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      具有渦卷狀電極體的堿性蓄電池的制作方法

      文檔序號(hào):6938914閱讀:159來(lái)源:國(guó)知局
      專利名稱:具有渦卷狀電極體的堿性蓄電池的制作方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本發(fā)明涉及一種具有將鎳氫蓄電池、鎳鎘蓄電池等的正、負(fù)極板之間介入隔板卷繞成渦卷狀的渦卷狀電極體的堿性蓄電池,特別涉及渦卷狀電極體和集電體之間的導(dǎo)電連接以及渦卷狀電極體和金屬制外裝罐的導(dǎo)電連接。
      現(xiàn)有的鎳氫蓄電池、鎳鎘蓄電池等堿性蓄電池具有,在正、負(fù)極板之間介入隔板卷繞成渦卷狀的渦卷狀電極群之后,在該渦卷狀電極群的正極板的上端部上焊接正極用集電體,在渦卷狀電極群的負(fù)極板的下端部焊接負(fù)極用集電體作為渦卷狀電極體,之后,將負(fù)極用集電體與兼作負(fù)極端子的金屬外裝罐進(jìn)行電連接,將正極用集電體與兼作正極端子的封口體進(jìn)行電連接的構(gòu)成。
      如果這樣將渦卷狀電極體的負(fù)極用集電體與外裝罐的底部進(jìn)行電連接,同時(shí)渦卷狀電極體的正極用集電體焊接在封口體上,由于從正極板到正極端子(封口體)之間的電流分布,以及從負(fù)極板到負(fù)極端子(金屬制外裝罐)的電流分布是均勻分布,可以獲得提高了高率放電特性的蓄電池。
      但是,在上述構(gòu)成的堿性蓄電池中,由于金屬制外裝罐兼作為負(fù)極端子,如果正極用集電體和金屬制外裝罐接觸將發(fā)生內(nèi)部短路。為此,有必要做成正極用集電體不與金屬制外裝罐接觸程度的大小。又,雖然負(fù)極用集電體和金屬制外裝罐接觸不會(huì)發(fā)生內(nèi)部短路,如果負(fù)極用集電體的外徑和金屬制外裝罐的內(nèi)徑相等,則不僅難于將渦卷狀電極體插入到外裝罐內(nèi),而且不將負(fù)極用集電體焊接到渦卷狀電極群的正確位置上,將不能把渦卷狀電極體插入到外裝罐內(nèi),所以,也有必要做成負(fù)極用集電體不與金屬制外裝罐接觸程度的大小。
      然而,如果做成負(fù)極用集電體不與金屬制外裝罐接觸程度的大小,在負(fù)極板和負(fù)極用集電體的焊接部上會(huì)產(chǎn)生負(fù)極用集電體不被焊接的部分。如果產(chǎn)生負(fù)極用集電體不被焊接的部分,從負(fù)極用集電體到負(fù)極板的集電路徑的電流分布產(chǎn)生不均勻,在負(fù)極用集電體不被焊接的部分產(chǎn)生電壓降。雖然這樣的電壓降在小電流充放電的情況下不會(huì)成為多大問(wèn)題,但在數(shù)十安培~數(shù)百安培的大電流進(jìn)行充放電的情況下,由上述連接部的電阻引起大的電壓降從而降低動(dòng)作電壓,產(chǎn)生不能獲得高電壓的問(wèn)題,產(chǎn)生降低高率放電特性的問(wèn)題。又,鎳氫蓄電池與鎳鎘蓄電池相比由于充電時(shí)的反應(yīng)熱(吸熱反應(yīng))小,受到焦耳熱的影響產(chǎn)生增大溫度上升,充電時(shí)增大內(nèi)壓的問(wèn)題。
      為此,本發(fā)明正是針對(duì)上述問(wèn)題的發(fā)明,其目的在于獲得即使在和金屬制外裝罐的底部焊接或者接觸的集電體上產(chǎn)生不被焊接的部分,也可以提高不被焊接部分的集電性能,提高高率放電特性的堿性蓄電池。又,如果將本發(fā)明適用于鎳氫蓄電池,通過(guò)提高集電性能可以降低焦耳熱,同時(shí)由于充電時(shí)的溫度上升的抑制和反應(yīng)均勻性的效果,可以抑制電池內(nèi)壓的上升,是特別有效果的。
      為了解決上述課題,本發(fā)明的具有渦卷狀電極體的堿性蓄電池,當(dāng)在渦卷狀電極群的中心部具有卷芯跡空間的情況下,渦卷狀電極體包括焊接在渦卷狀電極群的一方極板(例如正極板)的上端部的第1集電體(例如正極集電體)和焊接在同渦卷狀電極群的另一方極板(例如負(fù)極板)的下端部上的第2集電體(例如負(fù)極集電體),第2集電體(例如負(fù)極集電體)焊接在外裝罐的底部?jī)?nèi)面上,同時(shí)另一方極板(例如負(fù)極板)的最外周部的端部的一部分沒(méi)有焊接,將另一方極板(例如負(fù)極板)的最外周部壓接在外裝罐的側(cè)壁內(nèi)面。
      這樣,如果將渦卷狀電極群的另一方極板(例如負(fù)極板)的最外周部壓接在外裝罐的側(cè)壁內(nèi)面,由于另一方極板(例如負(fù)極板)可以均勻集電,將會(huì)降低電壓降。為此,可以提高這種堿性蓄電池的高率放電特性。
      又,如果壓接在外裝罐的側(cè)壁內(nèi)面上的另一方極板(例如負(fù)極板)的壓接部是另一方極板(例如負(fù)極板)的極板芯體,由于可以降低外裝罐和另一方極板(例如負(fù)極板)的極板芯體的接觸面上的接觸電阻,可以進(jìn)一步降低電壓降,進(jìn)一步提高這種堿性蓄電池的高率放電特性,同時(shí)提高動(dòng)作電壓。
      然而,為了高容量化這種堿性蓄電池,當(dāng)在渦卷狀電極群的中心部不具有卷芯跡空間的情況下,渦卷狀電極體包括焊接在渦卷狀電極群的一方極板(例如正極板)的上端部的第1集電體(例如正極集電體)和焊接在同渦卷狀電極群的另一方極板(例如負(fù)極板)的下端部上的第2集電體(例如負(fù)極集電體),第2集電體(例如負(fù)極集電體)不進(jìn)行焊接而接觸在外裝罐的底部?jī)?nèi)面上,并且另一方極板(例如負(fù)極板)的最外周部的端部的一部分沒(méi)有焊接,將另一方極板(例如負(fù)極板)的最外周部壓接在外裝罐的側(cè)壁內(nèi)面。
      如果在渦卷狀電極群的中心部不具有卷芯跡空間,就不存在插入焊接電極的空間,所以第2集電體(例如負(fù)極集電體)不進(jìn)行焊接而處于與外裝罐的底部?jī)?nèi)面接觸的狀態(tài)。但是,如果將渦卷狀電極群的另一方極板(例如負(fù)極板)的最外周部壓接在外裝罐的側(cè)壁內(nèi)面上,由于可以降低外裝罐和另一方極板(例如負(fù)極板)的接觸面上的接觸電阻,可以降低電壓降。為此,提高這種堿性蓄電池的高率放電特性。
      以下是附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明。
      圖1為表示電極群的最外周部的一部分的剖視圖。
      圖2為表示采用卷芯卷繞成渦卷狀的渦卷狀電極群的剖視圖。
      圖3為表示不采用卷芯卷繞成渦卷狀的渦卷狀電極群的剖視圖。
      圖中,10-鎳正極板、20-吸氫合金負(fù)極板、21一極板芯體、30-隔板。
      以下參照


      具有本發(fā)明的渦卷狀電極體的堿性蓄電池適用于鎳氫蓄電池情況的一實(shí)施例。圖1為表示電極群的最外周部的一部分的剖視圖,圖2為表示采用卷芯卷繞成渦卷狀的渦卷狀電極群的剖視圖,圖3為表示不采用卷芯卷繞成渦卷狀的渦卷狀電極群的剖視圖。
      1.鎳正極板的制作(1)燒結(jié)式電極將鎳粉末與羧甲基纖維素等粘接劑以及水進(jìn)行混練調(diào)制成糊漿,將該糊漿涂敷在由鎳多孔體形成的導(dǎo)電性芯體上。在將糊漿涂敷在導(dǎo)電性芯體上時(shí),要在該導(dǎo)電性芯體的中央部位形成帶狀未涂敷部分。該帶狀的未涂敷部分成為電流導(dǎo)出部,在以后的工序中成為與正極集電體的焊接部。
      之后,涂敷了糊漿的導(dǎo)電性芯體在還原性環(huán)境中燒結(jié),制成多孔度為80%的燒結(jié)基板。將這樣制作的燒結(jié)基板浸漬在硝酸鎳溶液中,在該燒結(jié)基板中含浸硝酸鎳。之后,浸漬在氫氧化鈉水溶液中,將硝酸鎳置換成氫氧化鎳。反復(fù)進(jìn)行這樣的硝酸鎳的浸漬工序和氫氧化鎳的置換工序后,進(jìn)行將硝酸鎳變成氫氧化鎳活性物質(zhì)的活性物質(zhì)填充操作,制作成長(zhǎng)尺的燒結(jié)式鎳正極板。
      將這樣制成的長(zhǎng)尺燒結(jié)式鎳正極板在長(zhǎng)度方向的中央部形成的帶狀芯體的未涂敷部分(導(dǎo)電性芯體)的中央切斷,同時(shí)切斷成給定的長(zhǎng)度制作成燒結(jié)式鎳正極板10。又,以長(zhǎng)度為210mm的切斷后的燒結(jié)式鎳正極板10作為燒結(jié)式鎳正極板a1,以長(zhǎng)度為230mm的切斷后的燒結(jié)式鎳正極板10作為燒結(jié)式鎳正極板a2。
      (2)非燒結(jié)式電極將90重量份的氫氧化鎳、5重量份的金屬鈷粉末和5重量份的氫氧化鈷粉末混合,并將此混合物與20重量份的含1%重量的甲基纖維素的水溶液混練制成糊漿狀活性物質(zhì)。這樣制成的糊漿狀活性物質(zhì)充填到由單位面積重量為600g/m2(此外,可以使用單位面積重量為400~700g/m2)、厚度為1.5mm的鎳發(fā)泡體(鎳海綿)。然后,充填了糊漿狀活性物質(zhì)的鎳發(fā)泡體經(jīng)過(guò)干燥后,壓延到厚度大約為0.7mm。
      然后,將這樣充填了糊漿狀活性物質(zhì)的的鎳發(fā)泡體的上邊部對(duì)準(zhǔn)超聲波喇叭,在垂直方向上給上邊部加入超聲波振動(dòng),使充填在上邊部上的活性物質(zhì)從鎳發(fā)泡體上脫落形成剝離部。這時(shí),通過(guò)對(duì)準(zhǔn)超聲波喇叭給予超聲波振動(dòng),使上邊部壓縮形成一薄壁部位。另一方面,準(zhǔn)備好0.06mm的鎳金屬制的帶狀金屬板,將該帶狀金屬板載置在鎳發(fā)泡體的剝離部上,采用焊接棒按2mm的間隔進(jìn)行電阻焊接,制成非燒結(jié)式鎳正極板10。
      又,以長(zhǎng)度為210mm的切斷后的非燒結(jié)式鎳正極板10作為燒結(jié)式鎳正極板b1,以長(zhǎng)度為230mm的切斷后的非燒結(jié)式鎳正極板10作為燒結(jié)式鎳正極板b2。
      2.吸氫合金負(fù)極的制作將混合稀土(Mm稀土類元素的混合物)、鎳、鈷、鋁以及錳按1∶3.4∶0.8∶0.2∶0.6的比例進(jìn)行混合,將該混合物置入氬氣環(huán)境的高頻感應(yīng)爐中進(jìn)行感應(yīng)加熱使其成為合金金屬熔液狀態(tài)。將該合金金屬熔液以周知的方法流入到鑄模中,冷卻后,制作成以組成式Mm1.0Ni3.4Co0.8Al0.2Mn0.6表示的吸氫合金的鑄錠。
      將該吸氫合金的鑄錠進(jìn)行機(jī)械粗粉碎后,在惰性氣體環(huán)境中機(jī)械粉碎直到平均粒子徑約為100μm。在這樣制成的吸氫合金粉末中加入氧化聚乙烯等粘接劑和適量的水混合制成吸氫合金糊漿。將該糊漿按照壓延后形成給定量的活性物質(zhì)密度涂敷在由沖孔金屬構(gòu)成的極板芯體21的兩面上,在進(jìn)行干燥、壓延后,切斷成給定尺寸制作成吸氫合金負(fù)極板20。
      以在卷繞成渦卷狀時(shí)成為最外周部的部分的活性物質(zhì)原樣保留的吸氫合金負(fù)極板20作為吸氫合金負(fù)極板c,以長(zhǎng)度為260mm的切斷后的吸氫合金負(fù)極板20作為吸氫合金負(fù)極板c1,以長(zhǎng)度為280mm的切斷后的吸氫合金負(fù)極板20作為吸氫合金負(fù)極板c2。以在卷繞成渦卷狀時(shí)成為最外周部的部分的活性物質(zhì)一面(極板芯體21的外裝罐側(cè))除去后的吸氫合金負(fù)極板20作為吸氫合金負(fù)極板d,以長(zhǎng)度為260mm的切斷后的吸氫合金負(fù)極板20作為吸氫合金負(fù)極板d1,以長(zhǎng)度為280mm的切斷后的吸氫合金負(fù)極板20作為吸氫合金負(fù)極板d2。
      3.渦卷狀電極體的制作(1)采用燒結(jié)式鎳正極板的渦卷狀電極體a.實(shí)施例1在上述制成的燒結(jié)式鎳正極板a1和吸氫合金負(fù)極板c1之間放入由聚丙烯制無(wú)紡布構(gòu)成的隔板30,同時(shí)讓正極板a1的上端部比隔板30的上端部凸出,負(fù)極板c1的下端部比隔板30的下端部凸出進(jìn)行積成,然后采用圖中未畫出的卷芯,如圖1(a)以及圖2所示,讓負(fù)極板c1在最外周卷繞成渦卷狀制作成渦卷狀電極群A1。這樣卷繞成渦卷狀的渦卷狀電極群的直徑約為22mm。此外,在該渦卷狀電極群A1的最外周的負(fù)極板c1的極板芯體的外方存在負(fù)極活性物質(zhì)。
      之后,將該渦卷狀電極群A1的負(fù)極板c1的下端部和負(fù)極集電體進(jìn)行電阻焊接,正極板a1的上端部和正極集電體進(jìn)行電阻焊接,制作成渦卷狀電極體A1。正極集電體包括直徑為18mm的略圓板狀集電部和由該集電部延伸出的導(dǎo)出部,略圓板狀集電部具有下部有凸出的多數(shù)開口,同時(shí)在中心部設(shè)置有電解液注入孔(此外,該電解液注入孔在后面的焊接工序中作為焊接電極插入用的孔)。又,負(fù)極集電體為由鎳金屬形成直徑為21mm的圓板狀所構(gòu)成。此外,由于渦卷狀電極體A1的直徑約為22mm,而負(fù)極集電體的直徑約為21mm,渦卷狀電極體A1的負(fù)極板的最外周部的端部的一部分不與負(fù)極集電體焊接。
      b.實(shí)施例2在上述制成的燒結(jié)式鎳正極板a1和吸氫合金負(fù)極板d1之間放入由聚丙烯制無(wú)紡布構(gòu)成的隔板30,同時(shí)讓正極板a1的上端部比隔板30的上端部凸出,負(fù)極板d1的下端部比隔板30的下端部凸出進(jìn)行積成,然后采用圖中未畫出的卷芯,如圖1(b)以及圖2所示,讓負(fù)極板d1在最外周卷繞成渦卷狀制作成渦卷狀電極群A2。這樣卷繞成渦卷狀的渦卷狀電極群A2的直徑約為22mm。此外,在該渦卷狀電極群A2的最外周的負(fù)極板d1的極板芯體的外方不存在負(fù)極活性物質(zhì)。之后,將該渦卷狀電極群A2的負(fù)極板d1的下端部和上述實(shí)施例1同樣的負(fù)極集電體進(jìn)行電阻焊接,正極板a1的上端部和上述實(shí)施例1同樣的正極集電體進(jìn)行電阻焊接,制作成渦卷狀電極體A2。
      c.實(shí)施例3在上述制成的燒結(jié)式鎳正極板a2和吸氫合金負(fù)極板c2之間放入由聚丙烯制無(wú)紡布構(gòu)成的隔板30,同時(shí)讓正極板a2的上端部比隔板30的上端部凸出,負(fù)極板c2的下端部比隔板30的下端部凸出進(jìn)行積成,然后采用圖中未畫出的卷芯,如圖1(a)以及圖3所示,讓負(fù)極板c2在最外周卷繞成渦卷狀制作成渦卷狀電極群A3。這樣卷繞成渦卷狀的渦卷狀電極群A3的直徑約為22mm。此外,在該渦卷狀電極群A3的最外周的負(fù)極板c2的極板芯體的外方存在負(fù)極活性物質(zhì)。之后,將該渦卷狀電極群A3的負(fù)極板c2的下端部和上述實(shí)施例1同樣的負(fù)極集電體進(jìn)行電阻焊接,正極板a2的上端部和上述實(shí)施例1同樣的正極集電體進(jìn)行電阻焊接,制作成渦卷狀電極體A3。
      d.實(shí)施例4在上述制成的燒結(jié)式鎳正極板a2和吸氫合金負(fù)極板d2之間放入由聚丙烯制無(wú)紡布構(gòu)成的隔板30,同時(shí)讓正極板a2的上端部比隔板30的上端部凸出,負(fù)極板d2的下端部比隔板30的下端部凸出進(jìn)行積成,然后采用圖中未畫出的卷芯,如圖1(b)以及圖3所示,讓負(fù)極板d2在最外周卷繞成渦卷狀制作成渦卷狀電極群A4。這樣卷繞成渦卷狀的渦卷狀電極群A4的直徑約為22mm。此外,在該渦卷狀電極群A4的最外周的負(fù)極板d2的極板芯體的外方不存在負(fù)極活性物質(zhì)。之后,將該渦卷狀電極群A4的負(fù)極板d2的下端部和上述實(shí)施例1同樣的負(fù)極集電體進(jìn)行電阻焊接,正極板a2的上端部和上述實(shí)施例1同樣的正極集電體進(jìn)行電阻焊接,制作成渦卷狀電極體A4。
      e.比較例1在上述制成的燒結(jié)式鎳正極板a1和吸氫合金負(fù)極板c1之間放入由聚丙烯制無(wú)紡布構(gòu)成的隔板30,同時(shí)讓正極板a1的上端部比隔板30的上端部凸出,負(fù)極板c1的下端部比隔板30的下端部凸出進(jìn)行積成,然后采用圖中未畫出的卷芯,如圖1(c)所示,讓隔板30在最外周卷繞成渦卷狀制作成渦卷狀電極群A5。這樣卷繞成渦卷狀的渦卷狀電極群A5的直徑約為22mm。之后,將該渦卷狀電極群A5的負(fù)極板c1的下端部和上述實(shí)施例1同樣的負(fù)極集電體進(jìn)行電阻焊接,正極板a1的上端部和上述實(shí)施例1同樣的正極集電體進(jìn)行電阻焊接,制作成渦卷狀電極體A5。
      f.比較例2在上述制成的燒結(jié)式鎳正極板a2和吸氫合金負(fù)極板c2之間放入由聚丙烯制無(wú)紡布構(gòu)成的隔板30,同時(shí)讓正極板a2的上端部比隔板30的上端部凸出,負(fù)極板d2的下端部比隔板30的下端部凸出進(jìn)行積成,然后采用圖中未畫出的卷芯,如圖1(a)以及圖2所示,讓負(fù)極板c2在最外周卷繞成渦卷狀制作成渦卷狀電極群A6。這樣卷繞成渦卷狀的渦卷狀電極群A6的直徑約為22mm。
      (2)采用非燒結(jié)式鎳正極板的渦卷狀電極體a.實(shí)施例5在上述制成的非燒結(jié)式鎳正極板b1和吸氫合金負(fù)極板c1之間放入由聚丙烯制無(wú)紡布構(gòu)成的隔板30,同時(shí)讓正極板b1的上端部比隔板30的上端部凸出,負(fù)極板c2的下端部比隔板30的下端部凸出進(jìn)行積成,然后采用圖中未畫出的卷芯,如圖1(a)以及圖2所示,讓負(fù)極板c1在最外周卷繞成渦卷狀制作成渦卷狀電極群B1。這樣卷繞成渦卷狀的渦卷狀電極群B1的直徑約為22mm。此外,在該渦卷狀電極群B1的最外周的負(fù)極板c1的極板芯體的外方存在負(fù)極活性物質(zhì)。之后,將該渦卷狀電極群B1的負(fù)極板c1的下端部和上述實(shí)施例1同樣的負(fù)極集電體進(jìn)行電阻焊接,正極板b1的上端部和上述實(shí)施例1同樣的正極集電體進(jìn)行電阻焊接,制作成渦卷狀電極體B1。
      b.實(shí)施例6在上述制成的非燒結(jié)式鎳正極板b1和吸氫合金負(fù)極板d1之間放入由聚丙烯制無(wú)紡布構(gòu)成的隔板30,同時(shí)讓正極板b1的上端部比隔板30的上端部凸出,負(fù)極板d2的下端部比隔板30的下端部凸出進(jìn)行積成,然后采用圖中未畫出的卷芯,如圖1(b)以及圖2所示,讓負(fù)極板d1在最外周卷繞成渦卷狀制作成渦卷狀電極群B2。這樣卷繞成渦卷狀的渦卷狀電極群B2的直徑約為22mm。此外,在該渦卷狀電極群B2的最外周的負(fù)極板d1的極板芯體的外方不存在負(fù)極活性物質(zhì)。之后,將該渦卷狀電極群B2的負(fù)極板d1的下端部和上述實(shí)施例1同樣的負(fù)極集電體進(jìn)行電阻焊接,正極板b1的上端部和上述實(shí)施例1同樣的正極集電體進(jìn)行電阻焊接,制作成渦卷狀電極體B2。
      c.實(shí)施例7在上述制成的非燒結(jié)式鎳正極板b2和吸氫合金負(fù)極板c2之間放入由聚丙烯制無(wú)紡布構(gòu)成的隔板30,同時(shí)讓正極板b2的上端部比隔板30的上端部凸出,負(fù)極板c2的下端部比隔板30的下端部凸出進(jìn)行積成,然后采用圖中未畫出的卷芯,如圖1(a)以及圖3所示,讓負(fù)極板c2在最外周卷繞成渦卷狀制作成渦卷狀電極群B3。這樣卷繞成渦卷狀的渦卷狀電極群B3的直徑約為22mm。此外,在該渦卷狀電極群B3的最外周的負(fù)極板c2的極板芯體的外方存在負(fù)極活性物質(zhì)。之后,將該渦卷狀電極群B3的負(fù)極板c2的下端部和上述實(shí)施例1同樣的負(fù)極集電體進(jìn)行電阻焊接,正極板b2的上端部和上述實(shí)施例1同樣的正極集電體進(jìn)行電阻焊接,制作成渦卷狀電極體B3。
      d.實(shí)施例8在上述制成的非燒結(jié)式鎳正極板b2和吸氫合金負(fù)極板d2之間放入由聚丙烯制無(wú)紡布構(gòu)成的隔板30,同時(shí)讓正極板b2的上端部比隔板30的上端部凸出,負(fù)極板d2的下端部比隔板30的下端部凸出進(jìn)行積成,然后采用圖中未畫出的卷芯,如圖1(b)以及圖3所示,讓負(fù)極板d2在最外周卷繞成渦卷狀制作成渦卷狀電極群B4。這樣卷繞成渦卷狀的渦卷狀電極群B4的直徑約為22mm。此外,在該渦卷狀電極群B4的最外周的負(fù)極板d2的極板芯體的外方不存在負(fù)極活性物質(zhì)。之后,將該渦卷狀電極群B4的負(fù)極板d2的下端部和上述實(shí)施例1同樣的負(fù)極集電體進(jìn)行電阻焊接,正極板b2的上端部和上述實(shí)施例1同樣的正極集電體進(jìn)行電阻焊接,制作成渦卷狀電極體B4。
      e.比較例3在上述制成的非燒結(jié)式鎳正極板b1和吸氫合金負(fù)極板c1之間放入由聚丙烯制無(wú)紡布構(gòu)成的隔板30,同時(shí)讓正極板b1的上端部比隔板30的上端部凸出,負(fù)極板c1的下端部比隔板30的下端部凸出進(jìn)行積成,然后采用圖中未畫出的卷芯,如圖1(a)以及圖2所示,讓隔板30在最外周卷繞成渦卷狀制作成渦卷狀電極群B5。這樣卷繞成渦卷狀的渦卷狀電極群B5的直徑約為22mm。之后,將該渦卷狀電極群B5的負(fù)極板c1的下端部和上述實(shí)施例1同樣的負(fù)極集電體進(jìn)行電阻焊接,正極板b1的上端部和上述實(shí)施例1同樣的正極集電體進(jìn)行電阻焊接,制作成渦卷狀電極體B5。
      f.比較例4在上述制成的非燒結(jié)式鎳正極板b2和吸氫合金負(fù)極板c2之間放入由聚丙烯制無(wú)紡布構(gòu)成的隔板30,同時(shí)讓正極板b2的上端部比隔板30的上端部凸出,負(fù)極板c2的下端部比隔板30的下端部凸出進(jìn)行積成,然后采用圖中未畫出的卷芯,如圖1(c)以及圖2所示,讓負(fù)極板c2在最外周卷繞成渦卷狀制作成渦卷狀電極群B6。這樣卷繞成渦卷狀的渦卷狀電極群B5的直徑約為22mm。
      4.鎳氫蓄電池的制作a.實(shí)施例1、2、5、6以及比較例1、3然后,準(zhǔn)備好有底圓筒形的金屬外裝罐,將象上述那樣制作的實(shí)施例1、2、5、6以及比較例1、3的各渦卷狀電極體A1、A2、B1、B2以及A5、B5分別插入到金屬外裝罐內(nèi),通過(guò)正極集電體的電解液注入孔插入一個(gè)焊接電極后和負(fù)極集電體相接,同時(shí)金屬外裝罐的底部和另一個(gè)焊接電極相接,負(fù)極集電體和金屬外裝罐的底部進(jìn)行點(diǎn)焊焊接。
      另一方面,準(zhǔn)備好由正極蓋和蓋體(此外,在正極蓋和蓋體之間配置壓力閥)組成的封口體,讓正極集電體的導(dǎo)出部和封口體的蓋體的底部接觸,蓋體底部和導(dǎo)出部進(jìn)行焊接。之后,在金屬外裝罐內(nèi)分別注入由30%重量的氫氧化鉀(KOH)水溶液組成的電解液,將封口體通過(guò)一封口墊片載置在外裝罐的開口部上,同時(shí)在封口體一側(cè)將該開口部鉚接封口。
      然后,鉸擰金屬外裝罐,將各渦卷狀電極體A1、A2、B1、B2以及A5、B5的最外周部的負(fù)極20、負(fù)極芯體21或者隔板30分別壓接在金屬外裝罐的內(nèi)側(cè)壁。這樣分別制成標(biāo)稱容量2000mAh的實(shí)施例1、2以及比較例1的圓筒形鎳氫蓄電池,標(biāo)稱容量3000mAh的實(shí)施例5、6以及比較例3的圓筒形鎳氫蓄電池。
      b.實(shí)施例3、4、7、8和上述同樣,準(zhǔn)備好有底圓筒形的金屬外裝罐,將象上述那樣制作的實(shí)施例3、4、7、8的各渦卷狀電極體A3、A4、B3、B4分別插入到金屬外裝罐內(nèi),讓負(fù)極集電體和金屬外裝罐的底部接觸。另一方面,準(zhǔn)備好由正極蓋和蓋體組成的封口體,讓正極集電體的導(dǎo)出部和封口體的蓋體的底部接觸,蓋體底部和導(dǎo)出部進(jìn)行焊接。之后,在金屬外裝罐內(nèi)分別注入由30%重量的氫氧化鉀(KOH)水溶液組成的電解液,將封口體通過(guò)一封口墊片載置在外裝罐的開口部上,同時(shí)在封口體一側(cè)將該開口部鉚接封口。
      然后,鉸擰金屬外裝罐,將各渦卷狀電極體A3、A4、B3、B4的最外周部的負(fù)極20或者負(fù)極芯體21分別壓接在金屬外裝罐的內(nèi)側(cè)壁。這樣分別制成標(biāo)稱容量2200mAh的實(shí)施例3、4的圓筒形鎳氫蓄電池,標(biāo)稱容量3300mAh的實(shí)施例7、8的圓筒形鎳氫蓄電池。
      c.比較例2、4和上述同樣,準(zhǔn)備好有底圓筒形的金屬外裝罐,將象上述那樣制作的比較例2、4的各渦卷狀電極體A6、B6分別插入到金屬外裝罐內(nèi)。另一方面,和上述同樣,準(zhǔn)備好由正極蓋和蓋體組成的封口體,分別讓這些正極板a2、b2的卷繞端部上形成的舌片狀的集電接片與封口體的蓋體底部接觸,將蓋體底部和導(dǎo)出部進(jìn)行焊接連接。
      然后,在金屬外裝罐內(nèi)分別注入由30%重量的氫氧化鉀(KOH)水溶液組成的電解液,將封口體通過(guò)一封口墊片載置在外裝罐的開口部上,同時(shí)在封口體一側(cè)將該開口部鉚接封口。然后,鉸擰金屬外裝罐,將各渦卷狀電極體A6、B6的負(fù)極20分別壓接在金屬外裝罐的內(nèi)側(cè)壁。這樣分別制成標(biāo)稱容量2200mAh的比較例2的圓筒形鎳氫蓄電池,標(biāo)稱容量3300mAh的比較例4的圓筒形鎳氫蓄電池。
      5.鎳氫蓄電池的活性化將上述制成的實(shí)施例1~8以及比較例1~4的12種鎳氫蓄電池以0.1C的充電電流進(jìn)行16小時(shí)充電后,休止1小時(shí),再以0.2C的放電電流放電到終止電壓為1.0V,然后休止1小時(shí)。該充放電過(guò)程在室溫下循環(huán)進(jìn)行3次,將各鎳氫蓄電池活性化。
      6.放電容量的試驗(yàn)然后,將上述活性化后的實(shí)施例1~8以及比較例1~4的12種鎳氫蓄電池以0.1C的充電電流進(jìn)行16小時(shí)充電后,休止1小時(shí),再以0.2C的放電電流放電到終止電壓為1.0V,從放電時(shí)間計(jì)算放電容量,其結(jié)果如表1所示。
      7.充電時(shí)的電池內(nèi)壓以及電池溫度又,將上述活性化后的實(shí)施例1~8以及比較例1~4的12種鎳氫蓄電池以1C的充電電流進(jìn)行充電,在100%的充電狀態(tài)下進(jìn)行電池內(nèi)壓以及電池溫度的測(cè)定,其結(jié)果如表1所示。
      8.高率放電試驗(yàn)又,將上述活性化后的實(shí)施例1~8以及比較例1~4的12種鎳氫蓄電池以0.1C的充電電流進(jìn)行16小時(shí)充電后,休止1小時(shí),再以10A的放電電流放電到終止電壓為1.0V,進(jìn)行高率放電,測(cè)定放電容量達(dá)到50%時(shí)的電壓,其結(jié)果如表1所示。
      此外,在表1中,集電體表示負(fù)極集電體的有無(wú),焊接表示負(fù)極集電體和外裝罐底部之間有無(wú)焊接,內(nèi)壓表示充電時(shí)的電池內(nèi)壓(kgf/cm2),溫度表示充電時(shí)的電池內(nèi)的溫度(℃)。
      表1
      表1表明,采用燒結(jié)式鎳正極板的渦卷狀的電極體A1~A6與采用非燒結(jié)式鎳正極板的渦卷狀的電極體B1~B6相比,其放電容量小。這是由于采用非燒結(jié)式鎳正極板比采用燒結(jié)式鎳正極板增加了活性物質(zhì)的填充量。
      又,如果將采用燒結(jié)式鎳正極板的渦卷狀的電極體A1~A5和A6進(jìn)行比較,將采用非燒結(jié)式鎳正極板的渦卷狀的電極體B1~B5和B6進(jìn)行比較,表明分別在各電極體A1~A5以及各電極體B1~B5上焊接了負(fù)極集電體的電池,動(dòng)作電壓高并且電池內(nèi)壓以及電池溫度要低。這是由于采用負(fù)極集電體的電池減少了電壓降,從而提高了動(dòng)作電壓。又,可以認(rèn)為采用負(fù)極集電體的電池降低了焦耳熱,降低了充電時(shí)的電池溫度。進(jìn)一步,可以認(rèn)為由于電池溫度降低和反應(yīng)均勻性的效果,降低了電池內(nèi)壓。
      又,如果將負(fù)極集電體和外裝罐底部進(jìn)行焊接的電極體A1、A2和A5以及電極體B1、B2和B5進(jìn)行比較,表明電極體A1、A2以及電極體B1、B2要比電極體A5、B5動(dòng)作電壓高,并且電池內(nèi)壓以及電池溫度低??梢哉J(rèn)為這是由于電極體A5、B5在最外周有隔板30覆蓋,在該部分的電壓降增大,降低了動(dòng)作電壓。又,可以認(rèn)為最外周由隔板覆蓋的電池增加了焦耳熱,提高了充電時(shí)的電池溫度。進(jìn)一步,可以認(rèn)為由于電池溫度上升和反應(yīng)不均勻性的效果,提高了電池內(nèi)壓。
      又,如果分別將電極體A1和電極體A3以及電極體A2和電極體A4進(jìn)行比較,將電極體B1和電極體B3以及電極體B2和電極體B4進(jìn)行比較,表明采用電極體A3、A4以及電極體B3、B4的電池其放電容量大,動(dòng)作電壓低。這是因?yàn)橥ㄟ^(guò)采用不用卷芯的渦卷狀電極體,和采用卷芯的渦卷狀電極體相比,可以采用長(zhǎng)正極板和負(fù)極板,兩極板增長(zhǎng)的部分增加了放電容量。但是,作為不用卷芯的渦卷狀電極體,由于負(fù)極集電體不能和外裝罐底部焊接,該部分的電壓降增大,從而降低了動(dòng)作電壓。又,可以認(rèn)為負(fù)極集電體不能和外裝罐底部焊接的電池增加了焦耳熱,提高了充電時(shí)的電池溫度。進(jìn)一步,可以認(rèn)為由于電池溫度上升和反應(yīng)不均勻性的效果,提高了電池內(nèi)壓。
      又,如果分別將電極體A1和電極體A2以及電極體A3和電極體A4進(jìn)行比較,將電極體B1和電極體B2以及電極體B3和電極體B4進(jìn)行比較,表明采用電極體A2、A4以及電極體B2、B4的電池動(dòng)作電壓高,電池電壓以及電池溫度低。這是因?yàn)橛捎陔姌O體A2、A4以及電極體B2、B4的渦卷的最外周為極板芯體,降低了該部分的電壓降,提高了動(dòng)作電壓。又,可以認(rèn)為最外周是極板芯體的電池降低了焦耳熱,從而降低了充電時(shí)的溫度。進(jìn)一步,可以認(rèn)為由于電池溫度降低和反應(yīng)均勻性的效果,降低了電池內(nèi)壓。
      9.關(guān)于蓄電池熵的變化以下探討蓄電池熵的變化。采用上述制作的鎳氫蓄電池以及與其相同尺寸的鎳鎘蓄電池,讓各蓄電池處于50%的充電狀態(tài)下,壓力(kgf/cm2)為一定,按-20℃、-10℃、0℃的順序,測(cè)定在各溫度(T)下保持3小時(shí)后的開路電壓,依據(jù)下面的(1)式計(jì)算放電時(shí)的熵變化(ΔS),其結(jié)果如表2所示。
      ΔS=zF(E/T)p(J/molK)…………………(1)又,在上述(1)式中z=1,F(xiàn)=96500。通過(guò)這樣計(jì)算熵變化(ΔS),可以計(jì)算電池的發(fā)熱量TΔS.

      電池充電時(shí)為發(fā)熱反應(yīng)。為此,通過(guò)將本發(fā)明適用于鎳氫蓄電池中,可以發(fā)揮更好的效果。這是因?yàn)?,充電時(shí)產(chǎn)生發(fā)熱反應(yīng)增多發(fā)熱量,引起電池溫度上升。但是,通過(guò)適用本發(fā)明,可以降低溫度的上升。
      如上所述,在本發(fā)明中,如果將渦卷狀電極體的負(fù)極板20的最外周壓接到外裝罐的側(cè)壁內(nèi)面,可以由負(fù)極板20均勻集電,從而降低電壓降。為此,可以提高這種堿性蓄電池的高率放電特性。另一方面,為了高容量化堿性蓄電池,即使在渦卷狀電極體的中心部沒(méi)有卷芯跡空間的情況下,如果將渦卷狀電極體的負(fù)極板20的最外周壓接到外裝罐的側(cè)壁內(nèi)面,由于可以降低外裝罐和負(fù)極板20的接觸面上的接觸電阻,從而降低電壓降。
      然而,如果壓接在外裝罐的側(cè)壁內(nèi)面的負(fù)極板20的壓接部是負(fù)極板20的極板芯體21,由于可以降低外裝罐和極板芯體21的接觸面上的接觸電阻,進(jìn)一步降低電壓降,可以進(jìn)一步提高這種堿性蓄電池的高率放電特性。
      此外,在上述實(shí)施例中,由于金屬制外裝罐兼作為負(fù)極端子,封口體兼作為正極端子,雖然是將焊接在渦卷狀電極體的負(fù)極上的負(fù)極集電體與金屬制外裝罐的底部焊接或者接觸的例子進(jìn)行了說(shuō)明,當(dāng)金屬制外裝罐兼作為正極端子時(shí),也可以將焊接在渦卷狀電極體的正極上的正極集電體與金屬制外裝罐的底部焊接或者接觸。
      權(quán)利要求
      1.一種具有渦卷狀電極體的堿性蓄電池,在兼作外部端子的金屬制外裝罐中包括在正、負(fù)極板之間介入隔板卷繞成渦卷狀的渦卷狀電極體,其特征是所述渦卷狀電極體在渦卷狀電極群的中心部具有卷芯跡空間,包括焊接在所述渦卷狀電極群的一方極板的上端部的第1集電體和焊接在同渦卷狀電極群的另一方極板的下端部上的第2集電體,所述第2集電體焊接在所述外裝罐的底部?jī)?nèi)面上,同時(shí)所述另一方極板的最外周部的端部的一部分沒(méi)有焊接,將所述另一方極板的最外周部壓接在所述外裝罐的側(cè)壁內(nèi)面。
      2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有渦卷狀電極體的堿性蓄電池,其特征是壓接在所述外裝罐的側(cè)壁內(nèi)面上的所述另一方極板的所述壓接部是將所述另一方極板的極板芯體直接壓接在所述外裝罐的側(cè)壁內(nèi)面上。
      3.一種具有渦卷狀電極體的堿性蓄電池,在兼作外部端子的金屬制外裝罐中包括在正、負(fù)極板之間介入隔板卷繞成渦卷狀的渦卷狀電極體,其特征是所述渦卷狀電極體在渦卷狀電極群的中心部不具有卷芯跡空間,包括焊接在所述渦卷狀電極群的一方極板的上端部的第1集電體和焊接在同渦卷狀電極群的另一方極板的下端部上的第2集電體,所述第2集電體不進(jìn)行焊接而接觸在所述外裝罐的底部?jī)?nèi)面上,同時(shí)所述另一方極板的最外周部的端部的一部分沒(méi)有焊接,將所述另一方極板的最外周部壓接在所述外裝罐的側(cè)壁內(nèi)面。
      4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有渦卷狀電極體的堿性蓄電池,其特征是壓接在所述外裝罐的側(cè)壁內(nèi)面上的所述另一方極板的所述壓接部是將所述另一方極板的極板芯體直接壓接在所述外裝罐的側(cè)壁內(nèi)面上。
      5.根據(jù)權(quán)利要求1~4中任一項(xiàng)所述的具有渦卷狀電極體的堿性蓄電池,其特征是所述堿性蓄電池是鎳氫蓄電池。
      全文摘要
      一種具有渦卷狀電極體的堿性蓄電池包括焊接在渦卷狀電極體的正極板10的端部的正極集電體和焊接在渦卷狀電極體的負(fù)極板20的端部的負(fù)極集電體,負(fù)極集電體焊接在外裝罐的底部?jī)?nèi)面上,同時(shí)負(fù)極板20的最外周部的端部的一部分不焊接,負(fù)極板20的最外周部壓接在外裝罐的側(cè)壁內(nèi)面。這樣,如果負(fù)極板20的最外周部壓接在外裝罐的側(cè)壁內(nèi)面,則由于負(fù)極板20進(jìn)行均勻集電,可以降低電壓降,提高高率放電特性。
      文檔編號(hào)H01M10/24GK1267098SQ0010287
      公開日2000年9月20日 申請(qǐng)日期2000年3月7日 優(yōu)先權(quán)日1999年3月16日
      發(fā)明者春日秀夫, 伊勢(shì)忠司, 石丸順康 申請(qǐng)人:三洋電機(jī)株式會(huì)社
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