JPS63500408A - 電気化学セル用バッテリ−極板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の名称 電気化学セル用バッテリー極板の製造方法発明の背景 （技術分野） 本発明は、一般的には電気化学セル（ｅｌｅｃｔｒＯｃｈｅｌｉｃａｌ　ｃｅｌ ｌｓ　）において用いられる電極のＩＩ造に関するものであり、特に双極極板（ ｂｉｐｏｌａｒ　ｐｌａｔｅ　）に消耗性の反応性金属アノード極板を加圧接合 する方法に関するものである。

（従来技術の説明） 複数の消耗性の反応性金属アノード（ｃｏｎｓｕｎａｂｔｅ。

ｒｅａｃｔｉＶ（！　ＩＤｅｔａｌ　ａｎｏｄｅｓ）を用いる電気化学セルはす でによく知られている。一般的に、この種のアノードは単体、化合物あるいは複 合体の形のリチウム（ｌｉｔｈｉｕｎ）のようなアルカリ金属を含んで構成され 、カソード及び水性または非水性電解液と関係する。電解液は普通、水酸化リチ ウム（ｌｉｔｈｉｕｌｍ　ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ　）の水溶液である。

このようなセルは、非常に多くの特許及び公報に詳細に説明されている。特許と しては、Ｏ−リー（’Ｒｏｗｌｅｙ）の米国特許第３，７９１，８７１号、ツ？ イその他（Ｔｓａｉｅｔ　ａｔ）の米国特許第３．９７６、５０９号、リトウア その他（ｌｉｔｔａｕｅｒ　ｅｔ　ａｔ　）の米国特許第４，００７，０５７号 、り１Ｌｔ−１−’）イ’ｌり（にＩｏｏｔｗｙｋ）の米国特許第４，１８８， ４６２号がある。

アノードは普通、ディスク形状、板状、または運転の間電解液に接触する少なく とも一つの面と双極極板に接合される反対側の面とを有するその他の形状を呈し ている。双極性板は普通ニッケル（ｎｉｃｋｅｌ）　、飼（ｃｏｐｐｅｒ）　、 ａるいはその他の金属の合金でできており、カソードが双極極板の反対側に接合 されて、双極バッテリー極板を形成する。

従来の接合技術では、複数の平坦なプラテンまたはプレスを用いて、反対側には カソード極板が接合されている芸域的に研磨したニッケル箔製双極極板にリチウ ム製７ノードを加圧接合することにより、電気化だ。しかしながら、この方法に より生産すると、接合が不完全なリチウム箔製アノードが続出した。ある例では 、作用面積（ａｃｔｉｖｅ　ａｒｅａ　）の２５％以下しか現実に接合しなかっ た。このような不完全接合の大きな原因の一つは、リチウム箔製アノードと金属 箔製双極極板との間に空気が溜まることであった。

本発明は、上述のような問題点に毘み、リチウム製７ノードの双極バッテリー極 板へのほぼ１００％の接合を確保する新規な接合技術を提供するものである。

（発明の慨要） 従って、本発明の目的は、電気化学セルにおいて使用する消耗性の反応性金属ア ノードを双極極板に加圧接合するための新規かつ改良された方法を提供すること により、前述の問題を克服することにある。

本発明の模範的な実施例においては、アノード極板の最初の領域すなわち第１の 領域に圧力が加えられ、アノード電極の該領域は双極極板に携械的に接合される 。それから、圧力はこの第１の領域から離れて行くアノード極板の他の複数の領 域に順次加えられて、７ノード極板のこれら他の領域が双極極板に漸次芸域的に 接合される。これによって、二つの極板の間から閉じ込められた空気を押し出す 。

好ましくは、アノード極板のほぼ中心の位置の形状が円形を呈する第１の領域に 圧力を加える。続いて、この円形の中心領域から外向きに放射状に広がる複数の 位置にある複数の他の領域に順次圧力が加えられる。

例えばこれら他の領域は、漸次径が大きくなっていくほぼリング形状の領域のよ うなものである。円形の中心領域及び唄次径が大きくなっていくリング形状の各 領域は実質上面積が等しくなっている。これはアノード極板を双極極板に実質上 等しい力で加圧接合するためである。言い替えれば、一定の力を加える型を使用 する際に、アノード極板の等しい面積領域に順次一定の力を加えることによって 、７ノードの全部の領域にわたって一定の接合圧力を加えるためである。

他の方法では、最初にアノードの所定の領域に圧力を加え、それからローリング 作用により漸次他の領域に圧力を加えてりく。これにより、２つの極板の間から すべての溜っている空気を押し出すのである。

本発明のもう一つの特徴は、双極極板とセパレータ部材との間にアノード極板を 挟むことである。圧力は、上述した工程においてセパレータ部材に加えられ、一 つの作業過程で、アノード極板中にセパレータ部材を押し込む。この方法の特徴 は、直列に使用され且つバッテリー極板間に電解液を流すために分離されるバッ テリー極板の製造を可能にする。

本発明の特徴、利点、その他の目的を、添付の図面を参照して、以下に述べる詳 細な説明により明らかにする。

（図面の簡単な説明） 新規であると信じる本発明の特徴は、添削した請求の節回に特に記載しである。

本発明は、その目的と特徴と共に、附随する図面と関連しつつ、以下に述べる説 明を参照することにより、最もよく理解できるであろう。各図面において、同じ 参照番号は同じ部材を表す。

第１図は、反応性金属アノード極板を用いた典型的な双極バッテリー横板の立体 透視図である。

第２Ａ図は、極板の中央の領域に加圧接合するための圧力シムの位置を表す平面 図である。

第２Ｂ図は、中央の領域から外に向いた放射状の領域において、極板に加圧する ための同心リング形状シムを表す第２Ａ図と同様の図である。

第２Ｃ図は、次第に径が増加する放射状領域において、極板に加圧するために漸 次大きくしたリング形状シム表す第２Ａ図□及び第２Ｂ図と同様の図である。

第３図は、バッテリー極板相互の０間にセパレータ部材を使用した典型的な電気 化学セルの断面図である。

第４図は、アノードの腐食のある段階を示す第３図と同様の図である。

（発明の詳細な説明） 当業者に（よよく知られているように反応性金属電気化学セルは、反応性金属ア ノードと、カソードと、水性あるいは非水性電解液とからなる。電解液は、セル が作動している間は、７）−ド及びカソードの少なくとも一部分と接触する。ア ノードとカソードとはそれぞれ届子に接続されており、各端子は作動している間 負荷に接続される。

アノードは典型的にはナトリウム（ｓｏｄ　１ｕ１１）のようなアルカリ金属か らなり、例えば、好ましくはリーチラムからなる。アノード金属は、当業者によ く知られているように、単体、化合物または複合体の形で存在している。

カソードは、例えば鉄（ｉｒｏｎ）や酸化銀（ＡｇＯ）のようないろいろな適当 な金属で作られるか、エアー・カソードのようなガス消耗性カソード（ｑａｓ− ｃｏｎｓｕｎｉｎｇ　ｃａｔｈｏｄｅ　）である。

アノードとカソードとは、触媒となる機械的なセパレータ、あるいは単に、湿っ た空気にさらすことによってアノードの表面に例外なく形成される水酸化金属膜 により、相互に間隔をあけて配置されている。

第１図は電気化学セルにおいて使用される双極バッテリー極板を示している。こ れは、例えばニッケル酒からなる双極極板１０と、例えばリチウム箔からなる７ ノード極板１２と、例えば酸化銀からなるカソード極板１４とから構成されてい る。アノード極板１２とカソード極板１４とは、双極極板１０の相対向する面に 接合される。

第２Ａ〜２Ｃ図は、双極極板に消耗性の反応性金属アノード極板を加圧接合する 工程において、７ノード極板に圧力を加える好ましい形式を図説するものである 。一般的に、アノード極板の所定の領域に亘って、所定の方向に漸次にアノード 横板に圧力を加える。これにより、アノード極板の該領域を双極極板に鵬械的に 接合し、両極板の間から溜っている空気を全て押し出す。この圧力覧よ、一定の 力を与えることができるプレス型によって加えられるのが好ましい。第２Δ〜２ Ｃ図に示すように、最初は、アノード極板の第２Ａ図に示すほぼ円形のシム（ｓ ｈｉｎ）１６により特定されたほぼ中心に位置する第１の領域に圧力が加えられ る。次に、この第１の領域から離れていく、すなわちこの第複数の他の領域に順 次圧力が加えられる。例えば、第２Ｂ図は、その内径２０が円形のシム１６の外 径と等しいリング形状シム１８を示している。リング形状シム１８に圧力を加え た後、同心のリング形状シム２２（第２Ｃ図）に圧力が加えられる。リング形状 シム２２の内径２４Ｇよ、第２Ｂ図に示すリング形状シム１８の外径２６と等し い。この工程のシーケンスは、漸次径の大きい同心リング形状シムを使って継続 される。

双極極板にアノードを加圧接合するために７ノードの全領域に亘って一定の圧力 を加えるため、各シム１６．１８．２２　（さらに径の大きいシムも同球である が）は面積が等しくなっている。このことは、第２Ｂ図、第２Ｃ図にそれぞれ示 したリング形状シム１８とリング形状シム２２との幅を比較すれば理解できる。

等しい加圧面積とこれにより与えられた一定の力に応じた一定の圧力とを得るた めに、図においてはリング形状シム２２の幅が、リング形状シム１８の幅よりも より狭く示されている。

さらに、第１図〜第２Ｃ図に示すように、双極種板とアノード極板との外縁の形 状は、例えば非円形のような不均整な形状をしている。少なくとも、最小の圧力 として例えば約０．２９２１ｙ／ＴＩｔ（１平方インチ当たり　ｉ　、　ｏｏｏ ボンド、１，０００ｐｓｉ　）の圧力が加えられている限り、これらの円形のシ ムは、このような不均整な形状（円形の板に対する）についても等しく効果的で ある。

７ノード極板を双極極板に接合するために他に取りうる方法として、ローリング 作用（ｒｏｌｌｉｎｇ　ｏｐｅｒａｔｉ。

ｎ）によって加圧することも考えられる。すなわち、加圧ロールによって所定の 領域に亘って、所定の方向に漸次にアノード極板に圧力を加えていく。これによ り、溜っている空気を全て極板の間から押し出すことを碓保でき、リチウム箔製 のアノードと金属箔製の双極バッテリー極板との間を実質上１００％接合する効 果を得ることができる。

本発明の方法は、複合極板を直接製造する場合にも応用できる。具体的には、第 ３図を参照すると、双極極板すなわちニッケル箔２８は、その片方の面に７ノー ド極板すなわちリチウム茫３０を、他方の面にはカソード（図示していない）を 有している。複合電極は。

リチウムアノードのいたる所に存在するスクリーン（ｓｃｒｅｅｎ）又はフオー ム（ｆｏａｎ）により形成される。

バッテリー性板は通常直列に積み上げられ、第２番目の双極極板３４はアノード ３０に対面する方の面上にカソード３６を有している。スペーサースクリーン（ ｓｐａｃｅｒ　５ｃｒｅｅｎ　）　３８の形式をしたセパレータ部材が各バッテ リー極板の間に電解液を流すために、各カソード３６とアノード３０との間に配 置されている。

このセパレータを配置する工程は、上述した工程における加圧によって行うこと ができ、このようにすると−回の作業過程でリチウム製アノードに直接セパレー タスクリーンを圧入または押し込むことができる。

第４図は、腐食ライン４０によって示したように、リチウム製アノード３０がセ ルの作動すなわち運転中に一球に腐食された後の露出された複合極板のスクリー ン３２を図説するものである。

なお、本発明は、その精神と中心的な特徴から逸脱することなく、他の限定され た形式で実施することができるものであることは当然のことである。従って、開 示した例と実施の態様は全て説明的な、非限定的なものであると考えなければな らず、本発明はここに示された細部によって限定されるものではない。

ＦＩＧ、　２８　ＦＩＧ、　２Ｃ １ＳＩｌ　腔　咀　審　軸　失

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．電気化学セルにおいて使用するために消耗性の反応性金属アノード極板を双 極極板に加圧接合する方法において、 前記アノード極板の第１の領域に該第１の領域を前記双極極板に機械的に接合す るために圧力を加える工程と、 前記アノード極板の前記第１の領域から離れていく複数の他の領域に順次圧力を 与えて前記複数の前記他の領域を前記双極極板に漸次機械的に接合する工程とを 行って、前記アノード極板と前記双極極板との間から溜っている空気を全て押し 出すことを特徴とする消耗性の反応性金属アノード極板を双極極板に加圧接合す る方法。 ２．圧力は前記アノード極板のほぼ中心の位置にある前記第１の領域に加えられ 、 圧力は順次前記ほぼ中心の位置にある前記第１の領域から外向きに放射状に広が る前記他の領域に漸次加えられる請求の範囲第１項記載の方法。 ３．前記第１の領域はほぼ円形であり、前記複数の他の領域はその径が漸次増加 するほぼリング形状を呈している請求の範囲第２項記載の方法。 ４．円形の前記領域とリング形状の前記複数の他の領域とは、実質的に相互に面 積が等しい請求の範囲第３項記載の方法。 ５．前記第１の領域と前記複数の他の領域とは、実質上相互に面積が等しい請求 の範囲第１項記載の方法。 ６．前記双極極板とセパレータ部材との間に前記アノード極板を挟む挟み工程を 含み、前記挟み工程において単一の作業過程で前記アノード極板中に前記セパレ ータ部材を押し込むべく前記セパレータ部材に前記圧力を加える請求の範囲第１ 項記載の方法。 ７．前記セパレータ部材はスペーサースクリーンとして設けられている請求の範 囲第１項記載の方法。 ８．前記アノード極板はリチウムからなる請求の範囲第１項記載の方法。 ９．前記双極極板はニッケルまたは銅からなる請求の範囲第１項記載の方法。 １０．前記圧力は最初に前記第１の領域に加えられた後、ローリング作用によっ て前記複数の他の各領域に加えられる請求の範囲第１項記載の方法。 １１．電気化学セルにおいて使用するために消耗性の反応性金属アノード極板を 双極極板に加圧接合する方法において、所定の領域に亘って所定の方向に漸次前 記アノード極板に圧力を加えることにより、前記アノード極板の前記所定の領域 を前記双極極板に機械的に接合し、かつ前記アノード極板と前記双極極板との間 から溜っている空気を全て押し出すことにより消耗性の反応性金属アノード極板 を双極極板に加圧接合する方法。 １２．前記所定の方向はアノード極板のほぼ中心の位置から外向きに放射状に広 がる方向である請求の範囲第１項記載の方法。 １３．前記圧力はローリング作用により加えられる請求の範囲第１１項記載の方 法。 １４．前記アノード極板はリチウムからなる請求の範囲第１１項記載の方法。 １５．前記双極極板はニッケル又は銅からなる請求の範囲第１４項記載の方法。 １６．前記双極極板とセパレータ部材との間に前記アノード極板を挟む挟み工程 を含み、前記挟み工程において単一の作業過程で前記アノード極板中に前記セパ レータ部材を押し込むべく前記セパレータ部材に前記圧力を加える請求の範囲第 １１項記載の方法。 １７．電気化学セルにおいて使用するために金属アノード極板を双極極板に加圧 接合する方法において、消耗性の反応性金属アノード極板を設ける工程と、金属 製の双極極板を設ける工程と、 前記アノード極板と前記双極極板とを並べて配置する工程と、 前記アノード極板のほぼ中心に位置する前記アノード極板の第１の領域に該第１ の領域を前記双極極板に機械的に接合するために圧力を加える工程と、前記アノ ード極板の前記第１の領域から外向きに離れれていく一連の複数の放射状領域に 該複数の放射状領域を前記双極極板に漸次機械的に接合するために順次圧力を加 える工程とを行い、前記アノード極板と前記双極極板との間から溜っている空気 を全て押し出す金属アノード極板を双極極板に加圧接合する方法１８．前記第１ の領域はほぼ円形であり、前記複数の放射状領域はその径が漸次増加するほぼリ ング形状を呈している請求の範囲第１７項記載の方法。 １９．円形の前記領域とリング形状の前記複数の放射状領域とは、実質上相互に 面積が等しい請求の範囲第１８項記載の方法。 ２０．前記第１の領域と前記複数の放射状領域とは、実質上相互に面積が等しい 請求の範囲第１７項記載の方法。 ２１．前記アノード極板はリチウムからなる請求の範囲第１７項記載の方法。 ２２．前記双極極板とセパレータ部材との間に前記アノード極板を挟む挟み工程 を含み、前記挟み工程において単ーの作業過程で前記アノード極板中に前記セパ レータ部材を押し込むべく前記セパレータ部材に前記圧力を加える請求の範囲第 １７項記載の方法。 ２３．前記セパレータ部材はスペーサースクリーンとして設けられる請求の範囲 第２２項記載の方法。 ２４．前記圧力は、一定の力のブレスと複数の互いに補足しあう形のシムとによ って、前記第１の領域に加えられた後前記複数の放射状領域に加えられ、各工程 の間において一定の表面面積圧力を維持するべく、各圧力を印加する工程のため に各シムを順番に配置しそれから各シムを取り除く工程を更に含む請求の範囲第 １７項記載の方法。 ２５．前記双極極板はニッケルと銅とを含む群から選ばれた金属からなる請求の 範囲第１７項記載の方法。