JPH11500572A

JPH11500572A - 電極構造体、この電極構造体から作られる電気化学機器およびこの電気化学機器の製作方法

Info

Publication number: JPH11500572A
Application number: JP8525327A
Authority: JP
Inventors: ホフマン、ハンス; シーモンセン、シュヴェン
Original assignee: ホフマン、ハンス; シーモンセン、シュヴェン
Priority date: 1995-02-24
Filing date: 1995-07-26
Publication date: 1999-01-12
Also published as: EP0801819A1; US6197449B1; EP0801819B1; DE59503884D1; ES2123281T3; ATE172057T1; AU3222895A; DE19506496A1; WO1996026552A1

Abstract

(57)【要約】バッテリ、蓄電池または類似の電気化学機器のセルのための電極構造体（１０）は、互いに所定の間隔をおいて保持された少なくとも１個のマイナスの電極（１１，１２）と少なくとも１個のプラスの電極（１２，１１）を備えている。両電極（１１，１２）はそれぞれ１つの同一の三次元的な格子状構造体を有し、同じ間隔をおいてすべての空間方向に互いに入り組んで配置されている。このような電極構造体は、容積と重量が比較的に小さく、出力が大きいと共に、大きな蓄電容量に対する今日の要求を満足する。

Description

【発明の詳細な説明】電極構造体、この電極構造体から作られる電気化学機器およびこの電気化学機器の製作方法本発明は、請求項１の上位概念に記載の、バッテリ、蓄電池等のような電気化学機器のためのの電極構造体と、請求項１５の上位概念に記載の、このような電極構造体からなる電気化学機器と、請求項２０の上位概念に記載の、電気化学機器を製作するための方法に関する。従来の鉛蓄電池の場合には例えば、互いに対向する少なくとも２個の板状の電極が設けられている。この電極はＰｂＯ₂ゲルによって被覆されているかあるいは２枚の鉛板の形に形成されている。この鉛板の一方の板表面はプランテ式被覆を行った後でＰｂＯ₂に変換される。この両方の場合、電極の反応面積は板表面積に一致し、従ってその大きさが制限される。従来の鉛蓄電池は更に、電極の板状形成に基づいて、機械的安定性が制限される。ＰｂＯ₂ゲル型蓄電池は大きな電流を供給するがしかし、寿命が短い。これに対して、プランテ式被覆物を備えた定置式蓄電池は長い寿命を有するがしかし、大きな電流を供給することができない。というのは、全体の電極と比べて反応表面層が狭いからである。従って、この電極は出力に対して比較的に大きな容積を有し、重量が比較的に重い。この理由から、電極の表面積を拡大する試みが数多く行われた。これは例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第４２０１４２０号公報、同第２６３９８８１号公報およびドイツ連邦共和国特許第１４６０６３号公報から明らかである。これらのすべての場合、一部が構造的および製作技術的に複雑な手段によって表面積が増大するがしかし、機械的安定性が制限されるという欠点が依存として存在し、出力と比べて容積と重量が比較的に大きい。そこで、本発明の課題は、容積と重量が比較的に小さく、大きな蓄電能力に対する要求を満足し、その際大きな出力が得られるように、冒頭に述べた種類の、バッテリ、蓄電池または類似の電気化学機器のセルのための電極構造体と、このような電極構造体で作られた電気化学機器を提供することである。更に、加工コストや価格コストが比較的にかからない、このような電気化学機器の製作方法を提供すべきである。この課題を解決するために、上記の種類の電極構造体またはこのような電極構造体を用いた上記種類の電気化学機器あるいはこのような電気化学機器の製作方法において、請求項１または請求項１５あるいは請求項２０に記載した特徴が用いられる。本発明による手段によって、電極は容積に比べて表面積が大きな立体的な物体として形成される。その際、非常に小さな支持体部分を除いて、両電極の容積全体が電気化学的な反応に寄与する材料から作られる限り、立体的な物体の容積を小さくすることができる。両電極は、その間隔が非常に小さくなるように、立体的に互いに入り組んでいる。それによって、多数のセル状の反応室が生じ、この反応室内で電気化学的反応が行われる。本発明の好ましい実施形による請求項２記載の特徴によって、セル状の多数の反応室がそれぞれ同じ大きさとなり、あらゆる個所または範囲において両電極の立体的な物体の間隔がほぼ同じ大きさとなる。これにより、電極構造体の全体空間内で、何らかの優先方向を生じないで、均一な反応が生じる。これは、電気化学機器の全体空間が両電極を均一に収容し、同一部分となることに基づいている。従って、空間のあらゆる断面で、両電極切断面積は同じ大きさである。他の有利な実施形は請求項３記載の特徴を有する。これは、立体的な物体が繰り返される幾何学的形状を有し、この形状が結合個所とこの結合個所から突出する４つのウェブによって形成されることを意味する。このウェブはそれぞれ、他方のウェブに対して同じ角度をなしている。請求項４記載の特徴を有する変形では、一つの結合個所から出発して、そのウェブ上にあらゆる方向に他の結合個所が載り、他の結合個所のウェブが第１の結合個所のウェブの延長部を形成する。これにより、完全に規則正しい立体的な格子構造の物体が得られる。この物体は、その中間室内に同じ種類の他の物体を挿入できるように形成されている。挿入された物体（第２の電極）は第１の物体（第１の電極）にどの個所でも接触していない。両物体の交叉するウェブの間隔は常に、同じ許容誤差内にある。ウェブ状の要素部分の横断面は請求項５に従って、全長にわたって同じ横断面積または同じでない横断面積を有する。この場合、電極構造体の製作方法に応じて、および製作コストと製品要求に応じて、同じ横断面積または同じでない横断面積を用いると有利である。請求項６記載の特徴は、電極構造体の構造の一例を示している。少なくとも所定の大きさのこのような電気化学機器にとって有利な電極構造体の他の好ましい形状は、請求項７に記載されている。これにより、ほとんど任意の立体形状の装置を製作可能である。好ましい他の実施形は請求項８〜１１の１つまたは複数の特徴によって生じる。達成すべき機械的強度または許容重量に応じて、材料の問題は請求項１２記載の特徴または請求項１３記載の特徴によって解決される。ほとんどの場合、蓄電池または電気化学機器は、電気的に接続された複数のセルからなっている。これを非常に簡単に達成できるようにするために、請求項１４，１５の一方または両方の特徴が用いられる。その際、先ず最初に、大きさが供される単一セルの合計に一致する、上記の電極構造体の形状内に２個の電極を設けることは非常に簡単である。そして、切断部、凹部によってまたは凹部など設けないで両電極の立体的物体を任意の個所で分離し、複数の単一電極を生じる。この場合、両全体電極の一方を分割するだけで充分である。その後、個々のセル内の電解液の分離も行うために、請求項１６，１７または１８記載の特徴が用いられる。その際、他の好ましい実施形は請求項１９記載の特徴によって得られる。この場合、全体の電気化学機器の中で単一セルの機械的な接続が行われる。上記の電極構造体を使用してこのような電気化学機器を製作するために用いられる請求項２０〜２５記載の１つまたは複数の特徴により、中実材料から両電極の立体的な格子状物体を製作し、壁を挿入することによって間隔をおいて機械的に保持することが簡単に可能である。それによって、両物体は空間内で互いに固定される。従って、複数セル状の構造が簡単に得られる。本発明の他の詳細は次の記載から明らかである。次に、図に示した実施の形態に基づいて本発明を詳しく説明する。図１は本発明の第１の実施の形態による電気化学機器のための電極構造体を示す部分斜視図、図１Ａは図１の電極構造体の電極の格子要素を示す拡大斜視図、図１Ｂは図１の部分拡大図、図２は図１の矢印ＩＩ方向に見た側面図であり、蓄電池が一点鎖線で概略的に示してある。図３は図１の矢印ＩＩＩ方向に見た平面図、図４は図１の矢印ＩＶ方向に見た、図２に対して９０°ずらした側面図、図５は本発明の第２の実施の形態による電気化学機器のための電極構造体の、両電極が完全に分離されていない状態を示す部分斜視図、図６は図５の矢印ＶＩ方向に見た側面図、図７は図５の矢印ＶＩＩ方向に見た平面図、図８は電気化学機器用電極構造体を製造するための、出発工作物としての直方体状のブランクに図示した穿孔方法を示す図、図９は本発明の第３の実施の形態の電極構造体の、図３と同様な部分平面図、図１０は第３の実施の形態の電極構造体の電極の格子要素を示す拡大斜視図、図１１，１２はそれぞれ、第３の実施の形態による電気化学機器の電極構造体の互いに垂直な側面から見た、図２と同様な部分側面図、図１３は本発明の第４の実施の形態の電気化学機器のための、長い直方体状のブランクから作られた電極構造体の斜視図、そして図１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃは第４の実施の形態の、図９，１１，１２に対応する部分図である。図に示した電極構造体は単一セル（個々のセル）または複数セルのバッテリ、蓄電池またはその他の電気化学機器を形成するために役立つ。この電極構造体は図には４つの実施の形態１０または１１０または２１０または３１０が示してあり、各々の電極１１，１２または１１１，１１２または２１１，２１２または３１１，３１２のためにそれぞれ同一の立体的物体の形をしている。その際、立体的、すなわち三次元的な格子状の構造を有する電極１１，１２または１１１，１１２または２１１，２１２または３１１，３１２は、あらゆる範囲においてそれぞれほぼ等しい相互間隔、すなわち均一な相互間隔を有するように、互いに入り組んでいる。図示した実施の形態の場合、両電極１１，１２または１１１，１１２または２１１，２１２または３１１，３１２がそれぞれ同一の構造を有するので、それぞれ一方の電極１１または１２あるいは１１１または１１２あるいは２１１または２１２あるいは３１１または３１２に基づいて電極の構造を説明するだけで充分である。図１〜４に示した電極構造体１０の実施の形態の場合には、電極１１（および上記の電極１２）は多数の格子要素１５によって構成されている。この場合、図１Ａに示すように、各々の格子要素１５はほぼＶ字状の２個の対をなした要素部分１６，１７によって形成されている。この対をなした要素部分は互いに垂直な平面内に設けられ、結合個所１８で互いに連結されている。対をなしたＶ字状の各要素部分１６，１７は同じ平面内にある、同一に形成されたウェブ状の２つの要素部分１９，２０または２１，２２を備えている。この要素部分はそれぞれ、結合個所１８から出発して所定の角度αをなして離れるように延びている。格子要素１５は対称的な放射状の形のものと見なすことができる。格子要素の結合個所１８は立方体の中心であり、ウェブ状の要素部分１９〜２２は立法体の複数の面の対角線上の角まで延びている。それによって、対をなした要素部分１６，１７のウェブ状の要素部分１９〜２２は結合個所１８から出発してそれぞれその間で同じ角をなし、同じ長さを有する。図示した実施の形態の場合には、ウェブ状の要素部分１９，２０または２１，２２の横断面は正方形である。しかし、他のあらゆる任意の横断面、例えば円形または六角形の横断面とすることができる。ウェブ状の要素部分１９〜２２の端部２５はそれぞれ、他の格子要素１５の隣接するウェブ状の要素部分の端部に連結されているかあるいは一体となっているので、（立体的な）三次元の格子状構造体が、上下におよび横に並べて配置された多数の格子要素１５から生じる。理解されるように、空間の３方向における格子要素１５の数の選択は電極構造体１０の所望の外形寸法に依存する。上述のように、電極１２は電極１１と同じように形成されている。本実施の形態において、電極構造体１０のすべての空間方向における電極１１，１２の相互の入り組みは、先ず最初に電極１１，１２の個々の格子要素１５をそれぞれ三次元的に互いに入り組ませ、そしてそれぞれ同様に三次元的に入り組んだ隣接する格子要素１５に連結されることによって行われる。更に、電極構造体１０の組み立ては次のようにして行うこともできる。すなわち、先ず最初に、電極１１または１２を格子構造に組み立て、そして一列に接ぎ合わせたＶ字状の対の要素部分１６，１７を別々に製作し、他方の電極構造体１２，１１を形成するための縦列２３と横列２４として対の要素部分が一方の電極１１または１２の格子構造に三次元的に通し、続いて互いに連結することによって行うことができる。格子電極１１，１２を所定の間隔をおいて保持するために、例えば電極構造体１０の反対側の端部近くに、図２に例示的に示すように、電気絶縁性合成樹脂からなる端板３１，３２が鋳造されている。この端板はウェブ２１〜２２を密封状態で取り囲んでいる。例えばバッテリまたは蓄電池のような電気化学機器を製造するために、電極構造体１０は例えば図２において一点鎖線で示すように、ケーシング２６によって取り囲まれ、電極構造体１０の内室２７に、液状または固体の電解質が充填される。蓄電池が例えば４個の端板３１，３２によって囲まれた１個のセルによって形成されると、格子状の両（正と負の）電極１１，１２はそれぞれ電気接続部２８，２９を備えている。電極構造体１０から製作される、例えばバッテリまたは蓄電池のような電気化学機器が２個以上のセルによって形成されるときには、図２において一点鎖線の分離平面３３によって示すように、格子構造電極１１，１２の少なくとも１個を１つまたは２つ以上の平面内で分離し、端部を離すことによって簡単に形成可能である。この分離平面３３内に、両セルを物理的または電解質（電解液）的に分離するために、破線で示した中間壁３４が挿入される。この中間壁は電極材料または電気絶縁性材料、例えば合成樹脂からなり、他方の電極１２のウェブ状の要素部分１９〜２２を密封状態で取り囲み、それによって電解質のための複数のセル例えば２個のセルの間を密封分離する。従って、各蓄電池セルは全体電極１１から形成された２個の単一電極３６，３７と、依然として全体電極として形成された電極１２を備えている。理解されるように、適当な電気的接続により、両蓄電池セルは電気的に直列に接続される。図２において一点鎖線で示した“垂直な分離”の代わりに、電気化学機器を２つ以上のセルに“水平に分離”することができる。電極１１，１２が図２に示す方法で更に上方へ拡大されるかまたは組み立てられ、例えば電極１２の場合に上側の縦列２３の上方に横列２４が配置されず、この平面内に導電性材料からなる水平な隔壁が挿入され、この隔壁が不足列なしに組み立てられた電極１１にすべての空間方向で一体化されると、電解質的に互いに分離された隣接する２つのセルが生じる。このセルにとって電極１１は共通しており、電極１２から２個の単一電極が生じる。このような層状の構造により、隔壁が電極と同じ材料からなっているので、それ自体によって密封が行われ、同時に隔壁が作用表面として供される。理解されるように、他方の電極も分離可能であり、また両方の電極を適当な方法で分離することができる。蓄電池の複数の単一セルの場合、個々の電極１１，１２の分離平面がそれぞれ互いにずらして配置され、それぞれ１個の単一電極が隣接する２つのセルに付設されるように、両電極１１，１２が分離されると合目的である。格子要素１５または電極１１，１２の材料構成はそれ自体公知のごとく行うことができる。例えば格子要素１５を合成樹脂で形成し、電気化学機器に適した適当な金属で被覆することができる。しかし、個々の格子要素１５を鉛で形成し、例えば一方の電極をプランテ式被覆物によって形成することができる。使用される材料とは関係なく、要素１１，１２の格子構造は、電極構造体１０の機械的強度またはこの電極構造体によって形成される電気化学機器の機械的強度に関する比較的に高いあらゆる要求を満足する。図５〜７に示した電極構造体１１０の実施の形態の場合には、電極１１１，１１２の三次元的な格子状構造が同様に、ウェブ状要素部分１１９〜１２２から組み立てられた個々の格子要素１１５を同じ形に形成しかつそれぞれ並列させることによって形成される。結合個所１１８で接続されるこの格子要素１１５のＶ字状の対の要素部分１１６，１１７は、特別な製造工程に基づいて、横断面が同じ形をしていない。この実施の形態の場合、電極構造体１１０は例えば、棒材料のような長い直方体によって作られる。しかし、電気化学機器の最終形状に応じて、出発材料すなわちブランクは、この所望な最終形状に適合した、任意の種類および大きさの立体形状、すなわち不規則なあらゆる形状を有していてもよい。簡単化するために、１個の立方体に基づいて電極構造体１１０の製作を説明する。立方体は互いに垂直な３つの側面、例えば側面１５０，１５１，１５２から、それぞれ複数の列１５３，１５４の貫通穴を備えている。その際、各々の側面１５０〜１５２から、隣接する穴の列１５３，１５４が穴１５５，１５６を備え、その際、隣接する穴の列１５３，１５４の穴１５５，１５６は互いにずらして配置されている。換言すると、隣接する穴の列１５３，１５４の穴１５５，１５６は各々の立方体側面の対角線方向に見て、一列に設けられている。それによって、３つのすべての側面１５０〜１５２の貫通する個々の穴１５５，１５６は適当にずれて貫通している。更に、互いに垂直な対角線方向Ａ，Ｂから、すなわち側面１５０，１５１に対して４５°の角度をなしてかつ側面１５１に向き合う側面１６２と側面１５０に対して４５°の角度をなして、穴１５７，１５８が平行な複数の列に穿設されている。この場合、一方の対角線方向Ａの列は他方の対角線方向Ｂの列に対して互いにずらして配置されている。所定の条件の下では、互いに垂直な２つの平面から、および互いに垂直な２つの対角線方向、例えば方向Ａ，Ｂから、出発材料すなわちブランクを穿孔するだけで充分である。その際、穴の直径は電極が互いに分離されないような大きさである。これは、穴がそれぞれ同じ直径ｄを有することが前提である。換言すると、ｄ＞ｈ／√２が当てはまる。ここで、ｈは結合個所１１８越しに隣接する２つの穴１５５，１５６の中心の間隔の半分である（図６参照）。ｄが非常に小さいと、より多くの側面から、すなわち対角線から穿孔しなければならない。それによって、互いに分離されかつ側壁板によって等間隔をおいて保持された格子状の電極１１１，１１２が生じる。この側壁板のうち、図５，６には側壁板、すなわちここでは底板１６０だけが見える。他の側壁板は、ブランクと呼ばれる電極構造体１１０の側面に半円筒形の穴部分１６３が残るように、既に切断されている。既に述べたように、格子要素１１５のウェブ１１９〜１２２は同じように変化する横断面を有する。横断面の同じ形は、他の穴の列を上側側面１５２に対して４５°の角度をなして一方向からあるいは互いに垂直な２つの方向から加工することによって得られる。これにより、すべての範囲において電極１１１，１１２の間隔が統一される。底板１６０が一点鎖線で示す平面１６１内で切断されると、両格子構造電極１１１，１１２はその入り組んだ配置構造内で相対的に動き得る。これを阻止するために、電気化学機器、例えばバッテリまたは蓄電池を組み立てるために、少なくとも一端に、電気絶縁性の端板（図２の端板３１，３２に一致する）が取付けられたときに初めて、底板１６０が切断される。この端板はあらゆる空間方向にすなわち三次元的に入り組んだ両電極１１１，１１２を機械的に確実に保持し、かつ所定の間隔に保持する。図１〜４の実施の形態で示した方法で、適当な蓄電池が電極構造体１１０から形成される。この場合、図示していない方法で、ケーシングが電極構造体１１０を取り囲む。この電極構造体は互いに向き合った少なくとも２つの側面に、電気絶縁性端板を備えている。理解されるように、ここでも、電気的接続構造体がケーシングから外へ案内されている。この電気的接続構造体は一方の電極１１１と他方の電極１１２に電気的に分離されて接続されている。この実施の形態の場合にも、電気化学的な装置を２つ以上のセルに分割することが容易に可能である。この分割は、格子構造電極１１１およびまたは１１２を所望の平面内で機械的に分割して複数の単一電極に電気的に分離することによって行われる。２つ以上のセル室を分離するための中間壁を適当な方法で設けることができる。この実施の形態の場合、出発材料として、電気化学機器に適した金属、例えば鉛を使用すると合目的である。この場合、電極１１１または１１２はプランテ式被覆物を備えている。しかし、電極１１１，１１２の格子構造を先ず最初に合成樹脂のような他の材料で作り、そしてこの他の材料を、電気化学機器に適した材料で被覆することもできる。両実施の形態の場合、端壁は、適当な化学的特性（耐酸性、強度）を有する合成樹脂で作ることができる。液面が端壁の下側エッジに位置するまで、電極がスペーサである電極構造体または電極が切断されていない側壁に連結されて固定されている電極構造体を液体内に浸漬することにより、端壁を取付けることができる。この液体上に壁のための合成樹脂材料が注がれる。上端に壁が形成されると、側壁すなわちスペーサが切断除去される。合成樹脂壁が挿入されることにより、一部電極が固定される。側面に合成樹脂壁が鋳造形成されるので、このようにして形成された構造体の上端はそれぞれ一方の電極および他方の電極に連結される。すなわち、上端はチェーン状に接続されたセルすなわち複数のセルの両極を形成する。図８〜１２に示した電極構造体２１０の第３の実施の形態の場合には、電極２１１，２１２の格子状構造が同様に、ウェブ状要素部分２１９〜２２２によって形成された個々の格子要素を同じ形に形成しかつそれぞれ並べて形成されている。結合個所２１８で結合された格子要素のＶ字状の対の要素部分２１６，２１７は、図５〜７の実施の形態と幾分異なる製造工程に基づいて、図１〜４の実施の形態の場合のように横断面が均一であり、これは図１０から明らかである。この第３の実施の形態の場合には、電極構造体２１０は図５〜７の電極構造体１１０のように、任意の立体形状および寸法のブランクから作られる。簡単にするために、これは図８において直方体状のブランク２４５で示してある。直方体状のブランク２４５は互いに垂直な側面２５０，２５１から方向Ｃ′，Ｄ′またはＣ″，Ｄ″に従って、それぞれ複数の列２５３，２５４の貫通する正方形の凹部２５５，２５６を備えている（方向Ｃ″，Ｄ″から面２５１を見た図９参照）。その際、各々の側面２５０，２５１から、隣接する凹部列２５３，２５４は、隣接する凹部列２５３，２５４の凹部２５５，２５６が互いにずらして配置されるように、正方形の凹部２５５，２５６を備えている。更に、図５〜７の第２の実施の形態の場合のように、互いに垂直な２つの対角線方向Ａ′，Ｂ′ から、すなわち側面２５０，２５１に対しておよび側面２５０と側面２５１に対向する側面に対して４５°の角度をなして、凹部２５７，２５８が平行な複数の列に形成されている。この場合、一方の対角線の方向Ａ′の列は、図１１，１２から明らかなように、他方の対角線の方向Ｂ′に対して互いにずらして配置されている。この凹部２５７，２５８は六角形状に形成されている。これらのすべての凹部２５５〜２５８は例えばレーザによってブランク２４５に切り込まれている。凹部２５５〜２５８のこの配置構造により、図９，１１，１２に示すような個々の結合個所２１８とそれから延びるウェブ２１９〜２２２が生じる。このウェブの横断面は、結合個所２１８に直に隣接する範囲まで六角形である（図１０）。この第３の実施の形態の場合にも、凹部２５５〜２５８を加工する最少数の平面または方向は凹部の横断面積によって決まる。例えば正方形の凹部２５５，２５６の側面をａで表し、六角形の穴２５７，２５８が寸法ａの幅狭側面を有するときには、結合個所２１８越しに隣接する２つの凹部２５５の中心の半分の間隔をｈとすると（図９）、式ａ＞ｈ／√２が当てはまる。図９と図１１，１２の間の接続線は一方では凹部２５５〜２５８のずらした配置構造を示し、他方ではウェブ２１９〜２２２の中心に対する凹部２５５〜２５８の中心の対応関係を示している。３つのすべての空間軸線内で、凹部からその都度隣接する凹部の方向Ａ ′，Ｂ′，Ｃ′，Ｄ′，Ｃ″またはＤ″の方向に、２ｈの送りが行われる。更に、図９，１１，１２の矢印Ｍはすべての空間方向に入り組んだ格子要素を備えた電極構造体２１０の電極２１１，２１２の仮想の中心を示している。この実施の形態の場合、電極２１１，２１２の相互の分離は好ましくは、ブランクの側面が凹部２５５〜２５８に続いて半分の凹部を備えていることによって行われる。これは電極を分離することになり、図６の第２の実施の形態に基づいても明らかであり、この場合側壁円板１６０が切断されないで、適当な個所に半分の穴を備えている。図８〜１２の第３の実施の形態のブランク内に電解質を分離する中間壁（隔壁）を設けることは、次のように行うことができる。すなわち、ブランク２４５内の隔壁の平面内に、凹部２５５〜２５８が設けられないように行うことができる。これはレーザ切断技術によって容易に可能である。そのために行われる少なくとも１個の電極２１１，２１２の分離は、この実施の形態の場合には、この電極の所定のウェブを切断することによって行われる。この第３の実施の形態の場合にも、図１３，１４の後述する第４の実施の形態の場合と同様に、ブランク２４５の出発材料は任意である。これは既に、第２の実施の形態に基づいて説明した。本発明の第３の実施の形態の場合には、個々の凹部は次のようにして作ることもできる。すなわち、図８において、凹部を方向Ｃ′，Ｄ′，Ｃ″，Ｄ″に形成した後で、点線で記入した仮想の対角線２４６の両側でブランク２４５を挟持し、この対角線の回りに３つの段階でそれぞれ１２０°の角度間隔をおいて回転することによって作ることもできる。１２０°回転させた後でその都度、凹部が方向Ａ′，Ｂ′に従って加工される。この方法で円箇状の穴の形の凹部の加工が行われると、結合個所２１８の間のウェブ状の要素部分２１９〜２２２の直径または外周が均一になる。図１３と図１４Ａ〜１４Ｃに示した電極構造体３１０の第４の実施の形態の場合には、電極３１１，３１２の格子状の構造体が図５〜７の実施の形態と同様に形成されている。換言すると、第４の実施の形態の場合には、凹部列３５３，３５４の凹部３５５〜３５８が円形の横断面の穴によって形成されている。第２の実施の形態に対するこの第４の実施の形態の重要な違いは、電極構造体３１０によって形成された電気化学機器の複数セル状の構造にある。出発物体はここでも、図８のブランク２４５に似た長い直方体である。図８に示した穿孔方法と同様に、円筒状の凹部３５５〜３５８の列３５３，３５４が図８に示した方Ａ′，Ｂ′，Ｃ′，Ｄ′，Ｃ″またはＤ″に加工される。この凹部の列は、図１３から明らかなように、端壁３６６，３６７とセル隔壁３６５が生じるように定められる。セル隔壁３６５は、凹部列を製作する工具と工作物（ブランク）の間の相対的な空送りが少なくとも３ｈだけ行われることによって生じる。これと同じことが端壁３６６，３６７の製作にも当てはまる。この端壁はその外面が平らであるので、薄壁状に形成可能である。電極３１１，３１２を互いに分離し、一方の電極３１１を２個の単一電極３３６，３３７に分割するために、方向Ａ′（図８）に対して平行な方向Ｅ（図１４Ｃ）からセル隔壁３６５の両側にかつ端壁３６６，３６７の内側範囲に、円箇状の分離凹部３５９，３５９′が加工される。この分離凹部はそれぞれ、隣接する穴の対の隣接する２個の穴３５８の間に配置され、この穴３５８と交叉する。図１４Ｃから明らかなように、分離穴３５９，３５９′を加工することによって、隣接する穴３５８の間にあるウェブ３１９〜３２２が仕上げ加工されるかまたは消滅する。その際、図１４Ｃに従って、偶数の列の穴３５８が分離穴を備えた穴列の間に位置するときには、分離穴３５９′が分離穴３５９に対してずらされる。これにより、図１３に従って左側と右側に、端壁３６６または３６７を含む電極３１１の電極構造体３３６，３３７と、中央範囲にセル隔壁３６５を固定した電極３１２が生じる。このセル隔壁の両側には、格子状構造が３つのすべての空間方向において単一電極３３６または単一電極３３７の格子状構造に入り組んでいる。更に、図１４は他のすべての詳細および凹部（穴）の配置構造が、図９，１１，１２と似ている。この場合、図１４は同時に、方向Ｃ″，Ｄ″から面３５１を見た図である。電極構造体１０，１１０，２１０，３１０の図示した実施の形態の場合には、セルひいては電解質の容積に対する電極容積の比は、ウェブ高さまたはウェブ長さに対するウェブ横断面積またはウェブ直径の比によって決まる。両電極１１，１２または１１１，１１２または２１１，２１２または３１１，３１２の幾何学的に規則正しい形状により、セルの全体空間または各々のセルの空間は規則正しく、両電極の同じ部分を占める。それによって、電極の反応部分の割合が残りの支持体部分と比較して非常に大きい。電極の非活性材料を減らすことによって、重量が低減され、電極が規則正しい形状となり、そして電流密度が均一になる。穴をできるだけ小さくすることによりまたは格子構造に基づいて、表面積が拡大されるので、多量の電流放出が可能である。特に第２，３，４の実施の形態の電極構造体１１０，２１０または３１０の場合に、製作に従って、電流低下が平らとなる。電極構造体１０または１１０または２１０または３１０では、すべての空間方向に入り組んで配置された電極からなる立体的な三次元格子構造が重要である。この場合、非対称の格子構造も可能である。上記において電気化学機器の電気化学側については詳細に述べなかったが、電極構造体１０または１１０または２１０または３１０とそれによって製作された電気化学機器は適当な方法で準備され、構造的にも材料的にも従来の方法で電解液、電気的接続線等のような適当な要素を備えていることが理解される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者シーモンセン、シュヴェンドイツ連邦共和国デー−70376 シュテュッテュガルトダームシュタッターシュトラッセ 84

Claims

【特許請求の範囲】１．少なくとも１個のマイナスの電極（１１，１２；１１１，１１２；２１１，２１２；３１１，３１２）と少なくとも１個のプラスの電極（１２，１１；１１２，１１１；２１２，２１１；３１２，３１１）とを備え、この電極が互いに所定の間隔をおいて保持されている、バッテリ、蓄電池等のセルのための電極構造体（１０，１１０，２１０，３１０）において、両電極（１１，１２；１１１，１１２；２１１，２１２；３１１，３１２）がそれぞれ１つの三次元的な格子状構造体を有し、すべての空間方向において互いに入り組んで配置されていることを特徴とする電極構造体。２．両電極（１１，１２；１１１，１１２；２１１，２１２；３１１，３１２）が同一の構造を有し、特にほぼ同じ間隔をおいて保持されていることを特徴とする請求項１記載の電極構造体。３．各々の電極（１１，１２；１１１，１１２；２１１，２１２；３１１，３１２）が三次元的な複数の格子要素（１５；１１５；２１５；３１５）によって形成され、この格子要素が結合個所（１８；１１８；２１８；３１８）から互いに垂直な２つの平面内を延びるほぼＶ字形のウェブ状の対の要素部分（１６，１７；１１６，１１７；２１６，２１７）からなっていることを特徴とする請求項１または２記載の電極構造体。４．ほぼＶ字形のウェブ状の対の要素部分（１６，１７；１１６，１１７；２１６，２１７）の各々の端部（２５）の少なくとも一部が他の対の要素部分または格子要素に並べておよびまたは上下に連結されていることを特徴とする請求項３記載の電極構造体。５．要素部分対（１６，１７；１１６，１１７；２１６，２１７）の要素部分がが全長にわたって同じ横断面または同じでない横断面を有するウェブ（１９〜２２；１１９〜１２２；２１９〜２２２）によって形成されていることを特徴とする請求項３または４記載の電極構造体。６．電極（１１，１２）の三次元的な格子状構造の一部が三次元的に入り組んで形成されていることを特徴とする請求項１〜５の少なくとも１つに記載の電極構造体。７．電極（１１，１２）の三次元的な格子状構造が、互いに垂直な少なくとも２つの平面（１５０，１５１；２５０，２５１；３５０，３５１）とそれに対して４５°回転した少なくとも２つの平面（Ａ，Ｂ）内の互いにずれている貫通する凹部（１５５〜１５８；２５５〜２５８；３５５〜３５８）によってブランク（２４５）内に形成されていることを特徴とする請求項１〜５の少なくとも１つに記載の電極構造体。８．凹部（１５５〜１５８）が穴によって形成されていることを特徴とする請求項７記載の電極構造体。９．凹部（２５５〜２５８）が互いに垂直な方向（Ｃ′，Ｄ′；Ｃ″，Ｄ″）から形成された正方形の凹部と、互いに垂直な対角線方向（Ａ，Ｂ；Ａ′，Ｂ′）から形成された六角形の凹部によって形成され、特にレーザ切削されていることを特徴とする請求項７記載の電極構造体。 10．電極（１１１，１１２；２１１，２１２；３１１，３１２）の分離部がブランク（２４５）のすべての側で壁板を少なくとも部分的に切断することによって形成されていることを特徴とする請求項７〜９の少なくとも１つに記載の電極構造体。 11．電極（１１１，１１２；２１１，２１２；３１１，３１２）の分離が、所定のウェブを例えば穿孔除去または例えばレーザ切削除去することによってあるいは両電極の間に分離凹部（３５９，３５９′）を形成することによって行われることを特徴とする請求項７〜９の少なくとも１つに記載の電極構造体。 12．格子状構造が合成樹脂からなり、適当な被覆物を備えていることを特徴とする請求項１〜１１の少なくとも１つに記載の電極構造体。 13．格子状構造が適当な金属からなっていることを特徴とする請求項１〜１１の少なくとも１つに記載の電極構造体。 14．請求項１〜１３の少なくとも１つに記載の電極構造体（１０；１１０；２１０；３１０）によって形成された、２つ以上のセルを有する、バッテリ、蓄電池等のような電気化学機器において、電極（１１，１２；１１１，１１２；２１１，２１２；３１１，３１２）の少なくとも１つの格子状構造体が一平面内で分離されていることを特徴とする電気化学機器。 15．電極（１２，１１；１１２，１１１；２１２，２１１；３１２，３１１）のそれぞれ他方の格子状構造体が、格子状構造体の分離平面（３３）内に、電解液を分離する中間壁（３４）を備えていることを特徴とする請求項１４記載の電気化学機器。 16．中間壁が適当に成形された板を組み込むことによってまたは鋳込むことによって形成されていることを特徴とする請求項１５記載の電気化学機器。 17．ブランク（２４５）の平面内に穴または凹部を形成しないことによって、中間壁が形成されていることを特徴とする請求項１５記載の電気化学機器。 18．中間壁（３６５）が一方の電極（３１２，３１１）の一部であり、他方の電極（３１１，３１２）が両側で中間壁（３６５）に隣接して特に分離凹部（３５９）によってこの中間壁から分離されていることを特徴とする請求項１７記載の電気化学機器。 19．両電極（１１，１２；１１１，１１２；３１１，３１２）の格子状構造体がそれぞれ互いに間隔をおいて設けられた平面内で分離されていることを特徴とする請求項１４，１７または１８の少なくとも１つに記載の電気化学機器。 20．請求項１〜５と７〜１３の少なくとも１つに記載の電極構造体からなる、バッテリ、蓄電池等のような電気化学機器を製作するための方法において、三次元的な格子状全体構造体を得るために、少なくとも２つの互いに垂直なブランクの平面内でかつそれに対して４５°だけずらした少なくとも２つの平面内で、互いにずれた貫通する凹部を加工し、電極または電極部分である少なくとも２つの単一構造体に格子状全体構造体を分離することを特徴とする方法。 21．全体構造体を分離する前に、電極または電極部分の間隔を固定するために、電気絶縁性材料からなる端板およびまたは中間板が挿入されることを特徴とする請求項２０記載の方法。 22．少なくとも１個の格子構造電極が中間平面内で分離され、この中間平面内に、電極構造体の横断面全体にわたって中間壁が挿入されることを特徴とする請求項２１記載の方法。 23．ブランクの適当な平面内に凹部を形成しないことによって、電解液を分離する中間壁が形成され、適当なウェブ状要素部分を除去することによって、少なくとも１つの電極が少なくとも２つの電極部分に分離されることを特徴とする請求項２０記載の方法。 24．ウェブ状要素部分が分離凹部を形成することによって除去されることを特徴とする請求項２３記載の方法。 25．凹部が穿孔またはレーザ切削によって形成されることを特徴とする請求項２０〜２４の少なくとも１つに記載の方法。