JPH04506583A - 改良された電極板構造 - 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】 改良された電極板構造 発明の背景 この発明は電極板構造に関するものであり、特に鉛酸電池のような電気化学電池 において使用するのに適しているｔｆｆｉ板に関するものである。

自動車において広く使われているもののような鉛酸電池の容量は、電解液に接触 しやすい電極板の表面領域に関係するものである。簡単な鉛酸電池は一方のｔｔ ｒｉｔについては固体鉛、かつ他方の電極については酸化固体鉛を用いて作られ 得る一方で、これらの電池は非常に少ない容量を有する、なぜならば、電解液に 接触している電極の表面領域が比較的小さく、そのため生じる電気化学反応は小 さい規模で、比較的ゆっくりと行なわれるからである。

電池板設計における主な革新は、はりつけられた電極の開発てあった。この設計 においては、鉛または酸化鉛の粒子はバインダ材料の多孔質マトリクスに保たれ る。電解液はマトリクスを透過することかでき、かつ対応する大きな表面領域を 有する多数の粒子に同時に接触することかてきる。その結果、電極において起こ る電気化学反応の大きさははるかに大きいものである。

はりつけられたプレート電極において、グリッド、または抑制ベースが使われ、 その上に多孔質「活性体（ａｃｔｉｖｅ　ｍａｓｓ）Ｊを含む活性材料がはりつ けられる。

電解液は拡散工程によってこの集合体に浸透する。水性電解液による集合体への 浸透は、活性集合体の多孔性によって制限される。

あいにく、プレートにおいて、電気化学反応を最適速度で続けさせるために、電 解液か活性集合体に浸透できる速度について制限かある。活性集合体を通じて、 かつその周囲の電解液の流れの増加は電池の性能に大きな影響を与えるであろう 。

したがって、この発明の目的は増加された電池容量を与える電極板構造を提供す ることである。

この発明のさらなる目的は、そのような電極板の製造工程を単純化する電極板構 造を提供することである。

この発明の代替の実施例の目的は、従来のはりつけられた電極板よりも大きい容 量を有するはりつけ電極板構造を提供することである。

この発明のさらに別の目的は、毛管作用および／または強化された拡散工程を使 って、活性集合体と電解液との間の接触を促進させる広い表面領域を有する電極 板を提供し、それによって電池の容量を増加させることである。

この発明のこれらの、および他の目的は添付の図面とともに以下の詳細な説明を 参照することにより理解されるであろう。

発明の要約 この発明の１つの局面によれば、電極材料の複数個の導電層を含む、電気化学セ ルに使用するための電極板が提供され、電極材料の各層は、それを隣接層から層 と層の間の！極材料の動きを可能にするのに十分な距離だけ分離させるための表 面構造を有し、各層は異なる極性の層に干渉せずに、電極板のそれぞれの隣接層 に電気的に接続される。

好ましくは、表面構造は電極板の層に表面の不規則性を含む。それらの表面の不 規則性は、たとえば波形のしわ、窪み、隆起部、溝、折り目、または浮き彫りな どをａｔ電極板面する層のうちの少なくとも１つの表面に含み得る。

この発明の１つの好ましい実施例によると、電極板には層を通じて電解液か移動 できるように電極材料の層に形成された孔、または小孔か設けられる。

別の好ましい実施例においては、層は多数の電気的に接続される層を形成するた めに折り畳まれ、かつ圧縮された１つのシートの電極材料で形成される。鉛は特 に好ましい電極板材料である。

この発明の別の局面によると、ハウジングとハウジング内の電解液と、その電解 液中の少なくとも１つのセルとを含む電池か提供され、そのセルは陰極板および 陽極板を含み、そのｔｔｉ板のうちの少なくとも一方は前に説明されたタイプの 層をなす電極板である。

最後に、複数個の導電性グリッドを含む電極板が設けられ、各グリッドはそこに 与えられる多孔質活性集合体ペーストを有し、グリッドは電解液に浸透可能で、 かつグリッド間の電解液の毛管流を可能にするのに十分な寸法の流路をそれらの 間に存し、電極板のすべてのグリッドは電気的に接続され、かつ電極板のグリッ ドの間には反対の極性の層はない。

図面の簡単な説明 図１はこの発明に従う折り畳まれた薄い金属極板の拡大された斜視図である。

図２はこの発明に従う層をなすフレーム、およびペースト電極板の一部切断の斜 視図である。

発明の詳細な説明 この発明において、各電極板は電気的に接続された電極材料の多数の層から形成 される。各層はほんの小さい距離だけ離されており、そのため、毛管作用または 拡散か新鮮な電解液を活性電極板材料の全体の表面領域と接触するように有効に 浸透させ得る。

好ましい実施例において、この発明の電極板は、毛管に支援された拡散の使用に より、電解液の電極板自身へのフロー速度を増加させる。そのような毛管作用は 電極構造の層、または層状組織の閏で行なわれる。

図１はこの発明の折り畳まれた、または伸縮する実施例を示す。それぞれの電極 板ｌＯは適切な構成の薄い、導電性材料の多数の層１１から形成される。鉛酸電 池に使用するために、たとえば、層１１は、一方の電極板の薄い鉛ホイル、かつ 他方の電極板の、酸化鉛の外部層を有する鉛のホイルとから形成されてもよい。

層１１は有利に、厚さ約５から約２０ミクロン、好ましくは厚さ約１０から１２ ミクロンであってもよい。

好ましい実施例においては、図１の電極板には全体に孔１２か形成される。さら に、電極層１１は波形のしわ、隆起部、溝、窪み、塊、こぶ、切り傷、または折 り目１３、およびそのようなものが設けられ、層をなした電極板が組み立てられ た後電極板表面への電解液のアクセスを促進させることか好ましい。波形のしわ 】３およびそのようなものは孔■２と前後して、またはそれと同時に形成され得 る。

波形のしわＩ３およびそのようなものは直線であり、または円形、波状、不規則 な、またはその他の所望の構成て、層の間の液体の移動を促進させ、かつ隣接層 がその間の液体の動きか妨げられるほど密接に接近して置かれることを防ぐであ ろう。波形のしわ１３またはそのようなものの代替物として、液体の動きを促進 させるために電極材料のシート、または層１１の間に池の材料が置がれてもよい ということがわかるであろう。このように、たとえば、鉛でホイルを形成した後 、粒子状材料はホイルの表面に押され、並置されたときホイル層１１の分離を与 える。

電極板自体は電極材料の多数の層１１により形成される。

図１に示される実施例においては、多数の層１１は蛇腹のようにまたはジグザグ に電極材料の連続するウェブを折り畳むことにより形成される。もちろん、（た とえば、１つまたはそれ以上のエツジで、または多数の層１１を通して延びる導 電性通路により）電気的に接続される電極材料の個別のシートの多数の層１１を 形成することが可能である。

図１は圧縮される前の伸張された折り込まれた電極板構造を示す。製造を完了す るために、層は電極板構造に圧縮される。

たとえば自動車電池は６セルををし、それぞれのセルは約１１の個別の正極およ び負極を極板を有し、かつそのそれぞれの電極板は電極材料の１０から１４の層 を含み、その材料は厚さおよそ５から２０ミクロンである。

各電極板１０は好ましくは、図１に示される電気端子Ｉ４のような電極板１０を セルに接続するための手段が設けられる。その実施例において、各層は一般に長 方形て、タブが電気端子１４を形成する１つの側面から延びる。

電解液は形成および圧縮の後、孔波形のしわＩ３、またはそのようなものによっ て各折込みの層の間で流れることかできるということがわかる。また、図面は、 電極板ｌ。

が作られる特定の材料と、電極か用いられる電気化学セルとによって、陽極また は陰極のどちらかである１つの！極のみを示すことかわかる。また、各々の層、 または折り込みは電気的に接続されること、つまり、それらは１つのシートを成 し、かつそれゆえ、圧縮され、かつ電解液に浸されたとき１つの電極として化学 的に反応するとういうことに注目すべきである。

電極１０の折り込まれた実施例においては、この性質の電庵板構造が（先行技術 において要求されたように）他の材料の適用の必要性なく、ローラまたはスタン ププレスによって製造されることかでき、かつ完成された電極板にほんの１つ、 または２つの操作を割り込ませることがててきるということかわかる。また、層 をなした、または薄層に切られたシートの機能は剛体構造を生ずるので、凝固剤 はそのエレメントと混合される必要かないということかわかる。キャスティング 、またはモールディングによる製造も可能である。

！極板１０の別の実施例か図２において示される。この実施例において、グリッ ド１５は活性材料Ｉ６でいずれかの面に張りつけられる。この活性材料１６は先 行技術において周知のように、従来の電極ペーストであってもよい。

たとえば、鉛酸電池の製造において、活性材料はバインダおよび粒子状鉛、また は酸化鉛を含む多孔質ペーストであってもよい。グリッド１５は好ましくは鉛、 または酸化物でコーティングされた鉛によって作られてもよく、従来のグリッド より薄いものである。このようにたとえば、個別のグリッドＩ５は鉛酸電池を作 るのに用いられるとき、厚さ約４５から約１４５ミクロンの間であり、好ましく は約７５から約１００ミクロンである。電池の各電極板ＩＯは複数個のはりつけ られたグリッド１５で形成される。グリッドの数は本質的にはｆｐ１限されず、 電極板に９きより多くのグリッドか使用され、電池における深いサイクル容量を 与え、かつ電極板については少ないグリッドであるかセルについてはより多くの 電極板か、高いアンペア数の電池を作るために用いられる。例として、自動車用 電池に対して、電池のタイプによっては２から１０のグリッドの間の電極板を与 えることを希望するかもしれない。もちろん、各個別の電極板の層は電気的に接 続され、かつ反対の極性の層によって分離されていない。

電気接続は有利に、各個別の電極板を含むグリッド１５の周囲でなされてもよい 。電極板の動作において、拡散ははりつけられた活性材料１６の孔を通じて起こ り、かつそれは電極板におけるはりつけられたグリッドＩ５のごく近くから起こ る毛管作用によって援助される。任意の強化メツシュ１７か電極板のグリッド１ ５の間に置かれてもよい。

このメツシュ１５は有利に、ガラス繊維、または他の反応しない材料で作られて もよい。

添付の図面から、液体またはガスの流れは電極板１０かこの発明に従って形成さ れるとき、活性材料の層の間で起こるということがわかるであろう。またこの発 明によると、固体電解液を層の間に提供することができ、その電解液が圧縮によ り適所に保たれる。

図１の電極板において、電解液の流れは孔１２を通じて、かつ毛管作用により層 の間で起こり、それに対し図２においては、電解液の流れは活性材料１６の孔を 通じて、かつまた毛管作用により各ｔｔｉ板の層の闇で起こる。開示された構造 は増加される電解液の交換、およびより大きい電池容量を提供する。従来のはり つけられたプレート電極設計を有する鉛酸電池と比べると、この発明の電極板設 計を使用し、その他の点ては同一であった電池は、従来の電池よりも電力対重量 比か実質的に増加される。この電池の急速な放電能力はさらに促進される。

本発明はある好ましい実施例に関連して説明されたか、層を成す、または薄板状 にされた構造を用いる製造の他の方法および適用も本発明の精神および範囲内に 入るということか理解されるであろう。

国際調査報告

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. １．電気化学セルに使用のための電極板であって、電極材料の複数個の導電層を 含み、電極材料の各層はそれを前記層の間での電解液材料の移動を可能にするの に十分な距離だけ隣接層から分離させる表面構造を有し、各層は異なる極性の層 に干渉せずに前記電極板の各隣接層に電気的に接続される、電極板。
2. ２．前記表面構造は前記電極板の層上に表面不規則性を含む、請求項１記載の電 極板。
3. ３．前記表面構造は波形のしわ、窪み、隆起部、溝、折り目、または浮き彫りを 前記電極板の面する層の少なくとも１つの表面に含む、請求項１記載の電極板。
4. ４．前記層を通じて電解液の移動を可能にするために電極材料の前記層に形成さ れる孔、または小孔をさらに含む、請求項１から３のうちのいずれかに記載の電 極板。
5. ５．層は多数の電気的に接続される層を形成するように折り畳まれ、かつ圧縮さ れる１つのシートの電極板材料から形成される、請求項１から４のいずれかに記 載の電極板。
6. ６．電種板は鉛によって形成される・請求項１から５のいずれかに記載の電極板 。
7. ７．ハウジング， 前記ハウジングにおける電解液，および前記電解液中の少なくとも１つのセルを 含み、前記セルは陽極板および陰極板を含み、前記電極板のうちの少なくとも一 方は請求項１に従って層をなした電極板である、電池。
8. ８．複数個の電導性グリッドを含み、各グリッドはそこに与えられる多孔質活性 集合体ペーストを有し、前記グリッドは電解液に浸透可能であり、かつ前記グリ ッドの間での電解液の毛管流を可能にするのに十分な寸法の、流路をそれらの間 に有し、前記電極板における前記グリッドのすべては電気的に接続され、かつ前 記電極板の前記グリッドの間に介在される反対の極性の層はない、電極板。
9. ９．電解液と接触する少なくとも２つの反対極性の電極板を含み、前記電極板の 少なくとも１つは請求項８に従う電極板である、電池。