JPH07500207A - 双極極板を備えたアルカリ蓄電池およびその製造方法 - 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】 双一極板を備えたアルカリ蓄　゛およびその　造　′本発明は、双極極板を備え たアルカリ蓄電池、特にニッケル・カドミウムまたはニッケル・水和物蓄電池、 およびこの蓄電池の製造方法に関する。 蓄電池列を構成するための、電気化学セルの電気的直列配置は、一般に、１つの 極の電極板のヘッド全体と、隣接エレメント内に位置する反対極の電極板のヘッ ド全体とを連結することによって行なわれる。 この連結は、各エレメントのケースの外部で、あるいは連結の長さを最少にして 、これによりオーム損を最少にするようなもっと有利な方法に従って、２つの隣 接エレメントを分離する仕切板を通して行なうことができる。 電気分解装置または通常のものでない発電装置を構成する電気化学セル、例えば 燃料電池に関して、装置の全体の電圧が高い（＞２０Ｖ）場合、セルの直列配置 は、多くの場合、い抄ゆる正面捕集によって行なわれていることは注目にあたい する。この時、双極極板は２つのエレメントのあいだの分離仕切板を形成してい るうこの配置によって、電荷の均質な排流が可能になり、電極間の連結に頼る必 要がなくなる。 双極極板によるこのよく知られた捕集原理を、アルカリ電解液を含む蓄電池の場 合、および特にニッケル・カドミウムまたはニッケル・水和物蓄電池の場合に適 用するのは、特に興味深いものであろう。しがしながらこの型の発電装置の場合 、双極捕集において解決すべき問題は、１つには、有効物質が、最大限の電解取 率を得るためには、三次元導電回路網に組み込まれなければならないという事実 と、もう１つには、前記三次元捕集装置と双極導電板とのあいだに行なわれる結 合の質とにかかっている。更に、高い質量特徴を得るには、三次元捕集装置およ び双極捕集装置の質量を最少限にする必要がある。最後に、できるだけ製造費用 を安くするために、双極極板を単純な方法で製造できるほうが都合がよいであろ う。 互いに矛盾することが多いパラメータを考慮に入れて、上で提起された制約に対 する解決法を見出だしたことが、まさにこの発明の対象である。 従って本発明はまず、アルカリ蓄電池、特にニッケル・カドミウムまたはニッケ ル・水和物蓄電池に関するがこれに限定されるものではなく、このアルカリ蓄電 池において、エレメントの直列配置が、双極捕集装置によってなされるものであ り、この捕集装置の各々の面には、ニッケルのフオームまたはフェルトの三次元 構造が張り付けられ、これによって、電荷の捕集、およびこれを満たしている有 効物質の保持が可能になる。 ニッケルの「フオーム」または「フェルト」とは、以下の明細書において、いわ ゆるニッケルでできている、あるいはニッケルに富む合金でできた、多（の間隙 空間を有する構造を示すという意味である。フオームは、網状化）１ニカム構造 であるが、一方、フェルトは、繊維のもつれ構造のものである。 好ましくは、双極捕集仕切板の質量を最少限にするために、この仕切板は、ニッ ケル製または両面にニッケルメッキがなされた軟鋼製の、例えば厚みが２０〜２ ００ミクロン、有利には約５０ミクロンの薄板または薄いストリップからなる。 電導の観点からすれば、双極捕集装置の厚みは、これが分離しているエレメント の中に位置する電解液のあいだに正しいシールを保証しさえすれば、有利にはで きるだけ薄いものであるべきであろう。現実には、選ばれる厚みは、１つには取 扱い、それに双極極板全体の製造プロセスの対象となる種々の操作に関連する制 約によって、もう１つには、非常に薄い膜にかかるかもしれない過度な費用によ って決定されるであろう。 電荷の排流のほかに、有効物質の保持を行なわなければならない捕集装置は、ニ ッケルのフェルトまたはフオームの三次元構造を有する。従って、これらのフオ ームまたはフェルト網を構成するニッケル質量は、この双極装置によってなされ る正面捕集方法を考慮に入れると、非常に小さい値に減少しうる。逆に特に大き なサイズ（Ｓ＞１ｄｍ２）の電極についての通常の組み立てにおいては、用いら れるフオームまたはフェルトの表面積質量は、フオームまたはフェルトのオーム 低下が無視できるものになるように、４００ｇ／ｍ”　、一般的には５００ｇ／ ｍ２程図１および２は、電荷の従来の排流と、正面捕集との相違を示している。 以下では図２のほうが詳細に記載されている。従来の捕集の場合、電極のすべて のゾーンで放出される電荷は、極板のヘッド上の連結点（Ｔ）に到達しなければ ならない。従って電極のゾーン（Ｅ）で利用される電荷は、非常に長い距離（例 えば２０ｃ＋ａ）を流れなければならない。これに対して、正面捕集の場合、電 極のすべての点では、電荷には同じ長さの距離が割り当てられる。これらの距離 は電極の厚み程度、すなわち一般に０．３〜３＋ｎｍ、典型的には１ｍｍである 。更に捕集は、電極表面全体に配分され、高い部分には、電荷の蓄積はない。導 電に関しては、電気捕集装置の表面積質量は、０．２ｇ／ｍ２の値まで下げられ ても不都合はないであろう。 実際二二で更に、質量のより高い値を必要とさせるものは、フオームまたはフェ ルト捕集装置に要求される機械的特徴である。質量の低減の観点から、有利な解 決法は、表面に薄いニッケル層が被覆された電極（ポリプロピレン、ポリエーテ ル等）の作動条件において安定なポリマーからなるような内部構造を有するフオ ームの使用である。しかしながらこの解決法は、フオームと双極板との良好な電 気的結合を次に作るときの難しさを考慮に入れると、もっとも良いということに はならない。 これらの条件下、好ましくは、表面積質量が２０〜３００ｇ／ｍ２、有利には５ ０〜２５０ｇ／ｍ２、厚みが０．５〜５圓であるニッケルフオームまたはフェル トが選ばれる。 空隙の直径は、有効物質のハニカムへの導入方法、有効物質の粘度（機械的混ぜ 合わせの場合）、右よびこの有効物質の固有導電性に従って選ばれる。この最後 の点に関して、ハネカムは、有利には陰極の質量（これの導電性は陽極のものよ り良い）についてのほうが、陽極の質量についてより大きくてもよい。はとんど 全部の場合、フオームの場合の空隙の平均直径は、０．５關〜０．２ｍｍである （ｐｐｉ４５〜ｐｐｉ　１００のフオーム）っ 理論的には、電荷を集めると同時に有効物質を保持する構造に頼るのは、双極捕 集装置上に張り付けられた有効物質の厚みが小さい（１胴の十分のいくつカリな らば、絶対必要というわけではないであろう。しかしながら、この場合、従来の 捕集方法に対する質量のゲインは、マイナスではないにしても、無いであろうと いうことが確認されたっ双極板の質量は、これと組み合わされる有効物質の質量 と同じ程度の大きさであるか、これより大きい。従って、有利な実施態様によれ ば、効率的な表面容量が３０ｍＡｈ／　ｃｍ’以上、例えば４０ｍ八りへ　ｃｍ ２程度であるような双極極板の製作法が勧められる。実際６０ｍＡｈ／ｃｍ２以 上の表面容量の場合、電極の空隙率があまり大きくないとき、電極の空隙を湿し ている電解液に取られている局部的ポテンシャルの大きすぎる勾配によって、有 効物質上の平均電解取置の減少が見られる。 フオームの場合、４０ｍＡｈ／　ｃｍ２程度の表面容量について、混ぜ合わせ前 のニッケルフオームの当初の厚みは、＆Ｔましくは２〜２．５ｍｍである。 ここで、双極極板、例えばＮｉ−Ｃｄ、またはＮｉ・水和物の組み合わせからな る蓄電池の製作には、多くの問題があり、このうちいくつかは、双極仕切板また はこれの実施に関するものであるのに気付くほうがよい。双極仕切板は導電性が ある。これは、仕切板が前記のように電極を備えているが、これはまた、連続す る２つのエレメント間のシールをも行なうものであるからである。 最初の問題は、異なったエレメントがいわゆるシール式蓄電池を構成する場合に 動作時にこれらのエレメント間に生じるおそれのある圧力差に関連するものであ るつこうした差は、とりわけ、蓄電池を閉じている端部板付近のエレメントと蓄 電池の中心付近のエレメントとの間において避けることのできない熱勾配の存在 によるものである可能性がある。また、こうした差は、異なったエレメント内に ある電極の電気容量の差によるものである可能性もある。また、極度の過圧がエ レメント内に生じる場合には、安全のために、この圧力が予め定められた限界値 を超えないようにする必要がある。この場合には、それぞれのエレメントに安全 弁を設けることを考えることができる。しかしながら、エレメントの厚みが小さ いとき、例えば２．５〜３．５ｍｍのとき、非常に小さい寸法の弁の製作は困難 であり、従って高価である。 ２つ目の問題は、双極仕切板のマージン部、すなわち、エレメントとエレメント を分離する絶縁構造が固定されている部分に関するものである。実際、エレメン ト間のシールを行なうために考えられる手段の１つは、それぞれの双極仕切板の ＷＡ囲全全全体ポリマー構造を成形することである。このポリマーは、電気的絶 縁体でなければならないず、また、使用条件下で、つまり、このポリマーが受け る可能性のある温度および機械応力の範囲ならびに使用される電解液の存在のも とで、安定していなければならないっ当然、エレメントとエレメントの間のシー ルを確保するためには、ポリマーと導電性仕切板とが良好に付着していることが 必要となるが、更に、隣合った２つのエレメントのポリマー構造間の連結のシー ルが確保されている必要もあり、この連結は、溶着、例えば、ポリマーの局所的 融解によって行なうことができる。 更に、導電性仕切板は、発電装置の軽減という引値な理由のために、既に上で述 べたように、一般に非常に薄いものであることを指摘しておく必要がある。生じ る可能性があり蓄電池に損傷を与えるおそれのある問題の１つは、１つのエレメ ント内の内圧の上昇が、温度上昇と組み合わされて、ポリマー構造の内縁部への 押圧力によって、これを導電性仕切板からはがしてしまうことによって生じる。 このようにして、本発明の特別な実施態様によれば、双極極板は、１つの導電性 仕切板を備える。この仕切板には、有効物質のない自由部分において、連続的に 組み合わされたエレメントの気体環境による連絡を可能にする少なくとも１つの オリフィスが設けられており、このオリフィスは、１つのエレメントかう他のエ レメントへの電解液の移動は許容しない。 「有効物質のない自由部分」とは、以後の説明中において、電極によって覆われ ていず、当然のことながら、縁部あるいはマージン部、すなわち、絶縁構造内に 埋め込まれて蓄電池列内で双極極板を定位置に保持する部分の一部ともならない 仕切板の部分を意味する。一般的には、アルカリ電池の場合、この自由部分は、 ５〜３０ｍｍの範囲内の幅を有し、この値は、特にエレメントの容量ならびに充 電率によって決まるつすなわち、この２つの要素は、内圧が過度の値に達するこ とを防止するためにそれぞれのエレメント内に存在すべき「空」体積を決定する 。 言い換えれば、圧力を均一化するために、導電性仕切板内に１つ以上の小さなオ リフィスを設けられるということである。このオリフィスの寸法は、１つのニレ メン内で充電の終了時に発生する気体の最大流量において、このエレメントとこ れに最も近いものとの間に圧力の変動が生じないようなものでなければならない っこのオリフィスの数は、１個から４個までの範囲内であることが好ましい。 すべてもエレメントが互いの間で連絡されている限りにおいて、場合によって１ つのエレメント内に過圧が生じても、通常は蓄電池全体に過度の圧力が生じるこ とはないっしかしながら、もしもエレメント全体の圧力が設定限界圧を超えるよ うなことになった場合には、開いて圧力を放出する１つ以上の安全弁を設けるの が有利である。これらの弁は、必ずしもエレメントそのものに位置する必要はな く、むしろ端部板上に位置していることが好ましい。 しかしながらエレメントの連絡用のオリフィスを通じて、連続するエレメントが 電解液によって短絡されるおそれを防止する必要がある。シールされたエレメン トの動作の際の原理そのものによって、エレメントの容積中で電極とこれらの電 極間に位置するセパレータとによって満たされていない部分には、通常は自由状 態の電解液は存在しないことに注意する必要がある。すなわち、電解液は、毛細 管現象によって、電極ならびにセパレータの空隙内に封じ込められてしまうので ある。しかしながら、依然として、すべての面に濡れた膜が存在する可能性はあ る−従って、連絡用のオリフィスにこの電解液の膜が存在することを避けるため には、こうした単数または複数の連絡用のオリフィスは、下記のように実施され ていることが有利である。 導電性仕切板に、約数ミリメートル、例えば２〜５ｍｍの範囲内の直径の穴をあ ける７次に、この穴に、例えば、ポリテトラフルオロエチレンのような不活性の プラスチック、あるいは、安定した他のなんらかのポリマー（はっ水性のものが 好ましい）でできたほんの少しだけ大きな直径を有していて仕切板の厚みよりも 大きな厚みを有する円筒形部品をこの穴に押し込んではめ込む。この円筒形部品 には、前もってその中心部に例えば０．１〜０．５ｍｍの小さな直径の穴があけ られているか、あるいは設置直後にその中心部にこうした穴をあけ、この穴内に 線（鋼線であることが有利である）を通す。次に、この円筒形部品は、その両面 において、中央部を残して、押しつぶされろうこの圧壊は、熱間で行なうことが できる。 仕切板内にはめ込まれた円筒形部品が位置決めされたら、線を引き抜く。これに より、該当する直径のオリフィスが残るっこのオリフィスは、その中央の穴によ って、連続する２つのエレメントあるいは区画の気体雰囲気あるいは環境の連絡 を行ない、使用されるプラスチック材料、とりわけ、ポリテトラフルオロエチレ ンのはっ水特性によって、２つのエレメント間に電解液の連続膜が存在すること を防止する７ 変形態様として、穴の両側の仕切板上に、例えば、上記のようなポリテトラフル オロエチレンまたは他の材料（はっ水性であることが有利である）製で、仕切板 内に存在するオリフィスの直径と同じがあるいはこれよりも若干大きい直径を有 する中央穴を含んだ円盤状部品を接着することもできる。当然のことながら、こ のポリテトラフルオロエチレンは、仕切板に堅固に付着していなければならない −このために、エポキシ樹脂のような蓄電池の動作条件下で安定している接着剤 を使用するつ 更に、別の変形態様として、例えば上記のようにして実施した中央穴を、例えば 微小孔構造のポリテトラフルオロエチレンでできていて同様に接着された多孔質 性あるいは半透性のバッチで塞ぐこともできる。 言い換えれば、仕切板を貫通するこの単数または複数の連絡用のオリフィスは、 従って、１つの穴と、この穴のまわりに配置されていて、任意の形状、例えばリ ング状あるいは正方形の形状を有していて仕切板の両側に追加されている両側に 穴があけられた追加厚み部とによって構成されている。仕切板を貫通する穴と、 ２つの延長追加厚み部を貫通する２つの穴は、同じ直径を有していてもよいが、 本来の意味での仕切板を貫通する穴の直径のほうが小さいほうが好ましい。 仕切板は、その周囲に位置する他の穴を含んでいて、これらの穴が、その数だけ 、連続する仕切板を定位置に保持する絶縁構造のための固定点となるようにする のが有利である。　この変形態様においては、導電性の仕切板は、縁部を構成す るマージン部上に穴を有しており、これらの穴には絶縁ｔＲ造の成形時あるいは 再成形時にポリマーが充填され、従って、この絶縁構造の中に埋め込まれる。こ の結果、仕切板上へのポリマー製絶縁構造の固定が改善され、あらゆるはがれの おそれが防止されるに れらの穴の直径および間隔は、エレメント内に存在しうる圧力、仕切板の厚みな らびに仕切板の構成材料へのポリマーの付着に基づいて計算することができる一 参考として、これらの穴は、仕切板のそれぞれの縁から２〜６ｍｍの範囲内の距 離に位置していて、規則的に１０〜６０ｍｍの間隔で設けることができる。これ らの穴の直径は、例えば、２〜４ｍｍの範囲内である。 本発明は、下記の詳細な実施態様および実施例、ならびに添付図面を参照すれば よりよく理解できよう。これらはすべて非限定的な例として挙げられている。 これらの図面においては下記のとおりである。 ・図２は、本発明による蓄電池の断面図（２ａ）、この同じ蓄電池の捕集装置の 正面図（２ｂ）であり、比較図（１）は、各々、従来の蓄電池についての対応図 （ｌａ）および（ｌｂ）である。 ・図３は、双極極板の混ぜ合わせ段階における、本発明による製造方法の工程の 概略的な例示である。 ・図４は、本発明による蓄電池のもう１つの変形組み立て態様の断面図である。 ・図５は、本発明による蓄電池列の全体の概略的断面図である。 ・図６は、双極極板の導電性仕切板にあけられたオリフィスの実施態様を、これ も断面図で詳細に示す、 ・図７は、図６に対応するが、もう１つの実施態様である。 ・図８は、図６に対応するが、もう１つの実施態様である。 ・図９もまた、絶縁構造として入れられた導電性仕切板の穴を断面図で示す。 ・図１Ｏは、図９に対応するが、連絡用のオリフィスの実施ならびに陽極または 陰極の電極を構成する有効物質による被覆を行なう前の状態において、周囲に配 置された固定用の穴を含む導電性の仕切板を平面図で示す。 図２には、陰極（１０）と陽極（２０）を備えた、本発明による蓄電池の３つの ユニットを示したく図１も参照のこと）。これらの電極は、双極捕集装置（３０ ）とセパレーター（４０）とによって交互に隔てられている。電極は三次元構造 を有する。陰極は、有効物質として、ＣｄＯと混ぜ合わされたＮｉのフオームで できている。一方１１１極（２０）は、Ｎｉ　（ＯＨ）２と混ぜ合わされたＮｉ のフオームまたはフェルトでできている。双極捕集装［（２０）は、ニッケル製 またはニッケルメッキ鋼製のストリップであり、これらの上には有効物質で満た された三次元ｆｉｔＪ造が張り付けられている− 例えば良く知られているように、不織物質製のセパレーター（４０）は、陰極と 陽極とを隔てている一外部構造が（４５）で示されている。 双極極板の製造は、下記の方法のどれかによって実施できる。 本発明による第一方法において、双極捕集装置の表面にソケルメツキ鋼の薄板） は、第一操作において、例えば約３０ｇ／ｄｍ１の割合のメチルセルロース水溶 液（１〜ｌＯ％、例えば３％のメチルセルロースを含む水溶液）中に分散された 酸化ニッケルの薄い層の噴霧によって被覆される。金属ニッケル質量で表示され た１１１着質量は、ｌＯ〜１００ｇ／ｍ２程度である。 このようにして作られた層は、水の蒸発後、好ましくは０．０１５ｇ／ｃｍ”以 下の表面Ｗｓ質量を有していなければならない。このｎａｉｉ後、およびあらゆ る乾燥の前、前記二ソケルフォームは、双極捕集装置上に張り付けられ、ついで 常に保持され、乾燥され、５００〜７００℃で、１〜１０分間のあいだ、空気中 での加熱による熱分解操作に付されるや 次に、９００〜１，３００’Ｃ１例えば１，０００〜１，１００℃で、１〜ＩＯ 分間のあいだ、還元雰囲気（例えばＮＨｌの分解から生じる窒素・水素）で全体 を加熱することもでき本 この熱処理を終えたら、各フオームは、ニッケルメッキされた薄板へのフオーム の溶着によって、双極捕集装置を構成する薄板によく接着する。 三次元捕集装置と、双極捕集装置との連結のために、本発明によるもう１つの方 法が選ばれる。この方法は双極捕集装置の上に、軽量化されたフェルトまたはフ オームを点溶着することからなる。これらの場合、溶着点が、表面全体で均一に 配置されるように、かつ溶着による圧縮によって中和された表面が、捕集装置の 見掛は表面積の５％を超えないようになされる。 このような双極極板の連続製造は、例えば下記手順を選んで実施できる。これに よって、各双極極板にシールすることからなる後の操作をより良〈実施できる。 実際、連続する２つのエレメント間の電解液へのシールは、各双極極板の各々の 面の周辺へパツキンを詰めて、あるいは濃縮アルカリ電解液、例えば濃縮水酸化 カリウム中で安定なポリマー外装の各電極の周囲への成形によって得られる。 どちらの場合も、この操作には、双極極板の２つのマージン部は、３〜１５ｍｍ 程度、例えば５ｍｍの幅には、有効物質が含まれておらず、またできるだけ緻密 であるということも含まれる。このために、連続製造方法において、次の３つの 変形例が可能である− 第一変形態様は、双極板に張り付けられたフオームの幅が、この板の幅より小さ く、従ってフオームによって被覆されていない２つの側面帯を画定することから なる７更に、熱処理を終えたとき、双極薄板と、側面に残されたマージン部の幅 と等しい幅に溶着されている２つのフオームの全体の押し付けによる横断圧壊を 行なう。これらの圧壊帯と圧壊帯との間の間隔は、電極に対して選ばれた大きさ にしたがって決める。 ・第二変形態様は、最初に側面にマージン部を残さず、熱処理を終えたときに、 ２つの円盤状部品間の連続圧壊によって、これらのマージン部を作ることからな る。横断マージン部の圧壊は前記のように実施される。 ・第三変形態様は、被覆されていないマージン部を周辺全体に残して、予め切断 されたフオームまたはフェルトを捕集装置上に張り付けることからなる９有効物 質の、２つのフオーム捕集装置への組み込みは、有効物質の比較的流体な混合物 との混ぜ合わせによって行ないうる。これは各フオームへのペーストの浸透が、 フオームの過度の圧壊を伴なわずに完成されるようになされる。 第二段階において、混ぜ合わされた材料が導入されてから、組み込まれたペース トの一部乾燥、ついで２つのａぜ合わされたフオームの圧縮、および場合によっ て追加乾燥を実施する、Ｎｉ−ＣｄＭ電池の場合、用いられる圧縮力は、好まし くは１，０００〜２．５００ｋｇ／ｃｍ２であり、Ｎｉ・水和物蓄電池の場合、 ２，０００−４，０００ｋｇ／ｃｍ”である。 これらの双極極板の混ぜ合わせ操作は、有利には、２つの極に対して、ローラお よび圧延機によって同時に実施してもよい。これらは、中央捕集装置の両側で、 図３に示されているように作用する。 各々の面に、場合に応じてＮｉフオームまたはフェルトの三次元構造が予め張り 付けられている、ニッケルまたはニッケルメッキ鋼製の薄板（３５）が、有効物 質供給のための二重ホッパーを通る。すなわち、それぞれ、陰極になる側からは Ｃｄ０１陽極になる側からはＮｉ（ＯＨ）２である。ペースト形態の有効物質は 、第一ローラ列（６０）によってそこに強く押し込まれれば押し込まれるほど容 易に三次元構造を満たす一ローラの出口に、乾燥装置Ｉ　（７０）があり、つい でこのように構成された双極極板は、第二ローラ列（８０）を通る圧縮によって その決定的な形状にされる。 もう１つの変形実施態様は、陽極用三次元捕集装置として、ニッケルフェルトを 用いることからなる７このような条件下、このフェルトを、機械的手段によって 、あるいはさらには電気化学含浸によって満たす。後者の場合、この操作は双極 板に固定されたフェルトに行なわれるので、電気化学含浸が、陰極の三次元支持 体に影胃を与えないようにするほうがよい。このために、含浸段階のあいだずっ と、双極極板の陰極部分の一時的マスキングを行なう。このマスキング操作は、 捕集装置の側面マージン部を、電解液の両面に対してシールを作るために用いて 連続的になしうる。 最後に、蓄電池の＝Ｊ法決め、あるいは特に１ブロツクを構成するはずのエレメ ントの数の決定、および電極の大きさは、熱交換条件（中央エレメントへの熱量 の＃を出）を考慮して決定されるべきであろう。熱管理の観点から、蓄電池の冷 却は、２つの大きな外部表面から、あるいはまた双極捕集装置が構成しうる熱交 換表面によってなしうる。これは、これらがこのブロックのシールラインを越え ることが予想される場合である。この場合、図４に示されているように、電気絶 縁を行ない、かつこのブロックの外部ケースを構成するポリマーエレメント（Ｐ ）と、エレメント間のシールを保証する、同一または異なったポリマーエレメン ト（Ｐ’）とのあいだに、冷却流体が流れるのに適した通路（のを設ける。この 図面では、２つのユニットだけが示されているが、参照符号は、図２の符号と対 応している。 図５に示されているように、帛電池列（５１）は、互いに平行に配置された極板 と、蓄電池をそれぞれの側で閉じている２つの端部板（５２）とを含んでいる。 これらの端部板のうちの一方が陽極電極を含んでいるのに対し、もう一方のもの は陰極電極を含んでいろう蓄電池は、ポリマー製のケースによって閉じられてお り、また、このケースは極板を定位置に保持しており、この部分において、カバ ー（５３）の役目を果たす上部と、底（５４）の役割を果たす下部とに分けられ る。 他の双極極板は、導電性の仕切板（５５）、ならびに、それぞれの面上において 、一方の側の陽極電極（５６）と他方の側の陰極電極（５７）とで構成されてい る。陽極電極（５６）は、例えば、有効物質として水酸化ニッケルを含んでおり 、陰極電極は、例えば、有効物質として酸化カドミウムを含んでいる。 仕切板中の有効物質のない自由部分を（５８）の番号で示したが、この部分には 、連続するエレメントあるいは区画の気体環境（６ｏ）を連絡し、従フて、蓄電 池（５１）の内部全体を連絡するオリフィス（５９）が概略的に示されている。 それぞれの仕切板（５５）は、電荷捕集装置の役割を果たすが、また、ポリマー 製構造（５３）　（５４）内に埋め込まれていて、絶縁および保持の役割を果た す部分（６１）も含んでいる。更に、それぞれの端部板（５２）上に、２つの安 全弁がら成る１組の安全弁（６２）が概略的に示されている− 図６においては、まず最初に、仕切板（５５）に、元々は円筒形で若干大きな直 径を有するはり水性プラスチック製部品（１０２）をはめ込むための穴（１０１ ）をあけることによって、連絡用オリフィス（５９）が実施されている。この部 品は、はるかに小さい直径の中央穴（１０３）がまだあけられていない場合には 、はめ込まれた後にこの中央穴があけられ、次に、押しつぶされて、例えば、図 に示されているような丸みのある形状を（する。 図７においては、連絡用オリフィスは、仕切板（５５）にあけられた穴（１１１ ）と延長部の２つの穴（１１４）とによって構成されており、この後者の穴は、 より大きな直径を有しており、それぞれが、それぞれの側で仕切板（５５）上に 接着されたワッシャー（１１２）を貫通している一 部８に示されているようにｆ１切板（５５）を貫通している穴（１２１）は、２ つの微小孔構造の膜（１２２）によって塞がれており、この場合には、これらの 微小孔構造の膜は、図７のワッシャー（１１２）と同様の穴があけられた２つの ワッシャー（１２５）上にｔＭＨされており、これらのワッシャー自体も穴（１ ２１）のまわりで仕切板上に接着されているっ 図９およびｌＯにおいては、電極となる有効物質による被覆前で、連絡用オリフ ィスを設ける前の状態の仕切板が示されている。この仕切板（５５）は、その周 囲全体の縁部に、一連の穴（２０１）を含んでおり、これらの穴は、図９を見る と容易に理解できるように、絶縁構造の製作の際に材料で充填される。この結果 、導電性仕切板が絶縁構造内にしっかりと固定される。 この特別な実施態様は、あらゆる型の蓄電池に適用しうるが、内圧の問題がすぐ に重大なものになりそうなシール式蓄電池の製作に対して特に利点があることは すぐにわかるであろう。 実施例１／比較例 前記の一般的な方法にしたがって、１　ｄｍ２の表面積を有するＮｉ−Ｃｄ双極 極板を製作する。 用いられるフオームは、表面積質量がＩｇ／ｄｍ２であり、双極捕集装置は、表 面積質量が４．５ｇ／ｄｍ２のニッケルメッキ鋼の薄板である。その結果、マー ジン部を除く捕集装置全体は、質量が６．５ｇ／ｄｍ２＋　１　ｇ／ｄｍ２（連 結ニッケル）、すなわち７．５ｇ／ｄｍ２である。６ｇ／ｄｍ２のニッケルフオ ームを用いて製作された単極電極、すなわち極板ヘッドを除いた２つの電極につ いての総質量１２ｇ／ｄｍ２と比較のこと７ 従って、Ｎｉ−Ｃｄ蓄電池の活性部分については、双極極板を用いることから生 じる質量ゲインは、捕集装置では３７％であることがわかるっ圧縮後、この双極 極板は、表面容量が、陽極については３８ｍＡｈ／　ｃｍ２、陰極については５ ７ｍＡｈ／　ｃｍ２であり、総厚みは１．８５ｍｍである。組み立て後、最大厚 み０．２５ｍｍを有するセパレーターを用いることを考えると、１つのエレメン トの厚みは、従って有効容量３８ｍＡｈ／　ｃｍ２に対して２．１ｍｍであるこ とが確認される。すなわち：３８．１０１Ａｈ ＝　１８０Ａｈ／ｄｍ３ ０．２１ｃｍ２ である。 さらに、陽極の有効物質からの取置が１付近であり、陰極の場合０．８８である ので、その結果、蓄電池の中心の質量は、この場合、０．４６ｇ／ｃｍ２、すな わち約８３Ａｈ、’ｋｇである。６００ｇ／ｍ２、すなわち約７２Ａｈ／ｋｇの フオーム電極を用いて通常の方法で実施された、Ｎｉ・Ｃｄ組み立ての中心の特 徴と比較のこと。この値はすでに非常に成績がよいと判断されている実施態様に 相当するつ蓄電池の中心での質量ゲインは、１５％程度である。 更に、大きな寸法（例えば５ｄｍ２）の電極の場合、前記ゲインには、次のよう な質量減少が加わる７すなわちこれは、従来の捕集の場合の極板のへ・ソドと２ つのエレメント間の連結の質量が、双極捕集装置および蓄電池の端部板のシール マ−ジン部によって表わされる質量より明らかに大きいことがら生じるものであ る。 その結果、要するに、蓄電池全体で１０〜１５％の質量ゲインが生じる。このこ とによって、Ｎｉ−Ｃｄ蓄電池の場合、７０Ａｈ／ｋｇ付近の質量エネルギーが 得られ、直列配列がなされた少なくとも２０個のエレメントの場合、蓄電池を構 成するエレメントの数によって決まる値が得られる。 このような特徴は、従来の捕集装置を備えた蓄電池の特性より非常に優れた容積 特性と組み合わされて、これらの蓄電池は、例えば宇宙での使用、あるいは電気 自動車の駆動のための使用に対して特に成績が優れたものになる。 実施例２／比較例 前記の方法にしたがって、１　ｄｍ２の表面積を有するＮｉ・水和物双極極板を 製作する一二の場合、水和可能な合金がＬａＮｊ　９．ｒ＋ｒ＋Ａｔｎ３Ｍｎｏ ４ｃＯｏ、７ｒ＋である双極極板である。 これらの実施例２においても、用いられるフオームは、表面積質量がＩｇ／ｄｍ ２であり、双極捕集装置は、表面積質量が４．５ｇ／ｄｍ２のニッケルメッキ鋼 の薄板である。その結果、マージン部を除く捕集装置全体は、質量が６．５ｇ／ ｄｍ”＋　１ｇ／ｄｍ２（連結ニッケル）、すなわち７．５ｇ／ｄｍ２である。 ６ｇ／ｄｍ２のニッケルフオームを用いて製作された単極電極、すなわち極板ヘ ッドを除いた２つの電極についての総覧ｆｉｔ１２ｇ／ｄｍ２と比較のこと。　 同様に、Ｎｉ・水和物蓄電池の活性部分については、双極極板を用いることから 生じる質量ゲインは、捕集装置では３７％であることがわかろう 圧縮後、この双極極板は、表面容量が、陽極については３８ｍＡｈ／　ｃｍ２、 陰極については５７ｍＡｈ／ｃｍ２であり、総厚みは１．５５ｍｍである−組み 立て後、最大厚み０．２５ｍｍのセパレーターを用いることを考えると、１つの エレメントの厚みは、従って有効容ｆｆｉ３８ｍＡｈ／　ｃｍ２について１．８ ｍｍであることがわかる。すなわち：３８．１０１Ａｈ ＝　２１０Ａｈ／’ｄｍ’ ０．１８ｃｍ２ である− さらに、陽極の有効物質からの１４！２＊が１付近であり、陰極の場合０．８０ であるので、その結果、蓄電池の中心の質量は、この場合、０．４９ｇ／ｃｍ２ 、すなわち約７８Ａｈ・ｋｇであるっ６００ｇ／ｍ２、すなわち約６８Ａｈ／ｋ ｇのフオーム電極を用いて通常の方法で実施された、Ｎｉ・水和物組み立ての中 心の特徴と比較のこと。この値はすでに非常に成績がよいと判断されている実施 態様に相当する。蓄電池の中心での質量ゲインは、１５％程度であるや 同様に、大きな寸法の電極の場合、前記ゲインには、次のような質量減少が加わ る。すなわちこれは、従来の捕集の場合の極板のヘッドと２つのエレメント間の 連結の質量が、双極捕集装置および蓄電池の端部板のシールマージン部によって 表わされる質量より明らかに大きいことから生じるものである。 その結果最終的には、蓄電池全体で、１０〜１５％の質量ゲインが生じる。この ことによって、Ｎｉ・水和物蓄電池の場合、６６Ａｈ／ｋｇ付近の質量エネルギ ーが得られ、直列配列がなされた少なくとも２０個のエレメントの場合、蓄電池 を構成するエレメントの数によって決まる値が得られる。 ここでもまた、このような特徴は、従来の捕集装置を備えた蓄電池の特性より非 常に優れた容積特性と組み合わされて、これらの蓄電池は、例えば宇宙での使用 、あるいは電気自動車の駆動のための使用に対して特に成績が優れたものになる 、 フロントページの続き （８１）指定回　ＥＰ（ＡＴ、ＢＥ、ＣＨ，ＤＥ。 ＤＫ、ＥＳ、ＦＲ，ＧＢ、ＧＲ，ＩＴ、ＬＵ、ＭＣ，ＮＬ、ＳＥ）、ＢＧ、ＣＡ 、Ｃ３，ＪＰ、ＫＲ，ＲＵ、Ｕ（７２）発明者　ブセ、セルノ フランス　エフ−９４２００イブリーシュールー　センルユー　ギャグニ１３ （７２）発明者　タラシン、ノニル フランス　エフ−９４１２０フオンテネイースウーボワ　ルユー　ポゼジュール 　１

Claims (22)

【特許請求の範囲】
1. （１）アルカリ蓄電池、特にニッケル・カドミウムまたはニッケル・水和物蓄電 池において、エレメントの直列配列が、各々の面に、電荷の捕集と、これを満た している有効物質の保持とを行なうニッケルのフォームまたはフェルトの三次元 構造が張り付けられている双極捕集装置によってなされることを特徴とするアル カリ蓄電池。
2. （２）金属双極捕集装置が、厚み２０〜２００マイクロメーターの、ニッケルま たはニッケルメッキ鋼の薄板（３０）を含んでいることを特徴とする、請求項１ によるアルカリ蓄電池。
3. （３）三次元構造がニッケルフォームであり、これらのフォームは、これらを有 効物質で満たす前に、厚みが０．５〜５ｍｍであり、これらの表面積質量が２０ 〜３００ｇ／ｍ２であることを特徴とする、請求項１によるアルカリ蓄電池。
4. （４）陽極（２０）の三次元構造が、表面積質量２０〜３００ｇ／ｍ２のニッケ ルフェルトであることを特徴とする、請求項３によるアルカリ蓄電池。
5. （５）双極捕集装置のマージン部に有効物質が含まれておらず、これらの自由マ ージン部は、蓄電池のエレメント間のシールのために用いられることを特徴とす る、請求項１によるアルカリ蓄電池。
6. （６）双極捕集装置は、シールエレメントの緑の幅および場合によっては長さが ５〜１５ｍｍ以上であり、双極捕集装置の金属板上での熱交換による冷却を促進 する管路（Ｃ）を作るようにされていることを特徴とする、請求項１によるアル カリ蓄電池。
7. （７）有効物質の自由部分（５８）に、連続して組み立てられたエレメントの気 体環境による連絡が可能になるようにする少なくとも１つのオリフィス（５９） であって、１つのエレメントからもう１つのエレメントヘの電解液の場合によっ て生じる移動を可能にしないオリフィス（５９）があけられた導電性仕切板（５ ５）を備えることを特徴とする、請求項１によるアルカリ蓄電池。
8. （８）オリフィス（５９）の数は１〜４個であることを特徴とする、請求項７に よるアルカリ蓄電池。
9. （９）オリフィス（５９）の直径が０．１〜０．５ｍｍであることを特徴とする 、請求項７によるアルカリ蓄電池。
10. （１０）仕切板（５５）を貫通している１つまたは複数の連絡用オリフィス（５ ９）は、穴（１０３）と、この穴のまわりに配置されている、仕切板（５５）の 各々の側に対して端から端まで穴が貫通している追加厚み部（１０２）とからな ることを特徴とする、請求項７または８によるアルカリ蓄電池。
11. （１１）仕切板（５５）を貫通している穴と、延長上で２つの追加厚み部（１０ ２）を貫通している２つの穴とは、同じ直径を有することを特徴とする、請求項 ７または８によるアルカり蓄電池。
12. （１２）仕切板（５５）を貫通している穴（１１１）の直径は、延長部において 追加厚み部（１１２）を貫通している２つの穴（１１４）より小さいことを特徴 とする、請求項７または８によるアルカリ蓄電池。
13. （１３）仕切板（５５）は、周辺部に穴（２０１）を含んでおり、これらの穴は 、連続した仕切板（５５）を定位置に保持する絶縁構造（５３）（５４）の中に 埋め込まれていることを特徴とする、請求項７または８によるアルカリ蓄電池。
14. （１４）請求項１〜１３のうちの１つによる双極極板と、１つまたは複数の安全 弁（６２）であって、蓄電池を閉じている端部板（５２）上に配置されている安 全弁とを含んでいることを特徴とする蓄電池列。
15. （１５）フォームまたはフェルトの双極捕集装置上への張り付けは、双極捕集装 置の各々の面上に、メチルセルロースを含む水溶液中の酸化ニッケルの分散液か らなる層を噴霧し、ついで双極捕集装置の各々の面に、ニッケルフォームまたは フェルトを連続的に張り付け、場合によってはフォームまたはフェルトの中心を なす有機基質の酸化雰囲気中での熱分解、および還元雰囲気中での９００〜１， ３００℃の維持を行なって実施されることを特徴とする、請求項１または７によ るアルカリ蓄電池の製造方法。
16. （１６）この張り付けは、双極捕集装置上へフォームまたはフェルトを点溶着し て行なうことを特徴とする、請求項１５による製造方法。
17. （１７）フォームまたはフェルトの有効物質による充填は、大部分電気的に活性 な化合物を含む流体ペースト、すなわち捕集装置の陽面には水酸化ニッケル、陰 面には酸化カドミウムを混ぜ込むことによって実施されることを特徴とする、請 求項１または７によるアルカリ蓄電池の製造方法。
18. （１８）混ぜ込みは、ローラーによって捕集装置の両面に同時にまたは連続的に 実施され、これらのローラーは、フォームまたはフェルトの完全な充填を行ない 、ついで乾燥後、有効物質で満たされたフォームまたはフェルトの圧縮を行なう ことを特徴とする、請求項１７による方法。
19. （１９）陽極用の三次元構造として用いられるフェルトの有効物質の充填は、電 気化学含浸から双極極板の陰極部分は残して、この電気化学含浸によって行なわ れることを特徴とする、請求項１、４または７によるアルカリ蓄電池の製造方法 。
20. （２０）電極の導電仕切板（５５）に、少なくとも１つの穴（１０１）をあけ、 この穴に有利にははっ水性材料の円筒形部品（１０２）をはめ込むこと、ついで この円筒形部品の中心に穴（１０３）をあけ、ここに線を通すこと、その両面に はめ込まれた円筒形部品（１０２）を、中央部を残して押し潰すこと、最後にこ の線を取り外すことを特徴とする、請求項７によるアルカリ蓄電池の製造方法。
21. （２１）電器の導電仕切板（５５）に、少なくとも１つの穴（１１１）をあける こと、仕切板（５５）上において穴（１１１）の両側に、円盤状部品（１１２） を接着させるが、この円盤状部品は、直径が仕切板を貫通している穴（１１１） の直径と同じかこれよりわずかに大きい中央穴（１１４）を有していることを特 徴とする、請求項７によるアルカリ電池の製造方法。
22. （２２）穴の両側に、多孔性または半透性パッチを接着して、この穴を塞ぐこと を特徴とする、請求項２１によるアルカリ電池の製造方法。