專利名稱：堿性蓄電池用極板、堿性蓄電池用極板的制造方法及堿性蓄電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及堿性蓄電池用極板、堿性蓄電池用極板的制造方法及堿性蓄電池的改進(jìn)。
背景技術(shù)：
以鎳氫電池及鎳鎘電池等為代表的堿性蓄電池體積小、質(zhì)量輕，具有高的輸出密度，近年來(lái)其應(yīng)用范圍不限于個(gè)人計(jì)算機(jī)及攜帶式電話等小型機(jī)器，已擴(kuò)大到電動(dòng)汽車及混合電動(dòng)汽車等的大型電源的范圍內(nèi)。在用途被擴(kuò)大的同時(shí)，迄今對(duì)這些電池已增加了大容量和高可靠性的要求。
在堿性蓄電池中，一般采用通過(guò)隔板將板狀的正極板及負(fù)極板集合起來(lái)、收容在方形容器中構(gòu)成電池的方形結(jié)構(gòu)；以及通過(guò)隔板將方形的正極板和負(fù)極板卷成旋渦狀構(gòu)成極板群、將它們收容在圓筒形容器中構(gòu)成電池的圓筒形結(jié)構(gòu)。
另一方面，近年來(lái)開(kāi)發(fā)了鎳等沿三維方向相連的超過(guò)90％的具有高空隙率空間的發(fā)泡金屬及金屬非織物等三維金屬多孔體基板(以下稱多孔體基板)，開(kāi)發(fā)了將活性物質(zhì)顆粒漿料直接填充到它們中的新極板的制造方法，作為適用于大容量的極板，多半能適用于上述方形和圓筒形電池中?？墒?，已經(jīng)知道存在幾個(gè)與使用上述三維多孔體基板的極板的制造方法和由結(jié)構(gòu)引起的可靠性相關(guān)的課題。本發(fā)明的目的在于從結(jié)構(gòu)和制造方法的觀點(diǎn)來(lái)謀求極板的改進(jìn)，確立備有使用上述三維多孔體基板的極板的堿性蓄電池的可靠性。
填充到多孔體基板中的活性物質(zhì)漿料，例如適合采用堿性蓄電池的正極用活性物質(zhì)漿料或負(fù)極用活性物質(zhì)漿料等，該堿性電池的正極用活性物質(zhì)漿料包含以氫氧化鎳為主體的、含有金屬鈷及金屬鎳或碳末等在極板反應(yīng)中所必需的添加物并包含羧甲基纖維素等黏合劑的漿料，該負(fù)極用活性物質(zhì)漿料包含以吸氫合金或氫氧化鎘為主體、包含碳末及鎳粉末等在極板反應(yīng)中所必需的添加物并包含羧甲基纖維素等黏合劑的漿料。
一般情況下，在填充了漿料之后，將填充了上述活性物質(zhì)的三維多孔體的極板加壓至所希望的厚度，作為正極板或負(fù)極板使用。
通常情況下，在如上加壓后的極板表面上形成致密的表面層。這樣的致密表面層阻止電解液向內(nèi)部浸透，每個(gè)電池的電解液的注入量各不相同，存在特性離散的問(wèn)題。
另一方面，上述三維多孔體本來(lái)就是一種彎曲變形的自由度少的結(jié)構(gòu)材料。將活性物質(zhì)填充到這樣的結(jié)構(gòu)材料中，加壓后的極板進(jìn)一步限制了彎曲的自由度，如果強(qiáng)制卷繞構(gòu)成極板群，則在被卷繞的極板外周發(fā)生不規(guī)則的裂縫，或者形成非正圓的有棱角的卷繞結(jié)構(gòu)的極板群，不易向圓筒形的金屬殼中插入。另外在上述裂縫部，破損部的毛刺從表面突出出來(lái)，活性物質(zhì)顆粒從破損部流出，貫通隔板產(chǎn)生大小不同的短路，這些現(xiàn)象成為發(fā)生初始的或隨著時(shí)間遷移而發(fā)生的電壓不良及短路的原因。
作為改善上述問(wèn)題的現(xiàn)有的技術(shù)，如日本特開(kāi)昭60-133655號(hào)公報(bào)所示，提出了在兩面形成V形的槽部并使槽的方向與卷繞軸平行地卷繞極板的技術(shù)。另外，在特開(kāi)平5-41211號(hào)公報(bào)中公開(kāi)了金屬多孔體形成具有梯形或半橢圓形斷面的槽以代替易斷形狀的V形斷面的槽。可是，在兩側(cè)形成槽對(duì)增加活性物質(zhì)的填充量不利。
因此，在特開(kāi)平9-106814號(hào)公報(bào)中，公開(kāi)了從三維金屬多孔體一側(cè)向背面填充活性物質(zhì)漿料的制造方法，作為使活性物質(zhì)的填充分布均等地形成均等的槽部用的制造方法。另外公開(kāi)了這樣一種技術(shù)，即此時(shí)使活性物質(zhì)幾乎不透過(guò)背面進(jìn)行填充，在上述填充面一側(cè)形成高密度的活性物質(zhì)填充層、在背面形成低密度的填充層或非填充層，在上述低密度填充側(cè)的表面上形成槽部。另外，在該特開(kāi)平9-106814號(hào)公報(bào)中舉例說(shuō)明了這樣一種結(jié)構(gòu)，即，首先進(jìn)行漿料的填充然后在三維多孔體的一面上形成槽部或切縫的制造方法，以及從設(shè)有上述槽或切縫的面的背面填充活性物質(zhì)的極板的制造方法，再將上述槽部作為外周卷繞極板。
另一方面，在特開(kāi)平9-27342號(hào)公報(bào)中，示出了由與上述特開(kāi)平9-106814號(hào)公報(bào)中所示的相同的高密度活性物質(zhì)填充層和低密度活性物質(zhì)填充層構(gòu)成的極板，把上述低密度的活性物質(zhì)填充層作為內(nèi)側(cè)和作為外側(cè)進(jìn)行卷繞的結(jié)構(gòu)都公開(kāi)了。
在實(shí)施例中還記載了在活性物質(zhì)的填充工序中，首先在三維多孔體上設(shè)置槽部或切縫、然后從設(shè)有上述槽部或切縫的面的背面填充活性物質(zhì)漿料的制造方法；以及與此相反，從設(shè)有槽部或切縫的面填充活性物質(zhì)的制造方法。
總之如上所述，備有槽部的極板在將具有槽部的面作為外周進(jìn)行卷繞的結(jié)構(gòu)中，利用由槽部提供的表面的延伸自由度和槽內(nèi)首先發(fā)生的裂縫能改善撓性，能看到電壓不良減少的傾向。
可是，盡管如此，已知還發(fā)生很多電壓不良的現(xiàn)象。分析其原因的結(jié)果斷定在形成上述現(xiàn)有的槽部的結(jié)構(gòu)中，發(fā)生在槽內(nèi)部的裂縫部的毛刺由于卷繞力的作用而隆起并突出出來(lái)，活性物質(zhì)顆粒通過(guò)槽部從裂縫流到極板的外周，這些是形成新的短路的主要原因。
即，在活性物質(zhì)填充基板的表面上形成的槽部的內(nèi)部都是空洞，對(duì)槽內(nèi)部發(fā)生的裂縫的毛刺的隆起突出及活性物質(zhì)顆粒裂從縫部的流出沒(méi)有防備，這是可靠性降低的原因。
另外，預(yù)先在三維多孔體的一面上形成槽部或切縫，用從設(shè)有上述槽部或切縫的表面填充活性物質(zhì)，在用此方法制作的極板中，將活性物質(zhì)填充到槽部或切縫中，但因?yàn)檫@里存在的活性物質(zhì)不外乎是填充的活性物質(zhì)顆粒的集合體，所以如果填充在上述槽部或切縫中的活性物質(zhì)顆粒被電解液潤(rùn)濕，則具有流動(dòng)性，容易從槽部流出。上述具有流動(dòng)性的活性物質(zhì)的集合體對(duì)裂縫部的毛刺的隆起突出和活性物質(zhì)的流出沒(méi)有任何抑制效果，斷定成為引起新的短路的原因。
即，為了一邊謀求適合采用三維多孔體的極板的堿性蓄電池的高容量化一邊提高可靠性，對(duì)于在改善電解液對(duì)極板的浸透性的同時(shí)，特別是在圓筒形電池中形成槽部不僅能改善極板的撓性，還抑制槽內(nèi)部發(fā)生的裂縫部的隆起突出和活性物質(zhì)顆粒的流出用的適當(dāng)?shù)臉O板結(jié)構(gòu)和制作上述極板結(jié)構(gòu)用的適當(dāng)?shù)闹圃旆椒ㄗ鳛樾抡n題進(jìn)行了認(rèn)真研究。
發(fā)明的概述作為解決上述課題的方法，在本發(fā)明中公開(kāi)了一種堿性蓄電池用極板，其特征在于在由具有沿三維方向相連的空間部的金屬多孔體基板、和填充在其中的活性物質(zhì)構(gòu)成的活性物質(zhì)填充基板的表面上形成槽部，通過(guò)對(duì)其施加壓力，在上述槽部中的活性物質(zhì)填充密度低的粗糙的槽部活性物質(zhì)層和活性物質(zhì)填充密度高的致密的表面層相互交替，構(gòu)成大致平滑的表面。
另外，本發(fā)明公開(kāi)了一種堿性蓄電池用極板的制造方法，作為有效地形成上述結(jié)構(gòu)的制造方法，該方法包括將活性物質(zhì)漿料填充到具有沿三維方向相連的空間部的金屬多孔體基板中，形成填充基板的活性物質(zhì)填充工序；在填充基板的一面上形成槽部的工序；以及對(duì)形成了槽部的電極加壓使其平滑的工序。
還公開(kāi)了一種堿性蓄電池，該堿性蓄電池具有將備有槽部的面作為外周，在使卷繞軸與槽的方向平行的狀態(tài)下卷繞上述獲得的極板的極板群。
本發(fā)明的極板在其表面上有粗糙的槽部活性物質(zhì)層，該部分成為電解液浸透的路徑，能改善電解液對(duì)極板的浸透性。雖然表面的平滑化在外觀上消失了槽部，但在平行地形成多個(gè)槽部的結(jié)構(gòu)中能獲得改善撓性的效果。另外，利用加壓成形的槽部活性物質(zhì)層，能按壓在槽內(nèi)部形成的裂縫部，能抑制毛刺的隆起突出和活性物質(zhì)的流出。
以下說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方案。
本發(fā)明的堿性蓄電池用極板在由具有沿三維方向相連的空間部的金屬多孔體基板和填充在其中的活性物質(zhì)構(gòu)成的活性物質(zhì)填充基板的一個(gè)表面上有多個(gè)平行的槽部，由上述槽部中的活性物質(zhì)填充密度低的粗糙的槽部活性物質(zhì)層和通過(guò)加壓形成的活性物質(zhì)填充密度高的細(xì)密的表面層構(gòu)成大致平滑的表面。
迄今，利用特開(kāi)昭60-133655號(hào)公報(bào)及特開(kāi)平5-41211號(hào)公報(bào)中的技術(shù)，在有空間的槽部中，用在本發(fā)明中形成的活性物質(zhì)層能獲得高容量且撓性好的極板。另外，本發(fā)明的堿性蓄電池用極板的特征在于致密的表面層和在槽部活性物質(zhì)層上形成的粗糙的表面平行地相互交替、且呈有規(guī)則地重復(fù)的粗密表面，電解液的吸收性優(yōu)良。如特開(kāi)平9-106841號(hào)公報(bào)或特開(kāi)平9-27342號(hào)公報(bào)所述由于預(yù)先在金屬多孔體基板上形成槽或切縫，所以不能得到本發(fā)明的結(jié)構(gòu)。
另外，由于本發(fā)明的堿性蓄電池用極板在連接槽部活性物質(zhì)層的金屬多孔體的骨架上沒(méi)有破斷部，所以作為堿性蓄電池用極板卷繞時(shí)，能抑制由毛刺的突出等引起的短路的發(fā)生，同時(shí)能維持通電路徑，在作為電池用極板使用的情況下，與原來(lái)相比，電池內(nèi)阻低、提高了大電流放電特性。
獲得本發(fā)明的堿性蓄電池極板用的制造方法的一例是按順序?qū)嵤┮韵碌墓ば驅(qū)⒒钚晕镔|(zhì)漿料填充到具有沿三維方向相連的空間部的金屬多孔體極板上，形成活性物質(zhì)填充基板的活性物質(zhì)填充工序；在活性物質(zhì)填充基板的一個(gè)表面上形成槽部的工序；以及對(duì)形成了槽部的極板施加壓力，使其大致平滑，作成所希望的厚度的工序。
如果在活性物質(zhì)填充工序中從金屬多孔體的一面不貫通到背面填充活性物質(zhì)漿料，在槽部形成工序中在上述活性物質(zhì)的填充面一側(cè)形成槽部，則能獲得活性物質(zhì)填充量均勻的本發(fā)明的堿性蓄電池用極板。
將本發(fā)明的堿性蓄電池用極板用作正極板和負(fù)極板兩者中至少一者，在用通過(guò)隔板卷繞的極板群構(gòu)成蓄電池的情況下，把備有活性物質(zhì)的面作為外周，上述槽部的方向與卷繞軸平行進(jìn)行卷繞。
此時(shí)，在卷繞后的極板上，以平行地形成的多個(gè)槽部的底部和側(cè)壁的交界線作為起點(diǎn)，先形成裂縫。在本發(fā)明中，在極板群的外周部上，在槽部的底部以外的地方不發(fā)生上述裂縫，該裂縫的深度也比現(xiàn)有的淺，電池的內(nèi)阻降低，提高了大電流放電性。
另外，利用槽部活性物質(zhì)層按壓上述裂縫，能抑制活性物質(zhì)流出和毛刺的突出。
附圖的簡(jiǎn)單說(shuō)明

圖1是簡(jiǎn)單地表示最后獲得本發(fā)明的極板的工序的斜視圖。
圖2是表示基于本發(fā)明的制造方法的活性物質(zhì)填充基板的斷面形狀變化的圖。
圖3是表示槽部形狀的第1實(shí)施方案的槽部形成基板的剖面圖。
圖4是本發(fā)明的圓筒形堿性蓄電池的分解斜視圖。
圖5是采用本發(fā)明的圓筒形堿性蓄電池的極板群的平剖面圖。
圖6是對(duì)本發(fā)明的極板的堿性電解液的浸透速度與現(xiàn)有極板的堿性電解液的浸透速度進(jìn)行比較的曲線圖。
圖7是將本發(fā)明和現(xiàn)有的極板用于圓筒形堿性蓄電池中時(shí)對(duì)電壓不良發(fā)生數(shù)進(jìn)行比較的曲線圖。
實(shí)施本發(fā)明的最佳方案以下，用圖和實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明的最佳實(shí)施方案。
圖1表示制作本發(fā)明的堿性蓄電池用極板用的優(yōu)選裝置的一例。填充了活性物質(zhì)的基板1由借助于通過(guò)具有環(huán)狀凸部的帶槽的輥?zhàn)?和平滑輥?zhàn)?之間，而在一側(cè)形成具有槽部4的槽部形成基板5構(gòu)成。
其次如果用一對(duì)平滑的加壓輥?zhàn)?對(duì)上述槽部形成基板5加壓，則在槽部4中滲出活性物質(zhì)，形成槽部活性物質(zhì)層7，構(gòu)成本發(fā)明的基板8。
通常，與槽的方向相垂直截?cái)嗌鲜鲭姌O基板8，獲得本發(fā)明的極板9。
圖2是在與槽的方向相垂直的斷面方案表示隨著本發(fā)明的制造過(guò)程活性物質(zhì)填充基板的變化情況。在圖2中(A)是活性物質(zhì)填充基板、(B)是槽部形成基板、(C)是電極基板。
在本發(fā)明中，對(duì)三維多孔體的厚度、空隙率、孔徑、孔形等沒(méi)有特別限定，能使用現(xiàn)有的三維多孔體。根據(jù)目的，一般使用厚度1mm～3mm、空隙率為90％～95％的多孔體。
制作活性物質(zhì)填充極板時(shí)，采用預(yù)先截成長(zhǎng)方形或平板狀的多孔體方法、以及使用連續(xù)的帶狀多孔體在任意工序中從后部截成極板形狀的方法。后者對(duì)批量生產(chǎn)有利。
在本發(fā)明中對(duì)活性物質(zhì)填充方法沒(méi)有特殊的限定，只要是能均勻填充都能適用。例如，填充活性物質(zhì)時(shí)，一般能使用現(xiàn)有的方法，即，使多孔體基板從活性物質(zhì)漿料的槽中通過(guò)填充活性物質(zhì)的方法、利用定量噴出嘴及刮刀從一面或兩面壓入活性物質(zhì)的方法等。
活性物質(zhì)漿料適合使用以氫氧化鎳為主體、混合必要的添加物和黏合劑的正極用活性物質(zhì)漿料，以及以氫氧化鎘或金屬氫氧化物為主體、混合必要的添加物和黏合劑的負(fù)極用活性物質(zhì)漿料等。
其次說(shuō)明槽部形成工序。經(jīng)過(guò)該槽部形成工序，使斷面形狀從圖2(A)變化到(B)。
在帶狀的活性物質(zhì)填充基板1上形成槽部4時(shí)，利用在輥?zhàn)拥膱A周上設(shè)有多個(gè)環(huán)狀凸部的帶槽的輥?zhàn)?和平滑的輥?zhàn)?進(jìn)行是很方便的。在通過(guò)上述輥?zhàn)荧@得的帶狀的槽部形成基板5的一面上，形成多個(gè)在寬度方向上并列的沿帶狀基板的前進(jìn)方向連續(xù)的槽部4。
形成上述槽部4的第1個(gè)目的是為了把應(yīng)力供給槽部的底部10，卷繞時(shí)使上述槽部的底部10先發(fā)生裂縫，第2個(gè)目的是確保利用從多孔體極板的骨架中滲出的活性物質(zhì)在槽部形成理想的槽部活性物質(zhì)層7用的容積。
在本發(fā)明的極板中，具有上述理想效果的槽部活性物質(zhì)層的質(zhì)量受該槽部形成基板的方案的影響。例如，受槽部形成基板的厚度與槽部深度的比率、槽部形成基板的槽部附近的多孔體基板的金屬骨架破損情況、槽部的形狀等的影響。
如果上述槽部的深度比率過(guò)小，則本發(fā)明的所期待的卷繞性改善等效果相對(duì)變小。另外，槽內(nèi)部的活性物質(zhì)層不足，不能形成槽部活性物質(zhì)層。相反，如果過(guò)大，則容易使金屬多孔體的骨架破損，同時(shí)槽內(nèi)部的活性物質(zhì)過(guò)剩，槽部活性物質(zhì)層及其表面層的密度變大。
考慮上述傾向，槽部深度對(duì)槽部形成基板5的厚度t2的比率最好在20％以上50％以下。
如果在槽部的側(cè)壁附近存在金屬多孔體骨架破損的部位，則在本發(fā)明將這樣的基板作為電池用極板利用時(shí)，上述破損的部位成為短路的原因，同時(shí)流入槽部的活性物質(zhì)過(guò)剩，槽部活性物質(zhì)層及其表面層的密度變得過(guò)大。因此，在本發(fā)明中，重要的是在槽部形成基板上沒(méi)有金屬多孔體骨架的破損部。
在本發(fā)明中，明確了避免金屬多孔體骨架的破損、將適當(dāng)?shù)膽?yīng)力施加給槽部的底部10的幾個(gè)最佳實(shí)施方案。
其中一個(gè)方案是在槽部的底部10上設(shè)置平行于基板表面的平滑面。此時(shí)最好在平滑面與槽側(cè)面的交點(diǎn)形成圓弧狀倒角。
如圖3(A)(B)(C)所示，斷定出了由所設(shè)計(jì)的壁面和槽部的底部10的平坦面構(gòu)成的形狀的槽部的方案是具有以下特征的好的實(shí)施方案以利用兩個(gè)弧狀的外周形成的形狀為基準(zhǔn)，將強(qiáng)大的應(yīng)力施加給槽部的底部10且防止金屬多孔體骨架的破損，另外在加壓的階段上容易槽部的底部10上先發(fā)生裂縫。
在這時(shí)的槽部側(cè)壁的斷面是利用交錯(cuò)的圓弧形成的情況下，圖3(A)和用相離的圓弧形成的方案(B)、(C)都是好的方案，另外，以這些形狀為基準(zhǔn)所設(shè)計(jì)的形狀具有類似的效果。
如圖3所示，設(shè)與槽部底部10交錯(cuò)的交點(diǎn)上的兩個(gè)圓弧的切線形成的角度為嚙合角度G，此時(shí)，G最好在45°以上100°以下。如果嚙合角度G過(guò)大，則很難把強(qiáng)大的應(yīng)力施加到槽部底部10的骨架上，同時(shí)難以確保必要的槽部深度。反之，如果過(guò)小，則在槽部形成時(shí)在槽部的頂端附近存在發(fā)生破損部的可能性，同時(shí)有時(shí)也會(huì)發(fā)生帶槽的輥?zhàn)?咬住槽部4、不能脫離的異常情況。
下面，說(shuō)明槽部活性物質(zhì)層形成工序。
該工序是為了使有槽部的槽部形成基板5全部形成大致平滑的表面而對(duì)槽部形成基板5加壓的工序。平滑加壓是用具有平滑面的加壓輥?zhàn)?進(jìn)行的，非常簡(jiǎn)單。此時(shí)斷面形狀從圖2中的(B)變到(C)。
即，在槽部形成基板5的臺(tái)階上，在有空洞的槽部4中形成槽部活性物質(zhì)層7，成為本發(fā)明的電極基板8。
在該工序中加壓的槽部形成基板5的濕潤(rùn)狀態(tài)是任意的。但是，如果在濕潤(rùn)狀態(tài)下進(jìn)行加壓，則流出的活性物質(zhì)增多，變得難以控制。另外，活性物質(zhì)有可能附著在加壓裝置上，使得加壓面不均勻。因此，最好在干燥狀態(tài)下進(jìn)行加壓。
另外，在該工序中，可以利用具有與槽的方向垂直的軸的加壓輥?zhàn)蛹訅?。如果利用具有與槽的方向平行的軸的加壓輥?zhàn)蛹磁c槽的方向垂直進(jìn)行加壓，則在槽形成極板上產(chǎn)生延伸和彎曲，另外，導(dǎo)致多孔體基板的強(qiáng)度下降。
本發(fā)明的電極基板8與用現(xiàn)有技術(shù)制作的槽部形成基板不同，其表面由于通過(guò)對(duì)槽部形成基板的槽部進(jìn)行加壓形成的槽部活性物質(zhì)層7和通過(guò)對(duì)槽部以外進(jìn)行加壓形成的致密的表面層11而形成大致平滑的粗密表面。一般情況下，由于粗糙的表面和致密的表面反射率不同，所以在具有多個(gè)槽部的電極基板8的表面上能觀察到條紋模樣。所觀察到的顏色隨著活性物質(zhì)的顏色及成分而變化。例如，在利用綠色乃至黑褐色活性物質(zhì)的鎳正極上，能觀察到黑褐色的表面和對(duì)應(yīng)于槽部的白色條狀表面形成的條紋模樣，一看就能判斷出不是均勻的表面。
其次，如圖1所示，如果將帶狀的電極基板8沿著長(zhǎng)度方向截成極板所需要的寬度尺寸，則能獲得與極板的長(zhǎng)度方向垂直的多條平行形成的槽部的本發(fā)明的極板9。
圖4表示將該極板9作為圓筒型電池的正極板使用的狀態(tài)。
在圖4中，正極板12和負(fù)極板13通過(guò)隔板14卷成旋渦狀構(gòu)成極板群15。上述極板群15被收容在圓筒狀的金屬殼16中，正極端子17的底部與正極板12導(dǎo)電性地連接、金屬殼16與負(fù)極板13導(dǎo)電性地連接，另外，注入堿性電解液，利用凸?fàn)畹恼龢O端子17和設(shè)有安全閥體的封口板18進(jìn)行封口。
圖5是與上述圓筒型電池的極板群15的電池底面平行的斷面。
如圖5所示，把具有槽部活性物質(zhì)層7的面作為外周，在卷繞軸與槽的方向平行的狀態(tài)下卷繞正極板12。
如上所述，如果將用本發(fā)明獲得的極板9用于圓筒型電池中，則如下所述，能獲得各種各樣有用的效果。
(1)本發(fā)明的極板9與現(xiàn)有的帶槽的極板不同，槽部不是空的，雖然填充密度粗，可是具有活性物質(zhì)層7，作為極板全體的填充密度高。
(2)由于與致密的表面層11大致平滑地形成活性物質(zhì)層7的表面，所以卷繞極板9時(shí)將配置在表面上的隔板14作為按壓面，構(gòu)成在槽部?jī)?nèi)部上有效地將活性物質(zhì)層7按壓在槽部?jī)?nèi)部用的按壓層。
(3)將粗密的表面加壓至大致平滑，使活性物質(zhì)層7與極板9一體化，至少被卷繞起來(lái)為止，能將活性物質(zhì)層7內(nèi)的活性物質(zhì)保持在極板中。
(4)如果將槽部活性物質(zhì)層7及其表面層11作成加壓成型體，則在將電解液注入極板群15中時(shí)，活性物質(zhì)呈流動(dòng)狀態(tài)，活性物質(zhì)的流出成為新的短路的原因，應(yīng)防止這一現(xiàn)象的發(fā)生，同時(shí)使槽部活性物質(zhì)層7固化，在槽部?jī)?nèi)部有效地將按壓力傳給內(nèi)部。
(5)如果使槽部活性物質(zhì)層及其表面粗糙地成形，則該部位成為電解液的浸透路徑，同時(shí)使槽部活性物質(zhì)層具有柔軟性、賦予表面延伸自由度，極板的卷繞性顯著提高。
(6)在將發(fā)生裂縫的力加在極板9上時(shí)，在槽部的底部10上先發(fā)生裂縫，防止不規(guī)則裂縫波及極板9的全部表面。
如圖5所示，如果卷繞本發(fā)明的極板9，則在槽部的底部10和側(cè)壁的交界線上先發(fā)生裂縫19，槽部活性物質(zhì)層7被拉伸，圓滑地進(jìn)行卷繞。這樣暫時(shí)形成的槽部4即使加壓到使其從外觀上消失而平滑，也能在原來(lái)的槽部4變形后的槽部的底部10上先發(fā)生裂縫19，這種卷繞性改善的現(xiàn)象以往是完全看不到的。
(7)另外，在本發(fā)明中，在槽部形成工序中，為了使金屬多孔體骨架不破損而形成槽，同時(shí)因?yàn)榫砝@后產(chǎn)生的裂縫19的長(zhǎng)度短，所以能維持多孔體基板的集電性。因此，與原來(lái)相比電池的內(nèi)阻降低、大電流放電性能得以提高。
(8)在卷繞的極板群15中，利用相鄰的隔板14按壓槽部活性物質(zhì)層7的表面，其按壓力傳遞到槽部底部10，按壓裂縫19，使其閉合，防止了破損部的隆起突出及活性物質(zhì)的流出。
其次，為了驗(yàn)證將本發(fā)明的極板9用于堿性蓄電池中時(shí)的可靠性的效果，制作應(yīng)用本發(fā)明的堿性蓄電池用正極板，再制作使用它的圓筒型堿性蓄電池。同時(shí)制作現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的極板，對(duì)與本發(fā)明的極板及電池的可靠性有關(guān)的特性進(jìn)行比較。
實(shí)施例1相對(duì)于氫氧化鎳100重量部，黏合劑采用0.2重量部的羧甲基纖維素，并加全部漿料的重量的25％的水，制作活性物質(zhì)漿料。
在支撐體上，用寬度為115mm、厚度為1.7mm、空隙率為92％～95％的具有沿三維方向相連的空間的帶狀發(fā)泡金屬多孔體，從多孔體的兩面把活性物質(zhì)漿料填充到其中，制作厚度為1.7的帶狀活性物質(zhì)填充基板1。
接著使用在輥?zhàn)拥耐庵鼙砻嫔显O(shè)有多個(gè)環(huán)狀凸部的帶槽的輥?zhàn)?和平滑的輥?zhàn)?，在帶狀的活性物質(zhì)填充基板1的一側(cè)表面上，在帶狀基板的寬度方向上以1.5mm的間距形成了沿基板的前進(jìn)方向連續(xù)的深度為0.35mm的槽部4。槽部形成基板5的厚度為1.0mm。槽部的形狀呈圖3(A)所示的形狀。其次，使用平滑的輥?zhàn)?將上述槽部形成基板5加壓成厚度為0.8mm，使槽部中的活性物質(zhì)滲出，同時(shí)對(duì)槽部活性物質(zhì)層加壓成形，形成了大致平滑的粗密表面。
用該帶狀基板制作寬度為61mm、厚度為110mm的堿性蓄電池用極板9。把該極板稱為極板P。
另外，將以吸氫合金粉末為主要材料的漿料涂敷在沖壓金屬上，制作寬度為61mm、長(zhǎng)度為145mm、厚度為0.4mm的負(fù)極板13。把上述極板P作為正極板12，通過(guò)隔板14與負(fù)極板13一起卷繞，構(gòu)成極板群15。此時(shí)，正極板12把具有槽部的一側(cè)作為外側(cè)進(jìn)行卷繞。將上述極板群15收容在圓筒型金屬殼16中，進(jìn)行端子的連接，注入電解液，用封口板18封口，制作如圖4所示的公稱容量為380mAh的尺寸為HR17/67的圓筒型堿性蓄電池。把該電池稱為電池P。
比較例1使平滑加壓基板的厚度為0.8mm，除了不進(jìn)行槽部形成工序和槽部活性物質(zhì)層形成工序而截成極板形狀以外，制作與本發(fā)明的實(shí)施例相同條件的極板。把該極板稱為極板Q。另外，除了將極板Q作為正極板12以外，用與本發(fā)明的實(shí)施例相同的結(jié)構(gòu)制作了圓筒型堿性蓄電池。把該電池稱為電池Q。
比較例2使槽部成形基板的厚度為0.8mm，除了不增加槽部活性物質(zhì)層的形成工序和使槽部的深度為與本發(fā)明的正極板12的槽部相同的深度以外，在與本發(fā)明的實(shí)施例相同的條件下制作了極板。把該極板稱為R。另外，除了將極板R作為正極板12以外，按照與本發(fā)明的實(shí)施例相同的結(jié)構(gòu)制作了圓筒型堿性蓄電池。將該極板12上具有槽部的表面作為外周進(jìn)行卷繞。把該電池稱為電池R。
關(guān)于電解液對(duì)上述極板P、Q、R的浸透性進(jìn)行了調(diào)查。首先使極板P和極板R備有槽部的表面朝上，在極板Q上水平設(shè)置平滑加壓面極板，將5ml濃度為40％的堿性電解液滴在極板上，把直至液滴消失的吸收時(shí)間作為電解液的浸透速度進(jìn)行了測(cè)量。其結(jié)果如圖6所示。
由該圖可以斷定，在未形成槽部4的平滑的極板Q上電解液的浸透時(shí)間大約是20分鐘。與此不同，在形成槽部的極板R上大約是15分鐘，能看到有所改善。另外，在具有本發(fā)明的活性物質(zhì)層7的極板P上浸透時(shí)間大約為5分鐘。
上述結(jié)果可以認(rèn)為表示在全部表面上形成了致密的表面層的極板Q上，致密的表面層阻礙電解液向內(nèi)部浸透。另外，之所以極板R的電解液的吸收速度比極板Q有所改善，可以認(rèn)為其原因在于在槽部形成時(shí)，雖然在槽部?jī)?nèi)部存在所形成的致密的表面層，但在槽部的側(cè)壁上，形成了比表面層11還薄的活性物質(zhì)表面層。與此相反，本發(fā)明的極板P的電解液的吸收速度之所以能大幅度地改善，可以認(rèn)為其原因在于即在槽部的壁面上不形成致密的表面層，另外在槽部形成的活性物質(zhì)層7是電解液的浸透性高的粗糙的加壓體。
然后調(diào)查了可纏繞性的改善。制作了圓筒型電池各1000個(gè)，此時(shí)，求旋渦式的極板群不能插入圓筒型的殼中的插入不良的發(fā)生概率。
其結(jié)果，電池Q發(fā)生了50個(gè)插入不良。與此相反，電池P及電池R都未發(fā)生上述插入不良。
這表示由于槽部的形成改善了可纏繞性，能構(gòu)成接近正圓的極板群。還表示本發(fā)明的極板盡管被加壓到在外觀上變得平坦，但槽部形成的可纏繞性的效果沒(méi)有失去。
最后調(diào)查了由短路產(chǎn)生的電壓不良的發(fā)生概率。調(diào)查了沒(méi)有插入不良的1000個(gè)電池的電壓不良的發(fā)生概率。用規(guī)定的方法對(duì)電池充電，在放置一周之后調(diào)查了開(kāi)路電壓。開(kāi)路電壓在1.20V以上的為合格品、在1.2V以下的電池為次品。
圖7表示次品的發(fā)生率。如該圖所示，在利用沒(méi)有槽部的極板Q的電池Q中，電壓不良的電池發(fā)生了45個(gè)。另外，在備有槽部但未形成本發(fā)明的活性物質(zhì)層的極板R的電池R中，電壓不良的電池有25個(gè)。與此不同，在使用本發(fā)明的槽部活性物質(zhì)層的極板P的電池P中，電壓不良者為0。
對(duì)上述不良電池進(jìn)行分析的結(jié)果斷定了不設(shè)槽部的極板Q在極板的表面上在無(wú)差別且不規(guī)則位置的裂縫，破損部分貫通隔板，或者活性物質(zhì)顆粒從裂縫部分流出而夾在極板與隔板之間，發(fā)生微小的短路。
還斷定了雖然在設(shè)有槽部的現(xiàn)有的極板R上沒(méi)有象極板Q那樣的無(wú)差別的裂縫，主要在槽部?jī)?nèi)部形成了裂縫，但上述裂縫的毛刺在表面上隆起而突出出來(lái)，或者從裂縫流出的活性物質(zhì)通過(guò)槽部的空洞，達(dá)到極板表面并浸透到隔板中，進(jìn)入隔板和極板之間，在各處發(fā)生大小不同的短路。
與此相反，斷定了在使用本發(fā)明的極板P的電池中，雖然從槽部的底部10和壁面的交界線能看到發(fā)生了裂縫19，但該裂縫處能被活性物質(zhì)層封閉，能防止活性物質(zhì)的流出及裂縫部的毛刺隆起突出。即斷定了本發(fā)明在電解液對(duì)使用三維多孔體極板的浸透性的改善、極板的撓性的改善、以及卷繞時(shí)短路的抑制方面表現(xiàn)出了顯著的效果，大幅度地改善了使用適合于高容量的三維多孔體的堿性蓄電池的可靠性。
另外，在本實(shí)施例中雖然對(duì)正極板進(jìn)行了說(shuō)明，但極板的基本結(jié)構(gòu)及其制造方法對(duì)負(fù)極板也同樣適用，當(dāng)然會(huì)產(chǎn)生同樣的效果。
工業(yè)上利用的可能性如上所述本發(fā)明不管是電池的哪一個(gè)方案，都改善了電解液向極板的浸透速度，同時(shí)在圓筒型的堿性蓄電池中改善了極板的可卷繞性，減少短路的可能性的效果。不限于個(gè)人計(jì)算機(jī)、小型工具及剪草機(jī)等小型動(dòng)力機(jī)械用的小型電源，就是在混合電動(dòng)汽車用電源等廣泛的用途中也具有很高的可靠性。
權(quán)利要求
1．一種堿性蓄電池用極板，其特征在于在由具有沿三維方向相連的空間部的金屬多孔體基板和填充在其中的活性物質(zhì)構(gòu)成的活性物質(zhì)填充基板的一個(gè)表面上具有多個(gè)平行的槽部，在上述槽部中形成活性物質(zhì)填充密度低的粗糙的槽部活性物質(zhì)層，利用通過(guò)加壓形成的活性物質(zhì)填充密度高的致密的表面層構(gòu)成大致平滑的表面。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的堿性蓄電池用極板，其特征在于致密的表面層和在槽部活性物質(zhì)層上形成的粗糙的表面是交互平行且有規(guī)則地重復(fù)的粗密表面。
3．根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的堿性蓄電池用極板，其特征在于在連接活性物質(zhì)層的金屬多孔體的骨架上沒(méi)有破斷部。
4．一種堿性蓄電池用極板的制造方法，其特征在于包括將活性物質(zhì)漿料填充到具有沿三維方向相連的空間部的金屬多孔體基板中，形成填充基板的活性物質(zhì)填充工序；在上述活性物質(zhì)填充基板的一面上形成槽部的工序；以及對(duì)形成了槽部的極板加壓使其大致平滑，作成所希望的厚度的工序。
5．根據(jù)權(quán)利要求4所述的堿性蓄電池用極板的制造方法，其特征在于活性物質(zhì)填充工序是以從金屬多孔體的一面不貫通到背面的方式填充活性物質(zhì)漿料的工序，槽部形成工序是在上述活性物質(zhì)的填充面一側(cè)形成槽部的工序。
6．根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的堿性蓄電池極板的制造方法，其特征在于槽部深度對(duì)在活性物質(zhì)填充基板的一面上形成了槽部的槽部形成基板的厚度的比率在20％以上50％以下。
7．根據(jù)權(quán)利要求4至6中的任意一項(xiàng)所述的堿性蓄電池極板的制造方法，其特征在于與槽部垂直的斷面形狀由具有利用兩個(gè)圓弧狀外形形成的形狀的側(cè)壁和表面平行于槽部底部的平坦部分構(gòu)成。
8．根據(jù)權(quán)利要求7所述的堿性蓄電池用極板的制造方法，其特征在于在槽部底部與兩壁面的交界線上，將垂直于槽部的斷面上的兩切線構(gòu)成的角度作為嚙合角時(shí)，上述嚙合角在45°以上100°以下。
9．根據(jù)權(quán)利要求4所述的堿性蓄電池用極板的制造方法，其特征在于將形成槽部的極板加壓成大致平滑的工序，是利用具有與上述槽的方向垂直的軸的一對(duì)平滑的輥?zhàn)舆M(jìn)行的。
10．一種堿性蓄電池，備有正極板和負(fù)極板將隔板夾在中間卷繞形成的極板群，其特征在于上述正、負(fù)極板中至少一個(gè)極板由具有沿三維方向相連的空間部的金屬多孔體和填充在其中的活性物質(zhì)構(gòu)成，由在一面上平行形成了多個(gè)槽部的槽部形成極板層能被加壓的槽部活性物質(zhì)層、和致密的表面層構(gòu)成大致平滑的表面，同時(shí)把具有活性物質(zhì)層的面作為外周、且上述槽部的方向與卷繞軸平行地進(jìn)行卷繞。
11．根據(jù)權(quán)利要求10所述的堿性蓄電池，其特征在于在卷繞的極板上，以多個(gè)平行地形成的槽部的底部和壁面的交界線為起點(diǎn)優(yōu)先形成裂縫，利用槽部活性物質(zhì)層按壓上述裂縫。
全文摘要
在使用具有沿三維方向相連的空間部的帶狀金屬多孔體的基板上填充活性物質(zhì)形成極板,并將該極板卷繞起來(lái)使用的電池?fù)闲圆?容易發(fā)生短路。本發(fā)明是在填充了上述活性物質(zhì)的活性物質(zhì)填充基板上形成槽部后,對(duì)其加壓使其平坦,在槽部?jī)?nèi)部形成槽部活性物質(zhì)層。利用上述結(jié)構(gòu),使裂縫先在槽部的底部上發(fā)生,同時(shí)用槽部活性物質(zhì)層按壓裂縫部,將其封閉,防止裂縫部的隆起突出和活性物質(zhì)的流出。利用該結(jié)構(gòu)可增加電池的容量和可靠性。
文檔編號(hào)H01M10/34GK1316107SQ00801289
公開(kāi)日2001年10月3日 申請(qǐng)日期2000年7月12日 優(yōu)先權(quán)日1999年7月21日
發(fā)明者古屋諭, 淺野剛太, 宮久正春, 潮崎文史, 稻葉吉尚, 多田芳之 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社