JP6387092B2 - 電極板、並びに、電極板の製造及び試験方法 - Google Patents

Description

本発明は電極板に関する。具体的には、限定する訳ではないが、本発明は、流動電解質電池用電極板、並びに、当該電極板の製造及び試験方法に関する。

スタンドアローン型電源システムにおいて用いられる電池は一般的に鉛蓄電池である。しかし鉛蓄電池は、性能と環境安全性の点で制約を有する。たとえば、典型的な鉛蓄電池の寿命は通常、暑い気候条件−特にたまたま十分に放電されるとき−では非常に短い。鉛蓄電池はまた環境にとって有害でもある。なぜなら鉛は、鉛蓄電池の主要成分であり、かつ、製造及び廃棄中に深刻な環境問題を引き起こす恐れがあるからである。

たとえば亜鉛臭素電池、亜鉛塩素電池、及び、バナジウムフロー電池のような流動電解質電池は、上述の鉛蓄電池の制約を克服する可能性を与える。特に、流動電解質電池の耐用年数は深放電による影響を受けず、かつ、流動電解質電池の重さに対するエネルギーの比は鉛蓄電池の最大６倍である。

たとえば鉛蓄電池のような流動電解質電池は、個々のセルよりも大きな合計電圧を生成する複数のセルからなる積層体を有する。しかし鉛蓄電池とは異なり、流動電解質電池内のセルは、電解質循環路を介して静水圧的に接続する。

セルの積層体は通常、複数のハーフセルを画定するようにセパレータプレートによって分離される複数の電極板からなる積層体を有する。ハーフセルの各々は、電極板、隣接するセパレータプレート、及び毛細管を有する。ハーフセルは、上面から見ると概して長方形だが、電池に対して電解質を送り込み、かつ、送り出すマニホールドを収容するため、電極板の隅に切り取り領域を有する。しかし切り取り領域によって生成される形状は通常は複雑なため、電池に組み入れられる前の個々の電極板の試験は難しくなる恐れがある。

従って、従来技術に係る流動電解質電池の電極板の製造及び試験に係る問題を解決又は緩和する必要がある。

本願明細書中での従来技術について言及することは、従来技術がオーストラリア又は他国での共通の一般的知識の一部を構成することを認める又は示唆することを意味しない。

本発明の実施形態の目的は、上述の従来技術に勝る改善点及び利点を消費者に供すること、並びに／又は、上述した従来技術の欠点のうちの１つ以上の克服及び緩和、並びに／又は、有用な商業上の選択肢を供することである。

一の態様では、必ずしも唯一でも最広義の態様でもないが、本発明は、１つ以上の破壊可能部を有する流動電解質電池用電極板に属する。

好適には、前記１つ以上の破壊可能部は、当該電極板の１つ以上の隅に隣接して設けられる。

好適には、当該電極板は、平坦で、かつ、上面と底面を有する。

好適には、前記底面の周辺部の端部は、試験用治具の封止部に抗するように封止するため、実質的に平坦である。

好適には、前記破壊可能部の少なくとも１つと当該電極板の他の部分との間の境界面は溝を有する。

好適には、前記溝は、当該電極板の上面に形成される。

好適には、前記破壊可能部は、当該電極板のポリマーの枠内に画定される。

好適には、前記ポリマーは高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）である。

他の態様によると、本発明は流動電解質電池用電極板の製造方法を含む。当該方法は、当該電極板内に１つ以上の破壊可能部を形成する段階、当該電極板から前記１つ以上の破壊可能部を取り除いて１つ以上の切り取り領域を画定する段階、当該電極板を電池セル積層体内に設置する段階、及び、１つ以上のマニホールドを前記１つ以上の切り取り領域に隣接するように前記電池セル積層体に取り付ける段階を有する。

好適には、前記１つ以上の破壊可能部は、当該電極板の１つ以上の隅に隣接するように設けられる。

好適には、当該方法は、当該電極板の底面の周辺部に沿って前記１つ以上の破壊可能部にわたって実質的に平坦な端部を形成する段階をさらに有する。

さらに他の態様によると、本発明は、流動電解質電池用電極板の試験方法を含む。当該方法は、当該電極板内に１つ以上の破壊可能部を形成する段階、前記破壊可能部にわたって延びる当該電極板の周辺部の周りに封止体を供する段階、当該電極板の第１面の表面に隣接するように気体を与える段階、及び、前記気体が当該電極板の第２面の表面に隣接して存在するのか否かを検出する段階を有する。

好適には、前記気体は、当該電極板の上面に隣接するように与えられ、かつ、当該方法は当該電極板の底面に隣接する領域を排気する段階をさらに有する。

好適には、前記気体は水素である。

好適には、当該電極板の底面に隣接する領域を排気する段階は、真空ポンプによって実行される。

好適には、当該方法は、当該電極板から前記１つ以上の破壊可能部を取り除いて当該電極板の切り取り領域を画定する段階、複数の他の電極板を含む電池セル積層体内に当該電極板を設置する段階、及び、マニホールドを当該電極板の切り取り領域に隣接するように前記電池セル積層体へ取り付ける段階を有する。

好適には、前記１つ以上の破壊可能部は、当該電極板の高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）の枠内に画定される。

好適には、前記１つ以上の破壊可能部は、当該電極板内に溝又は一連の小さな凹部を画定することによって形成される。

本発明の理解を助け、かつ、当業者に本発明を実施させることを可能にするため、本発明の好適実施形態が、以降で単なる例示として添付図面を参照しながら説明される。

本発明の実施形態による流動電解質電池用電極板の上面像を表す図である。 図１の電極板の部分底面像を表す図である。 図１の電極板の詳細な上面像を表す図である。 図３Ａの電極板のＡＡ−ＡＡでの断面像を表す図である。 図３Ｂの断面像の詳細を表す図である。 本発明の実施形態による図１の電極板を試験するための試験用治具を表す図である。 破壊可能部が取り除かれた図１の電極板の詳細な上面斜視像を表す図である。 本発明の実施形態による、マニホールドのない流動電解質電池の組み立てられたセル積層体の部分斜視像を表す図である。 本発明の実施形態による、マニホールドが設置された流動電解質電池の組み立てられたセル積層体の部分斜視像を表す図である。 本発明の実施形態による、流動電解質電池の電極板の製造方法を表す処理フローである。 本発明の実施形態による、流動電解質電池の電極板を試験する方法を表す処理フローである。

本発明の構成要素は図中において簡明な概形で表されている。本発明の実施形態を理解するのに必要な具体的詳細のみが、本願明細書に照らして当業者にとって自明である余計な詳細によって本開示を混乱させないように示されている。

本願明細書では、第１と第２、左と右、前方と後方、上と下等の形容詞は、その形容詞によって表される特定の相対位置又は順序を必然的に要求するのではなく、単に一の構成要素又は方法の段階を他の構成要素又は方法の段階から定めるのに用いられる。たとえば「有する」又は「含む」のような語句は、複数の構成要素又は方法の段階からなる排他的な組を定めるのには用いられない。むしろそのような語句は、本発明の特定の実施形態に含まれる複数の構成要素又は方法の段階からなる最小限の組を定めるだけである。

図１は、流動電解質電池用電極板１００の上面像を表す図である。図２は、本発明の実施形態による図１の電極板１００の部分底面像を表す図である。

図１と図２を参照すると、電極板１００は平坦で、かつ、電極１０９を収容する枠１０８を有する。電極板１００は上面１０２と底面１０４を有する。底面１０４の周辺部の端部１０６−具体的には枠１０８−は、電極板１００と試験用治具との間での良好な封止を容易にすることで電極板１００の欠陥の試験を行うため、実質的に平坦である。電極板１００は長方形として表されているが、本発明の電極板の他の実施形態は任意の適切な形状であってよいことに留意して欲しい。

一の実施形態では、枠１０８は、たとえば高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）のようなプラスチック材料で作られる。しかし枠１０８は、流動電解質及び電極と相性の良い任意の材料で作られてよいことに留意して欲しい。

電極板１００−具体的には枠１０８−は、電極板１００の各隅に隣接して形成される破壊可能部１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃ，１１０Ｄをも有する。４つの破壊可能部１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃ，１１０Ｄが図示されているが、本発明の電極板の他の実施形態は１つ以上の破壊可能部を含んでよいことに留意して欲しい。それに加えて、一部の実施形態によると、破壊可能部は、電極板内のどの場所−電極板の端部に沿った位置又は電極板の内部−に形成されてもよい。

破壊可能部１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃ，１１０Ｄは、一旦電極板１００が試験されると、流動電解質電池のマニホールドを収容するために折られて外されるように設計される。この装置の利点は、電極板１００の組立前試験を容易かつ確かにすることである。その理由は、破壊可能部１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃ，１１０Ｄを含む電極板１００は、周辺部の周りに滑らかな表面を有する従来よりも規則的な形状を画定することで、試験用治具に抗する封止を可能にするからである。

図３Ａは、図１の電極板１００の一の隅の詳細な上面像を表す図である。図３Ａでは、単一の破壊可能部１１０Ｃがより詳細に示されている。図３Ｂは、図３Ａの電極板の隅のＡＡ−ＡＡでの断面像を表す図である。図３Ｃは、図３Ｂの電極板のＡＡ−ＡＡでの詳細な断面像を表す図である。他の破壊可能部１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｄは破壊可能部１１０Ｃと類似している。

図３Ａ、図３Ｂ、及び図３Ｃを参照すると、破壊可能部１１０Ｃと電極板１００の他の部分との間の境界面は溝１１２を含む。一の実施形態では、溝１１２は、電極板１００の面の軸法線に対して約３０°の角をなす楔形形状である。図示されているように、溝１１２は電極板１００の端部から０．５ｍｍの位置で終端している。しかし、破壊可能部１１０Ｃが電極板１００の試験後に容易に除去可能となるように、溝１１２は任意の適切な形状であって良いことに留意して欲しい。それに加えて、溝１１２は連続的なものとして図示されているが、その代わりに溝１１２は、たとえば一連の小さな凹部に置き換えられ得ることに留意して欲しい。たとえばポリマーのような材料中に破壊可能部を製造する様々な方法が、当技術分野において周知であり、かつ、本発明に適用可能である。

破壊可能部１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃ，１１０Ｄと電極板１００の他の部分との間の境界面は、電池のマニホールドと接続するため、概して滑らかにされている。それに加えて、溝１１２は底面１０４へ到達するまでには延伸しない。むしろ溝１１２は底面１０４から約０．３ｍｍで止まる。それにより、底面１０４は、電極板１００の試験中、及び、破壊可能部１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃ，１１０Ｄが折られて外される前に、試験用治具による封止を維持することが可能となる。

電極板１００は、試験用治具内に設けられて試験される。図４は、本発明の実施形態による電極板１００の試験用治具３００を表す図である。試験用治具３００は、圧力板３１０、たとえばＯリングのような封止体３２０、真空板３３０、押圧板３４０、真空ポンプ３５０、及び気体検出器３６０を含む。試験中の電極板１００は、試験用治具３００内において圧力板３１０と真空板３３０との間に設けられる。圧力板３１０は、電極板１００の上面１０２に圧力を印加する。その結果、底面１０４の端部１０６は、電極板１００の周辺部の周りＯリング３２０に抗するように封止する。

試験中、たとえば水素のような気体が、圧力板３１０と電極板１００との間に形成されて電極板１００の上面１０２に隣接する上側空洞３０２内に送り込まれる。続いて電極板１００の底面１０４に隣接する下側空洞３０４は、下側空洞３０４とも接続する真空ポンプ３５０によって排気される。電極板１００が欠陥を有する場合、たとえば電極板１００がクラック又は穴を有する場合、気体は、上側空洞３０２から下側空洞３０４へ流れ、かつ、気体検出器３６０によって検出される。気体の検出の際、気体検出器３６０は、電極板１００が、欠陥を有し、かつ、破棄されるべきであるという信号をオペレータに送るため、警告音を鳴らしてよい。あるいはその代わりに、欠陥を有する電極板１００は、試験用治具３００によって自動的に破棄されてもよい。あるいはその代わりに、試験中、電極板１００の底面１０４に隣接する下側空洞３０４は、下側空洞３０４とも接続する真空ポンプ３５０によって排気され、かつ、最終的な真空度が設定された値に到達するとき、排気は止まる。電極板が欠陥を有する場合、たとえば電極板１００がクラック又は穴を有する場合、真空度の設定値は低下し、かつ、電極板は故障品と特定される。圧力低下の検出の際、圧力の切り換わりが、電極板１００が、欠陥を有し、かつ、破棄されるべきであるという信号をオペレータに送るための警告音のトリガとなってよい。あるいは欠陥を有する電極板１００は、試験用治具３００によって自動的に破棄されてもよい。さらなる代替として、当業者に理解されるように、正の圧力が真空の代わりに用いられてもよい。ここで正の圧力は、圧力板３１０と電極板１００との間に形成される上側空洞３０２内に印加される。

電極板１００が試験された後、破壊可能部１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃ，１１０Ｄの各々は、電極板１００の上面１０４上に圧力をかけることによって取り除かれる。図５は、図１の電極板１００の詳細な上面斜視像を表す図である。図中、破壊可能部１１０Ｃは取り除かれている。図５に示されているように、破壊可能部１１０Ｃが取り除かれるとき、電極板１００は、破壊可能部１１０Ｃの形状と一致する切り取り空間１１４を画定する。

使用中、一旦破壊可能部１１０が電極板１００から取り除かれると、複数の電極１００は、流動電解質電池を構成するように組み立てられる。図６Ａは、本発明の実施形態による、マニホールドを備えていない流動電解質電池４００の組み立てられたセルの積層体の部分斜視像を表す図である。図６Ｂは、本発明の実施形態による、マニホールド４１０を備えた流動電解質電池４００の組み立てられたセルの積層体の部分斜視像を表す図である。使用中、電解質は続いて、マニホールド４１０から隣接する電極板１００の間に画定される電池ハーフセルの空洞（又は、前記電池ハーフセルの空洞からマニホールド４１０）へ流れる。

図７は、本発明の実施形態による電極板の製造方法７００を表す処理フローである。段階７１０では、１つ以上の破壊可能部が電極板内に形成される。

段階７２０では、１つ以上の破壊可能部が、１つ以上の切り取り領域を画定するように取り除かれる。

段階７３０では、電極板が、電池セル積層体内に設けられる。

段階７４０では、１つ以上のマニホールドが、１つ以上の切り取り領域に隣接するように電池セル積層体に取り付けられる。

図８は、本発明の実施形態による流動電解質電池の電極板を試験する方法８００を表す処理フローである。段階８１０では、電極板の周辺部の周りに封止体が供される。ここで電極板の周辺部は、封止体が抗するように供される破壊可能部を含む。

段階８２０では、気体が、電極板の第１面の表面に隣接するように与えられる。

段階８３０では、電極板の第２面の表面に隣接する気体が存在するのか否かを検出が行われる。気体の存在が検出される場合、たとえば電極板は欠陥を有していると推定され、かつ、その電極板は破棄される。

気体の存在が第２面で検出されない、あるいは、許容可能な程度に低濃度の気体しか検出されないとすると、段階８４０では、破壊可能部は電極板から取り除かれ、その結果電極板の切り取り領域が画定される。

段階８５０では、電極板が電池セル積層体内に設けられる。

最終的に、段階８６０では、マニホールドが、電極板の切り取り領域に隣接するようにセル積層体に取り付けられる。

まとめると、本発明の実施形態の利点は、滑らかで、かつ、実質的に平坦な周辺部の表面を有する電極板を含む。前記表面には、電極板の効率的で確かな製造及び試験を容易にするように破壊可能部が一体化されている。試験の成功後、複数の電極板が電池のマニホールドと連結できるように、破壊可能部は取り除かれる。

本発明の様々な実施形態の上記記載は、当業者への説明目的で与えられる。上記記載は、排他的すなわち本発明を単一の開示された実施形態に限定することを意図していない。上述したように、本発明に対する様々な代替型及び変化型は、上述の教示の当業者には明らかである。従って、代替実施形態が具体的に開示されているが、他の実施形態は明らか、すなわち当業者によって相対的に容易に想到される。従って、本願明細書は、ここで論じられた本発明のすべての代替型、修正型、及び変化型、並びに、上述の発明の思想及び技術的範囲に属する他の実施形態を包含することが意図されている。

Claims (12)

1. 流動電解質電池用電極板であって、
   当該電極板に接続される１つ以上の破壊可能部を有し、
   前記１つ以上の破壊可能部と当該電極板の他の部分との間の境界面は、溝又は一連の凹部を有し、かつ、
   当該電極板の前記他の部分は、前記流動電解質電池のマニホールドの形状と一致する切り取り空間を画定する、
   電極板。
2. 請求項１に記載の電極板であって、前記１つ以上の破壊可能部が、当該電極板の１つ以上の隅に隣接して設けられる、電極板。
3. 請求項１に記載の電極板であって、平坦で、かつ、上面と底面を有する、電極板。
4. 請求項３に記載の電極板であって、前記底面の周辺部の端部が、試験用治具の封止体に抗するように封止するために実質的に平坦である、電極板。
5. 請求項１に記載の電極板であって、前記溝が当該電極板の上面に形成される、電極板。
6. 請求項１に記載の電極板であって、前記１つ以上の破壊可能部が当該電極板のポリマーの枠内で画定される、電極板。
7. 請求項６に記載の電極板であって、前記ポリマーが高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）である、電極板。
8. 電極板の製造及び試験、並びに、流動電解質電池用電池セル積層体の組立方法であって、
   当該電極板内に１つ以上の破壊可能部を形成する段階であって、前記１つ以上の破壊可能部と当該電極板の他の部分との間の境界面は、溝又は一連の凹部を有する、段階、
   前記破壊可能部にわたって延びる当該電極板の周辺部の周りに封止体を供する段階、
   当該電極板の第１面の表面に隣接するように気体を与える段階、
   前記気体が当該電極板の第２面の表面に隣接して存在するのか否かを検出する段階、
   当該電極板から前記１つ以上の破壊可能部を取り除いて１つ以上の切り取り領域を画定する段階、
   当該電極板を当該電池セル積層体内に設置する段階、及び、
   １つ以上のマニホールドを前記１つ以上の切り取り領域に隣接するように前記電池セル積層体に取り付ける段階、
   を有する、方法。
9. 請求項８に記載の方法であって、前記気体は、当該電極板の上面に隣接するように与えられ、かつ、当該電極板の底面に隣接する領域を排気する段階をさらに有する、方法。
10. 請求項８に記載の方法であって、前記気体が水素である、方法。
11. 請求項９に記載の方法であって、当該電極板の底面に隣接する領域を排気する段階が、真空ポンプによって実行される、方法。
12. 請求項８に記載の方法であって、前記１つ以上の破壊可能部が、当該電極板の高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）の枠内に画定される、方法。
    

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