを含んでなる。正極電解液114はアルカリ金属水酸化物を含んでなるアルカリ電解液であり、正極112が浸漬される。負極116は亜鉛及び/又は酸化亜鉛を含んでなる。負極電解液118はアルカリ金属水酸化物を含んでなるアルカリ電解液であり、負極116が浸漬される。樹脂製容器122は、正極112、正極電解液114、負極116、及び負極電解液118を収容する。正極112及び正極電解液114は必ずしも分離している必要はなく、正極112と正極電解液114が混合された正極合材として構成されてもよい。同様に、負極116及び負極電解液118は必ずしも分離している必要はなく、負極116と負極電解液118が混合された負極合材として構成されてもよい。所望により、正極集電体113が正極112に接触して設けられる。また、所望により、負極集電体117が負極116に接触して設けられる。
‐ 正極: Ni(OH)2+OH−→NiOOH+H2O+e−
‐ 負極: ZnO+H2O+2e−→Zn+2OH−
‐ ZnOの溶解反応: ZnO+H2O+2OH−→Zn(OH)4 2−
‐ Znの析出反応: Zn(OH)4 2−+2e−→Zn+4OH−
前述のとおり、本発明の二次電池に好ましく用いられる多孔質基材付きセパレータは、水酸化物イオン伝導性を有する無機固体電解質体からなるセパレータと、セパレータの少なくとも一方の面に設けられる多孔質基材とを備えたものである。無機固体電解質体は透水性を有しない程に緻密化された膜状又は層状の形態である。特に好ましい多孔質基材付きセパレータは、多孔質基材と、この多孔質基材上及び/又は多孔質基材中に形成されるセパレータ層とを備えてなり、セパレータ層が前述したような層状複水酸化物(LDH)を含んでなるものである。セパレータ層は透水性及び通気性を有しないのが好ましい。すなわち、多孔質材料は孔の存在により透水性及び通気性を有しうるが、セパレータ層は透水性及び通気性を有しない程にまでLDHで緻密化されているのが好ましい。セパレータ層は多孔質基材上に形成されるのが好ましい。例えば、図11に示されるように、多孔質基材128上にセパレータ層120がLDH緻密膜として形成されるのが好ましい。この場合、多孔質基材128の性質上、図11に示されるように多孔質基材128の表面及びその近傍の孔内にもLDHが形成されてよいのはいうまでもない。あるいは、図12に示されるように、多孔質基材128中(例えば多孔質基材128の表面及びその近傍の孔内)にLDHが緻密に形成され、それにより多孔質基材128の少なくとも一部がセパレータ層120’を構成するものであってもよい。この点、図12に示される態様は図11に示される態様のセパレータ層120における膜相当部分を除去した構成となっているが、これに限定されず、多孔質基材128の表面と平行にセパレータ層が存在していればよい。いずれにしても、セパレータ層は透水性及び通気性を有しない程にまでLDHで緻密化されているため、水酸化物イオン伝導性を有するが透水性及び通気性を有しない(すなわち基本的に水酸化物イオンのみを通す)という特有の機能を有することができる。
多孔質基材は、前述したとおりであり、セラミックス材料、金属材料、及び高分子材料からなる群から選択される少なくとも1種で構成されるのが好ましい。多孔質基材は、セラミックス材料で構成されるのがより好ましい。この場合、セラミックス材料の好ましい例としては、アルミナ、ジルコニア、チタニア、マグネシア、スピネル、カルシア、コージライト、ゼオライト、ムライト、フェライト、酸化亜鉛、炭化ケイ素、及びそれらの任意の組合せが挙げられ、より好ましくは、アルミナ、ジルコニア、チタニア、及びそれらの任意の組合せであり、特に好ましくはアルミナ及びジルコニアであり、最も好ましくはアルミナである。これらの多孔質セラミックスを用いるとLDH含有セパレータ層の緻密性を向上しやすい傾向がある。セラミックス材料製の多孔質基材を用いる場合、超音波洗浄、イオン交換水での洗浄等を多孔質基材に施すのが好ましい。
次に、多孔質基材を原料水溶液に所望の向きで(例えば水平又は垂直に)浸漬させる。多孔質基材を水平に保持する場合は、吊るす、浮かせる、容器の底に接するように多孔質基材を配置すればよく、例えば、容器の底から原料水溶液中に浮かせた状態で多孔質基材を固定としてもよい。多孔質基材を垂直に保持する場合は、容器の底に多孔質基材を垂直に設置できるような冶具を置けばよい。いずれにしても、多孔質基材にLDHを略垂直方向又はそれに近い方向(すなわちLDH板状粒子がそれらの板面が多孔質基材の表面(基材面)と略垂直に又は斜めに交差するような向きに)に成長させる構成ないし配置とするのが好ましい。原料水溶液は、マグネシウムイオン(Mg2+)及びアルミニウムイオン(Al3+)を所定の合計濃度で含み、かつ、尿素を含んでなる。尿素が存在することで尿素の加水分解を利用してアンモニアが溶液中に発生することによりpH値が上昇し、共存する金属イオンが水酸化物を形成することによりLDHを得ることができる。また、加水分解に二酸化炭素の発生を伴うため、陰イオンが炭酸イオン型のLDHを得ることができる。原料水溶液に含まれるマグネシウムイオン及びアルミニウムイオンの合計濃度(Mg2++Al3+)は0.20〜0.40mol/Lが好ましく、より好ましくは0.22〜0.38mol/Lであり、さらに好ましくは0.24〜0.36mol/L、特に好ましくは0.26〜0.34mol/Lである。このような範囲内の濃度であると核生成と結晶成長をバランスよく進行させることができ、配向性のみならず緻密性にも優れたLDH含有セパレータ層を得ることが可能となる。すなわち、マグネシウムイオン及びアルミニウムイオンの合計濃度が低いと核生成に比べて結晶成長が支配的となり、粒子数が減少して粒子サイズが増大する一方、この合計濃度が高いと結晶成長に比べて核生成が支配的となり、粒子数が増大して粒子サイズが減少するものと考えられる。
そして、原料水溶液中で多孔質基材を水熱処理して、LDHを含んでなるセパレータ層を多孔質基材上及び/又は多孔質基材中に形成させる。この水熱処理は密閉容器中、60〜150℃で行われるのが好ましく、より好ましくは65〜120℃であり、さらに好ましくは65〜100℃であり、特に好ましくは70〜90℃である。水熱処理の上限温度は多孔質基材(例えば高分子基材)が熱で変形しない程度の温度を選択すればよい。水熱処理時の昇温速度は特に限定されず、例えば10〜200℃/hであってよいが、好ましくは100〜200℃/hである、より好ましくは100〜150℃/hである。水熱処理の時間はLDH含有セパレータ層の目的とする密度と厚さに応じて適宜決定すればよい。
(1)多孔質基材の作製
ベーマイト(サソール社製、DISPAL 18N4−80)、メチルセルロース、及びイオン交換水を、(ベーマイト):(メチルセルロース):(イオン交換水)の質量比が10:1:5となるように秤量した後、混練した。得られた混練物を、ハンドプレスを用いた押出成形に付し、5cm×8cmを十分に超える大きさで且つ厚さ0.5cmの板状に成形した。得られた成形体を80℃で12時間乾燥した後、1150℃で3時間焼成して、アルミナ製多孔質基材を得た。こうして得られた多孔質基材を5cm×8cmの大きさに切断加工した。
得られた多孔質基材をアセトン中で5分間超音波洗浄し、エタノール中で2分間超音波洗浄、その後、イオン交換水中で1分間超音波洗浄した。
原料として、硝酸マグネシウム六水和物(Mg(NO3)2・6H2O、関東化学株式会社製)、硝酸アルミニウム九水和物(Al(NO3)3・9H2O、関東化学株式会社製)、及び尿素((NH2)2CO、シグマアルドリッチ製)を用意した。カチオン比(Mg2+/Al3+)が2となり且つ全金属イオンモル濃度(Mg2++Al3+)が0.320mol/Lとなるように、硝酸マグネシウム六水和物と硝酸アルミニウム九水和物を秤量してビーカーに入れ、そこにイオン交換水を加えて全量を600mlとした。得られた溶液を攪拌した後、溶液中に尿素/NO3 −=4の割合で秤量した尿素を加え、更に攪拌して原料水溶液を得た。
テフロン(登録商標)製密閉容器(内容量800ml、外側がステンレス製ジャケット)に上記(3)で作製した原料水溶液と上記(2)で洗浄した多孔質基材を共に封入した。このとき、基材はテフロン(登録商標)製密閉容器の底から浮かせて固定し、基材両面に溶液が接するように水平に設置した。その後、水熱温度70℃で168時間(7日間)水熱処理を施すことにより基材表面に層状複水酸化物配向膜(セパレータ層)の形成を行った。所定時間の経過後、基材を密閉容器から取り出し、イオン交換水で洗浄し、70℃で10時間乾燥させて、層状複水酸化物(以下、LDHという)の緻密膜(以下、膜試料という)を基材上に得た。得られた膜試料の厚さは約1.5μmであった。こうして、層状複水酸化物含有複合材料試料(以下、複合材料試料という)を得た。なお、LDH膜は多孔質基材の両面に形成されていたが、セパレータとして形態を複合材料に付与するため、多孔質基材の片面のLDH膜を機械的に削り取った。
(5a)膜試料の同定
X線回折装置(リガク社製 RINT TTR III)にて、電圧:50kV、電流値:300mA、測定範囲:10〜70°の測定条件で、膜試料の結晶相を測定したところ、図15に示されるXRDプロファイルが得られた。得られたXRDプロファイルについて、JCPDSカードNO.35−0964に記載される層状複水酸化物(ハイドロタルサイト類化合物)の回折ピークを用いて同定した。その結果、膜試料は層状複水酸化物(LDH、ハイドロタルサイト類化合物)であることが確認された。なお、図15に示されるXRDプロファイルにおいては、膜試料が形成されている多孔質基材を構成するアルミナに起因するピーク(図中で○印が付されたピーク)も併せて観察されている。
膜試料の表面微構造を走査型電子顕微鏡(SEM、JSM−6610LV、JEOL社製)を用いて10〜20kVの加速電圧で観察した。得られた膜試料の表面微構造のSEM画像(二次電子像)を図16に示す。
膜試料について、画像処理を用いた手法により、膜の表面の気孔率を測定した。この気孔率の測定は、1)表面微構造を走査型電子顕微鏡(SEM、JSM−6610LV、JEOL社製)を用いて10〜20kVの加速電圧で観察して膜の表面の電子顕微鏡(SEM)画像(倍率10000倍以上)を取得し、2)Photoshop(Adobe社製)等の画像解析ソフトを用いてグレースケールのSEM画像を読み込み、3)[イメージ]→[色調補正]→[2階調化]の手順で白黒の2値画像を作成し、4)黒い部分が占めるピクセル数を画像の全ピクセル数で割った値を気孔率(%)とすることにより行った。この気孔率の測定は配向膜表面の6μm×6μmの領域について行われた。その結果、膜の表面の気孔率は19.0%であった。また、この膜表面の気孔率を用いて、膜表面から見たときの密度D(以下、表面膜密度という)をD=100%−(膜表面の気孔率)により算出したところ、81.0%であった。
膜試料が透水性を有しない程の緻密性を有することを確認すべく、緻密性判定試験を以下のとおり行った。まず、図18Aに示されるように、上記(1)において得られた複合材料試料220(1cm×1cm平方に切り出されたもの)の膜試料側に、中央に0.5cm×0.5cm平方の開口部222aを備えたシリコンゴム222を接着し、得られた積層物を2つのアクリル製容器224,226で挟んで接着した。シリコンゴム222側に配置されるアクリル製容器224は底が抜けており、それによりシリコンゴム222はその開口部222aが開放された状態でアクリル製容器224と接着される。一方、複合材料試料220の多孔質基材側に配置されるアクリル製容器226は底を有しており、その容器226内にはイオン交換水228が入っている。この時、イオン交換水にAl及び/又はMgを溶解させておいてもよい。すなわち、組み立て後に上下逆さにすることで、複合材料試料220の多孔質基材側にイオン交換水228が接するように各構成部材が配置されてなる。これらの構成部材等を組み立て後、総重量を測定した。これらの構成部材等を組み立て後、総重量を測定した。なお、容器226には閉栓された通気穴(図示せず)が形成されており、上下逆さにした後に開栓されることはいうまでもない。図18Bに示されるように組み立て体を上下逆さに配置して25℃で1週間保持した後、総重量を再度測定した。このとき、アクリル製容器224の内側側面に水滴が付着している場合には、その水滴を拭き取った。そして、試験前後の総重量の差を算出することにより緻密度を判定した。その結果、25℃で1週間保持した後においても、イオン交換水の重量に変化は見られなかった。このことから、膜試料(すなわち機能膜)は透水性を有しない程に高い緻密性を有することが確認された。
膜試料が通気性を有しない程の緻密性を有することを確認すべく、緻密性判定試験を以下のとおり行った。まず、図19A及び19Bに示されるように、蓋の無いアクリル容器230と、このアクリル容器230の蓋として機能しうる形状及びサイズのアルミナ治具232とを用意した。アクリル容器230にはその中にガスを供給するためのガス供給口230aが形成されている。また、アルミナ治具232には直径5mmの開口部232aが形成されており、この開口部232aの外周に沿って膜試料載置用の窪み232bが形成されてなる。アルミナ治具232の窪み232bにエポキシ接着剤234を塗布し、この窪み232bに複合材料試料236の膜試料236b側を載置してアルミナ治具232に気密かつ液密に接着させた。そして、複合材料試料236が接合されたアルミナ治具232を、アクリル容器230の開放部を完全に塞ぐようにシリコーン接着剤238を用いて気密かつ液密にアクリル容器230の上端に接着させて、測定用密閉容器240を得た。この測定用密閉容器240を水槽242に入れ、アクリル容器230のガス供給口230aを圧力計244及び流量計246に接続して、ヘリウムガスをアクリル容器230内に供給可能に構成した。水槽242に水243を入れて測定用密閉容器240を完全に水没させた。このとき、測定用密閉容器240の内部は気密性及び液密性が十分に確保されており、複合材料試料236の膜試料236b側が測定用密閉容器240の内部空間に露出する一方、複合材料試料236の多孔質基材236a側が水槽242内の水に接触している。この状態で、アクリル容器230内にガス供給口230aを介してヘリウムガスを測定用密閉容器240内に導入した。圧力計244及び流量計246を制御して膜試料236b内外の差圧が0.5atmとなる(すなわちヘリウムガスに接する側に加わる圧力が反対側に加わる水圧よりも0.5atm高くなる)ようにして、複合材料試料236から水中にヘリウムガスの泡が発生するか否かを観察した。その結果、ヘリウムガスに起因する泡の発生は観察されなかった。よって、膜試料236bは通気性を有しない程に高い緻密性を有することが確認された。
本例は、1対の正極板/セパレータ/負極板を備えた単位電池に基づく参考例である。
例1と同様の手順により、多孔質基材付きセパレータとして、アルミナ基材上LDH膜(サイズ:5cm×8cm)を用意した。
亜鉛及びコバルトを固溶体となるように添加した水酸化ニッケル粒子を用意した。この水酸化ニッケル粒子を水酸化コバルトで被覆して正極活物質を得た。得られた正極活物質と、カルボキシメチルセルロースの2%水溶液とを混合してペーストを調製した。正極活物質の多孔度が50%となるように、多孔度が約95%のニッケル金属多孔質基板からなる集電体に上記得られたペーストを均一に塗布して乾燥し、活物質部分が5cm×5cmの領域にわたって塗工された正極板を得た。このとき、4Ah相当の水酸化ニッケル粒子が活物質中に含まれるように塗工量を調整した。
銅パンチングメタルからなる集電体上に、酸化亜鉛粉末80重量部、亜鉛粉末20重量部及びポリテトラフルオロエチレン粒子3重量部からなる混合物を塗布して、多孔度約50%で、活物質部分が5cm×5cmの領域にわたって塗工された負極板を得た。このとき、正極板容量の4Ah相当の酸化亜鉛粉末が活物質中に含まれるように塗工量を調整した。
上記得られた正極板、負極板、及び多孔質基材付きセパレータを用いて、図9に示されるようなニッケル亜鉛二次電池を以下のような手順で組み立てた。
作製したニッケル亜鉛二次電池に対して、設計容量4Ahの0.1C相当の0.4mAの電流で10時間定電流充電を実施した。充電後、ケースの変形や電解液の漏れは観察されなかった。充電後の電解液量を観察したところ、正極室の電解液の液面高さはケース底より約7.5cm、負極室の電解液の液面高さはケース底より約5.2cmであった。充電により、正極室電解液が増加し、負極室電解液が減少したものの、負極活物質塗工部分には十分な電解液があり、充放電を通して、塗工した正極活物質及び負極活物質が、十分な充放電反応を起こす電解液をケース内に保持できていた。多孔質基材付きセパレータはABS樹脂製の直方体ケース本体に良好な接着状態で接合が保持されていた。
厚さ1mmのABS樹脂製の平板5枚を溶剤接着の手法により接着して、箱型容器を作製した。具体的には、図20に示されるように2枚の樹脂板302の端部同士が90度の角度で接するように治具304を用いて固定し、樹脂板302の接合部分306に溶剤としてのメチルエチルケトン(MEK)を刷毛308で塗布して、その隙間に溶剤を流し込んだ。このとき、接合部分306の隙間を小さくするように2枚の樹脂板302を密着させて固定した状態で溶剤を流し込むことで、溶剤は毛細管現象により隙間及びその周辺へ染み渡った。このような作業を繰り返して5枚の樹脂板302をそれぞれ溶剤接着して、図20に示されるような箱型容器300を形成した。最後に、接合部分306における接着不良による隙間の有無を確認し、そのような隙間が存在する場合には、刷毛308で溶剤を再度塗布して接着を補修した。こうして作製された箱型容器の写真を図21に示す。図21から分かるように、5枚の樹脂板は隙間の無く十分に封止された形態で極めて綺麗に接合されていた。
ABS樹脂製の平板5枚の代わりに厚さ1mmのPET樹脂製の平板5枚を用いたこと、及びメチルエチルケトン(MEK)の代わりにジクロロメタンを用いたこと以外は例3と同様にして、溶剤接着の手法により箱型の電池容器を作製した。こうして作製された箱型容器の写真を図22Aに示す。また、図22Aにおいて白枠で囲まれた部分の拡大写真を図22Bに示す。図22A及び22Bから分かるように、5枚の樹脂板は隙間の無く十分に封止された形態で極めて綺麗に接合されていた。
厚さ2.5mmABS樹脂製の4個のコ字状の枠体と、厚さ2.5mmABS樹脂製の2枚の端面板とからなる計6個の樹脂部品を溶剤接着の手法に従い接着して、積層電池用ケースを作製した。具体的には、1枚の端面板上に4個のコ字状の枠体を順次積層して接着していき、最後に残り1枚の端面板を先に接着した端面板と対向するように接着させた。樹脂部品の接着は、樹脂部品の接合部分に溶剤としてのメチルエチルケトン(MEK)を刷毛で塗布することにより行った。こうして作製された積層電池用ケースを上から撮影した写真を図23Aに、横から撮影した写真を図23Bに、接合部分の拡大写真を図23Cにそれぞれ示す。図23A〜23Cから分かるように、4個の樹脂製枠体と2枚の樹脂製端面板は隙間の無く十分に封止された形態で極めて綺麗に接合されていた。
Claims (40)
- 電池の組み立て方法であって、
枠体と該枠体で区画された領域内に配置される正極板との組合せと、枠体と該枠体で区画された領域内に配置される負極板との組合せとを、前記正極板と前記負極板とをセパレータ構造体で互いに隔離し且つ隣接する前記枠体間で前記セパレータ構造体の外縁を挟持させながら、1回又は交互に複数回積層させる工程を含み、
前記セパレータ構造体がセパレータを含んでなり、前記セパレータが水酸化物イオン伝導性を有するが透水性を有しないものであり、
両端に位置する前記枠体の各々は、前記枠体で区画された領域を塞ぐ端面板を予め備えてなるか、又は予め配置された端面板上に前記枠体で区画された領域が該端面板で塞がれるように配置されるか、又は積層後に前記枠体で区画された領域が端面板で塞がれ、それにより積層された前記枠体及び前記端面板が全体として1つの電池容器を構成する、方法。 - 前記枠体と該枠体で区画された領域内に配置される正極板との組合せは、前記枠体を配置した後又は配置すると同時に前記領域内に前記正極板を配置すること、又は前記正極板を配置した後に前記正極板の周りに前記枠体を配置すること、又は前記正極板が前記領域内に予め組み込まれた前記枠体を配置することにより与えられ、且つ、
前記枠体と該枠体で区画された領域内に配置される負極板との組合せは、前記枠体を配置した後又は配置すると同時に前記領域内に前記負極板を配置すること、又は前記負極板を配置した後に前記負極板の周りに前記枠体を配置すること、又は前記負極板が前記領域内に予め組み込まれた前記枠体を配置することにより与えられる、請求項1に記載の方法。 - 前記枠体が切欠部を有しており、全ての前記枠体の切欠部が同じ側に位置するように前記枠体が積層され、それにより前記切欠部が繋がって前記電池容器に開口部を形成させる、請求項1又は2に記載の方法。
- 前記切欠部を有する枠体が略コ字の形状を有し、それにより前記電池容器が前記開口部を有する筐体状に構成される、請求項3に記載の方法。
- 前記開口部を蓋で塞ぐ工程をさらに含む、請求項3又は4に記載の方法。
- 前記正極板、前記負極板、前記セパレータ構造体、前記枠体及び前記端面板が横向きに配置されて、それにより前記積層が縦方向に行われる、請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法。
- 前記枠体が切欠部を有しており、全ての前記枠体の切欠部が同じ側に位置するように前記枠体が積層され、それにより前記切欠部が繋がって前記電池容器に開口部を形成させるものであり、前記積層後、前記電池容器を回転して前記開口部を上に向ける工程をさらに含む、請求項6に記載の方法。
- 前記正極板、前記負極板、前記セパレータ構造体、前記枠体及び前記端面板が縦向きに配置され、それにより前記積層が横方向に行われる、請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法。
- 前記電池容器内にアルカリ金属水酸化物水溶液を含んでなる電解液を注入する工程をさらに含む、請求項1〜8のいずれか一項に記載の方法。
- 前記枠体の各々がそれらの内縁に沿って少なくとも1段低くなる段差部分を有しており、該段差部分に前記セパレータ構造体の外縁が重なるように前記セパレータ構造体が配置される、請求項1〜9のいずれか一項に記載の方法。
- 前記積層工程が、隣接する前記枠体同士を液密性を確保可能に接着すること、及び/又は前記端面板と前記枠体とを液密性を確保可能に接着すること、及び/又は前記枠体と前記セパレータ構造体の外縁とを液密性を確保可能に接着することを含む、請求項1〜10のいずれか一項に記載の方法。
- 前記枠体及び前記端面板が樹脂製である、請求項1〜11のいずれか一項に記載の方法。
- 前記積層工程における前記接着が接着剤、熱融着及び溶剤接着からなる群から選択される少なくともいずれか1種により行われる、請求項11に記載の方法。
- 前記積層工程における前記熱融着がレーザー溶着により行われる、請求項13に記載の方法。
- 前記積層工程における前記レーザー溶着が、前記枠体の被接着面に対して略垂直方向又は略平行方向にレーザーを入射させて被接着部位を溶融させるように行われる、請求項14に記載の方法。
- 前記積層工程後に、隣接する前記枠体同士を液密性を確保可能に接着する工程、及び/又は前記枠体と前記端面板とを液密性を確保可能に接着する工程、及び/又は前記枠体と前記セパレータ構造体の外縁とを液密性を確保可能に接着する工程をさらに含む、請求項1〜15のいずれか一項に記載の方法。
- 前記積層工程後の前記接着が熱融着により行われる、請求項16に記載の方法。
- 前記積層工程後の前記熱融着がレーザー溶着により行われる、請求項17に記載の方法。
- 前記積層工程後の前記レーザー溶着が、前記枠体の被接合面に対して略平行方向にレーザーを入射させて被接着部位を溶融させるように行われる、請求項18に記載の方法。
- 前記セパレータ構造体がその外周に沿って外枠を備え、該外枠内及び/又は該外枠上に1枚又はそれ以上の前記セパレータが嵌合又は接合されてなり、該外枠が前記枠体と係合されてなる、請求項1〜19のいずれか一項に記載の方法。
- 前記外枠が樹脂製である、請求項20に記載の方法。
- 隣接する前記枠体同士の間又はその接合部分の近傍、及び/又は前記端面板とこれに隣接する前記枠体の間又はその接合部分の近傍に、前記熱融着の際に軟化又は溶融する樹脂が配設され、該樹脂が前記熱融着の際に軟化又は溶融して前記接着を促進又は強化する、請求項13〜15及び17〜19のいずれか一項に記載の方法。
- 前記開口部を上に向けた場合に、前記正極板及び前記負極板の上端の高さが前記電池容器の上端の高さよりも低くなるように、前記正極板及び前記負極板が構成されてなる、請求項7に記載の方法。
- 前記電池容器は、前記正極板を含む区画に充放電時の正極反応に伴う水分量の増減を許容する容積の正極側余剰空間を有し、かつ、前記負極板を含む区画に充放電時の負極反応に伴う水分量の減増を許容する容積の負極側余剰空間を有する、請求項1〜23のいずれか一項に記載の方法。
- 前記セパレータが、水酸化物イオン伝導性を有する無機固体電解質体からなり、該無機固体電解質体が、板状、膜状又は層状の形態を有する、請求項1〜24のいずれか一項に記載の方法。
- 前記無機固体電解質体が90%以上の相対密度を有する、請求項25に記載の方法。
- 前記無機固体電解質体が、一般式:
M2+ 1−xM3+ x(OH)2An− x/n・mH2O
(式中、M2+は2価の陽イオンであり、M3+は3価の陽イオンであり、An−はn価の陰イオンであり、nは1以上の整数であり、xは0.1〜0.4であり、mは0以上である)の基本組成を有する層状複水酸化物からなる、請求項25又は26に記載の方法。 - 前記一般式において、M2+がMg2+を含み、M3+がAl3+を含み、An−がOH−及び/又はCO3 2−を含む、請求項27に記載の方法。
- 前記セパレータがその片面又は両面に多孔質基材をさらに備えてなる、請求項1〜28のいずれか一項に記載の方法。
- 前記セパレータが、水酸化物イオン伝導性を有する無機固体電解質体からなり、前記無機固体電解質体が膜状又は層状の形態であり、該膜状又は層状の無機固体電解質体が前記多孔質基材上又はその中に形成されたものである、請求項29に記載の方法。
- 前記無機固体電解質体が水熱処理によって緻密化されたものである、請求項25〜30のいずれか一項に記載の方法。
- 前記無機固体電解質体が層状複水酸化物からなり、前記層状複水酸化物が複数の板状粒子の集合体で構成され、該複数の板状粒子がそれらの板面が前記多孔質基材の表面と略垂直に又は斜めに交差するような向きに配向してなる、請求項30又は31に記載の方法。
- 前記正極板が正極活物質と該正極活物質が担持される正極集電体とを備えてなり、前記負極板が負極活物質と該負極活物質が担持される負極集電体とを備えてなる、請求項1〜32のいずれか一項に記載の方法。
- 前記正極集電体が、前記電池容器外に突出する正極集電体延出部を有し、かつ、前記負極集電体が、前記電池容器外に突出する負極集電体延出部を有してなる、請求項33に記載の方法。
- 前記正極活物質が、水酸化ニッケル及び/又はオキシ水酸化ニッケルを含んでなり、且つ、前記負極活物質が亜鉛、亜鉛合金及び/又は亜鉛化合物を含んでなり、それにより前記電池がニッケル亜鉛電池として構成される、請求項34に記載の方法。
- 1枚又は複数枚の正極板と、
前記正極板と対向して及び/又は交互に設けられる1枚又は複数枚の負極板と、
アルカリ金属水酸化物水溶液を含んでなる電解液と、
前記正極板と前記負極板の間の各々の位置に前記正極板と前記負極板を隔離するように設けられるセパレータ構造体であって、前記セパレータ構造体が水酸化物イオン伝導性を有するが透水性を有しないセパレータを含んでなる、1枚又は複数枚のセパレータ構造体と、
前記正極板、前記負極板、前記セパレータ構造体、及び前記電解液を収容する電池容器と、
を備えた電池であって、
前記電池容器が、2枚の端面板と、該2枚の端面板の間に液密性を確保可能に連結される複数個の枠体とから構成され、
前記2枚の端面板の間に、前記正極板及び前記負極板がその間に前記セパレータ構造体を介在させつつ配置されてなり、前記セパレータ構造体の外縁が隣り合う前記枠体の間に挟持されてなり、前記枠体で区画された領域内で、且つ、前記セパレータ構造体と前記端面板との間及び/又は隣り合う前記セパレータ構造体の間に、前記正極板又は前記負極板が配置されてなる、電池。 - 前記正極板が正極活物質と該正極活物質が担持される正極集電体とを備えてなり、前記負極板が負極活物質と該負極活物質が担持される負極集電体とを備えてなる、請求項36に記載の電池。
- 前記正極集電体が、前記電池容器外に突出する正極集電体延出部を有し、かつ、前記負極集電体が、前記電池容器外に突出する負極集電体延出部を有してなる、請求項37に記載の電池。
- 前記正極活物質が、水酸化ニッケル及び/又はオキシ水酸化ニッケルを含んでなり、且つ、前記負極活物質が亜鉛、亜鉛合金及び/又は亜鉛化合物を含んでなり、それにより前記電池がニッケル亜鉛電池として構成される、請求項37又は38に記載の電池。
- 前記セパレータ構造体の前記外縁が、前記枠体に液密性を確保可能に接着されてなる、請求項36〜39のいずれか一項に記載の電池。
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