JP6734932B2 - 電気化学単セルを生産するための生産性の高い製造プロセスおよびこれにより生産される電気化学単セル - Google Patents
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Description
該当なし。
該当なし。
エネルギー密度=(26.8A−h/mol)×OCV×[e−] (1)
式中、OCVは50%の充電状態での開路電位であり、(26.8A−h/mol)はファラデー定数であり、[e−]は99%の充電状態で活物質に貯蔵される電子の濃度である。正の電解液および負の電解液の活物質がいずれも原子種または分子種を主に含む場合、[e−]は以下の式2によって計算することができる。
[e−]=[活物質]×N/2 (2)
式中、[活物質]は負の電解液または正の電解液の活物質のモル濃度のうちいずれか低い方であり、Nは活物質1分子当たりの移動電子の数である。関連用語の「電荷密度(charge density)」は、各電解液が含有する電荷の総量を指す。所与の電解液について、電荷密度は以下の式3によって計算することができる。
電荷密度=(26.8A−h/mol)×[活物質]×N (3)
式中、[活物質]およびNは上記で定めた通りである。
Veff,RT=Vdischarge/Vcharge×100% (4)
Claims (22)
- 第1の電極と第2の電極との間に配置されるセパレータであって、該セパレータの両面上に、前記第1の電極および前記第2の電極とは接していない第1の周縁領域および第2の周縁領域が設けられるように、前記第1の電極および前記第2の電極のサイズと位置とが設定されている、セパレータと、
前記第1の電極に接している第1のバイポーラプレートと、
前記第2の電極に接している第2のバイポーラプレートと、
前記セパレータ上の前記第1の周縁領域に配置される第1の圧縮性シールと、
前記セパレータ上の前記第2の周縁領域に配置される第2の圧縮性シールと、
前記第1の圧縮性シールおよび前記第2の圧縮性シールの外周縁沿いに形成される第1のフレーム層および第2のフレーム層と、
前記第1の圧縮性シールおよび前記第1のフレーム層に接している第3のフレーム層と、
前記第2の圧縮性シールおよび前記第2のフレーム層に接している第4のフレーム層と、
前記第3のフレーム層に隣接している第5のフレーム層と、
前記第4のフレーム層に隣接している第6のフレーム層と、
前記第5のフレーム層に隣接している第7のフレーム層であって、前記第1のバイポーラプレートは該第7のフレーム層に接着されて、該第7のフレーム層の窓を塞いでいる、第7のフレーム層と、
前記第6のフレーム層に隣接している第8のフレーム層であって、前記第2のバイポーラプレートは該第8のフレーム層に接着されて、該第8のフレーム層の窓を塞いでいる、第8のフレーム層と
を備える電気化学単セルであって、
前記第1から第8のフレーム層はいずれも非導体材料を含んでいる、電気化学単セル。 - 前記第5のフレーム層および前記第6のフレーム層の少なくとも一方に、フロー分配路が形成されている、請求項1に記載の電気化学単セル。
- 前記第5のフレーム層が前記第3のフレーム層に接しており、
前記第6のフレーム層が前記第4のフレーム層に接しており、
前記第7のフレーム層が前記第5のフレーム層に接しており、
前記第8のフレーム層が前記第6のフレーム層に接している、
請求項1に記載の電気化学単セル。 - 前記セパレータ、前記第1の電極、前記第2の電極、前記第1のバイポーラプレート、前記第2のバイポーラプレート、前記第1の圧縮性シール、前記第2の圧縮性シール、および前記各フレーム層が、いずれもロール状の原材料から作製される、請求項1に記載の電気化学単セル。
- 前記第1のフレーム層と、前記第3のフレーム層と、前記第5のフレーム層と、前記第7のフレーム層とが互いに接着されて1つにまとめられ、
前記第2のフレーム層と、前記第4のフレーム層と、前記第6のフレーム層と、前記第8のフレーム層とが互いに接着されて1つにまとめられる、
請求項1に記載の電気化学単セル。 - 請求項1に記載の前記電気化学単セルを複数互いに当接させて構成された電気化学スタック。
- 前記電気化学スタック内の隣接する電気化学単セルが、共通のバイポーラプレートと、前記共通のバイポーラプレートに接着された共通のフレーム層とを共有している、請求項6に記載の電気化学スタック。
- 前記電気化学スタック内の隣接する電気化学単セルにおいて、第1の電気化学単セルのバイポーラプレートが、第2の電気化学単セルのバイポーラプレートに当接している、請求項6に記載の電気化学スタック。
- 第1の電極と第2の電極との間に配置されるセパレータであって、該セパレータの両面上に、前記第1の電極および前記第2の電極とは接していない第1の周縁領域および第2の周縁領域が設けられるように、前記第1の電極および前記第2の電極のサイズと位置とが設定されている、セパレータと、
前記第1の電極に接している第1のバイポーラプレートと、
前記第2の電極に接している第2のバイポーラプレートと、
前記セパレータ上の前記第1の周縁領域に積層される第1のフレーム層と、
前記セパレータ上の前記第2の周縁領域に積層される第2のフレーム層と、
前記第1のフレーム層に隣接している第3のフレーム層と、
前記第2のフレーム層に隣接している第4のフレーム層と、
前記第3のフレーム層に隣接している第5のフレーム層と、
前記第4のフレーム層に隣接している第6のフレーム層と、
前記第5のフレーム層に隣接している第7のフレーム層であって、前記第1のバイポーラプレートは該第7のフレーム層に接着されて、該第7のフレーム層の窓を塞いでいる、第7のフレーム層と、
前記第6のフレーム層に隣接している第8のフレーム層であって、前記第2のバイポーラプレートは該第8のフレーム層に接着されて、該第8のフレーム層の窓を塞いでいる、第8のフレーム層と、
を備える電気化学単セルであって、
前記第1から第8のフレーム層はいずれも非導体材料を含んでいる、電気化学単セル。 - 前記第5のフレーム層と前記第6のフレーム層のうち少なくとも一方に、フロー分配路が形成されている、請求項9に記載の電気化学単セル。
- 前記第3のフレーム層が前記第1のフレーム層に接しており、
前記第4のフレーム層が前記第2のフレーム層に接しており、
前記第5のフレーム層が前記第3のフレーム層に接しており、
前記第6のフレーム層が前記第4のフレーム層に接しており、
前記第7のフレーム層が前記第5のフレーム層に接しており、
前記第8のフレーム層が前記第6のフレーム層に接している、
請求項9に記載の電気化学単セル。 - 前記セパレータ、前記第1の電極、前記第2の電極、前記第1のバイポーラプレート、前記第2のバイポーラプレート、および前記各フレーム層が、いずれもロール状の原料から作製される、請求項9に記載の電気化学単セル。
- 前記各フレーム層が互いに接着されて1つにまとめられる、請求項9に記載の電気化学単セル。
- 請求項9に記載の前記電気化学単セルを複数互いに当接させて構成された電気化学スタック。
- 前記電気化学スタック内の隣接する電気化学単セルにおいて、第1の電気化学単セルのバイポーラプレートが、第2の電気化学単セルのバイポーラプレートに当接している、請求項14に記載の電気化学スタック。
- 前記電気化学スタック内の隣接する電気化学単セルが、共通のバイポーラプレートと、前記共通のバイポーラプレートに接着された共通のフレーム層とを共有している、請求項14に記載の電気化学スタック。
- セパレータ材料のロールと、カソード材料のロールと、アノード材料のロールとを生産ラインに供給することと、
前記生産ラインの第1の位置において、前記カソード材料と前記アノード材料とを前記セパレータ材料の両面にそれぞれ接着して、軟質材アセンブリを形成することと、
第1の絶縁体材料のロールと、第2の絶縁体材料のロールとを前記生産ラインに供給することと、
前記生産ラインにおいて前記第1の絶縁体材料内と前記第2の絶縁体材料内とに窓を形成し、前記生産ラインにおいて、前記第1の絶縁体材料を含む第1のフレーム層と第2のフレーム層とを前記軟質材アセンブリの両面に接着し、前記生産ラインにおいて、前記第2の絶縁体材料を含む第3のフレーム層を前記第1のフレーム層に接着し、前記第2の絶縁体材料を含む第4のフレーム層を前記第2のフレーム層に接着することと、
第3の絶縁体材料のロールを前記生産ラインに供給することと、
前記生産ラインにおいて前記第3の絶縁体材料内に窓を形成し、前記生産ラインにおいて、前記第3の絶縁体材料を含む第5のフレーム層を前記第3のフレーム層に接着し、前記第3の絶縁体材料を含む第6のフレーム層を前記第4のフレーム層に接着することと、
第4の絶縁体材料のロールおよびバイポーラプレート材料のロールを前記生産ラインに供給することと、
前記生産ラインにおいて前記第4の絶縁体材料内に窓を形成し、前記生産ラインにおいて、前記第4の絶縁体材料の前記窓が前記バイポーラプレート材料によって塞がれるように、前記バイポーラプレート材料を前記第4の絶縁体材料に接着して、前記生産ラインにおいて、前記第4の絶縁体材料を含む第7のフレーム層を前記第5のフレーム層に接着し、前記第4の絶縁体材料を含む第8のフレーム層を前記第6のフレーム層に接着することによって、電気化学単セルを形成することと、
を含む方法であって、
前記第1のフレーム層、前記第2のフレーム層、前記第3のフレーム層、前記第4のフレーム層、前記第5のフレーム層および前記第6のフレーム層として前記第1の絶縁体材料、前記第2の絶縁体材料、前記第3の絶縁体材料を配置したときに、前記第1の絶縁体材料内の窓と、前記第2の絶縁体材料内の窓と、前記第3の絶縁体材料内の窓とは互いに重なっており、
前記軟質材アセンブリの両面それぞれの前記カソード材料および前記アノード材料に前記バイポーラプレート材料が接している、方法。 - 前記第1のフレーム層と前記第2のフレーム層とを前記軟質材アセンブリに接着する前に、前記第1の絶縁体材料と前記第2の絶縁体材料を互いに接着することをさらに含む、請求項17に記載の方法。
- 前記カソード材料と前記アノード材料とは、感圧接着剤を用いて前記セパレータ材料に接着される、請求項17に記載の方法。
- 前記各フレーム層が互いに接着されて1つにまとめられる、請求項17に記載の方法。
- 複数の前記電気化学単セルを互いに直列接続して電気化学スタックを形成することをさらに含む方法であって、
前記電気化学スタック内の隣接する電気化学単セルにおいて、第1の電気化学単セルのバイポーラプレートが、第2の電気化学単セルのバイポーラプレートに当接している、請求項17に記載の方法。 - 第1の絶縁体材料のロールを生産ラインに供給することと、
前記生産ラインにおいて前記第1の絶縁体材料内に窓を形成することと、
バイポーラプレート材料のロールを前記生産ラインに供給することと、
前記第1の絶縁体材料の前記窓が前記バイポーラプレート材料によって塞がれるように、前記バイポーラプレート材料を前記第1の絶縁体材料に接着することと、
第2の絶縁体材料のロールを前記生産ラインに供給することと、
前記生産ラインにおいて前記第2の絶縁体材料内に窓を形成して、前記第2の絶縁体材料を前記第1の絶縁体材料の両面に接着することと、
第3の絶縁体材料のロールを前記生産ラインに供給することと、
前記生産ラインにおいて前記第3の絶縁体材料内に窓を形成して、前記第3の絶縁体材料を前記第1の絶縁体材料の両面に設けられた前記第2の絶縁体材料に接着することと、
第4の絶縁体材料のロールを前記生産ラインに供給することと、
前記生産ラインにおいて前記第4の絶縁体材料内に窓を形成して、前記第4の絶縁体材料を、前記第1の絶縁体材料の両面に設けられた前記第2の絶縁体材料に接着されている前記第3の絶縁体材料に接着することによって、電気化学単セルを形成することと、
を含む方法。
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