專利名稱：用于制造電極的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于制造如在權(quán)利要求1的前序部分中所限定的電極的設(shè)備。
背景技術(shù)：
通常，雙極電池的電極是使用一些導(dǎo)電載體、金屬格柵或網(wǎng)制成以增加在電極和雙極板組件的雙極板之間的導(dǎo)電性，并且在運輸和裝配期間支撐該電極。還采用了以粉末形式的活性材料，該活性材料被壓縮成具有適當(dāng)?shù)暮穸群兔芏取?br> 平面電極可以具有任意形狀，但是必須通過切割支撐金屬結(jié)構(gòu)和壓縮粉末形成為所要求的形狀。這樣很可能出現(xiàn)這樣的危險，即該電極由于在切割金屬載體中出現(xiàn)的振動而受損。還有將該電極成形會導(dǎo)致尖銳的導(dǎo)電邊緣。
需要一種用于制造電極的設(shè)備，該電極容易成型并且在雙極板和雙極電池的裝配期間容易操縱。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種制造電極的設(shè)備，該設(shè)備與現(xiàn)有技術(shù)電極相比提供了一種方便的用于將電極形成為所期望的形狀的制造工藝。
該目的是通過如在權(quán)利要求1的特征部分中所限定的用于制造電極的設(shè)備來實現(xiàn)。
本發(fā)明的一個優(yōu)點在于，該電極與現(xiàn)有技術(shù)電極相比更容易制造。
另一個優(yōu)點在于，用于制造該電極的成本與具有支撐載體的傳統(tǒng)現(xiàn)有技術(shù)電極相比降低。
再一個優(yōu)點在于，由于在電極內(nèi)不需要任何導(dǎo)電支撐結(jié)構(gòu)，所以電極的重量降低。
再一個優(yōu)點在于，在成形電極上不會出現(xiàn)在切割具有金屬支撐結(jié)構(gòu)的電極時會出現(xiàn)的導(dǎo)電尖銳邊緣。
再一個優(yōu)點在于，由于金屬載體在粉末壓制期間會變形，所以與具有金屬載體的電極相比，更容易用壓制粉末中獲得扁平電極。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員從以下所披露的雙極電化學(xué)電池和雙極板組件的詳細說明中將了解本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點。


在這些附圖中所示的不同實施方案不是按比例的，而是為了清楚起見進行放大以指明不同的重要特征。
圖1顯示出通過本發(fā)明的設(shè)備生產(chǎn)出的位于非金屬載體上的電極的平面圖。
圖2顯示出沿著圖1中的A-A線剖開的剖視圖。
圖3顯示出包括具有通過根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備生產(chǎn)出的電極的雙極板組件的雙極電池的剖視圖。
圖4顯示出用于制造根據(jù)本發(fā)明的電極的設(shè)備的示意圖。
圖5顯示出用于將活性粉末布置到非導(dǎo)電載體上的裝置的詳視圖。
具體實施例方式
圖1顯示出由導(dǎo)電材料例如碳纖維織布或非導(dǎo)電材料例如聚合物制成的優(yōu)選由聚丙乙烯制成的具有預(yù)定寬度w和任意長度的非金屬載體10。該載體10優(yōu)選布置在卷筒中，參見圖4。壓制粉末11布置在非金屬載體10上并且該電極13的所期望的形狀由虛線12畫出。沿著線條12切割壓制粉末11和載體10以形成電極13。
在由相同申請人提交的題目為“制造雙極板組件的方法、雙極板組件和雙極電池”的PCT申請PCT/SE02/01359中披露了壓制粉末的使用。在那份申請中，將粉末直接壓制到雙極板上以實現(xiàn)具有更少活性材料的薄電極。通過將活性粉末壓制到非金屬載體上，從而進一步簡化了制造過程。
對于NiMH雙極電池而言，需要提供兩種不同的活性材料以制造這些電極。在根據(jù)本發(fā)明制成的NiMH電池中的正活性材料優(yōu)選由球形氫氧化鎳(由OMG，F(xiàn)inland提供)；Nickel 210纖維(由INCO，USA提供)；和粉末鈷(可以從各種供應(yīng)商得到)制成。負性材料優(yōu)選由金屬氫化物(由Treibacher，Austria)；以及Nickel 255纖維(由INCO，USA提供)制成。尤其在目前生產(chǎn)大部分鎳金屬氫化物電池的日本和中國中存在許多所有這些材料的供應(yīng)商。
通常沒有包括任何其它材料例如導(dǎo)電添加劑、粘接劑等。鎳?yán)w維INCO 210和255用作導(dǎo)電添加劑并且與導(dǎo)電雙極板接觸，從而將來自活性材料的電流直接引導(dǎo)給導(dǎo)電雙極板。
圖2顯示出沿著在圖1中的A-A線剖開的剖視圖，其中線條12表示最終電極13的所期望的形狀。壓制粉末11主要位于載體10的頂部上。在活性粉末的壓縮期間，一些活性粉末根據(jù)載體10的結(jié)構(gòu)會向載體10的另一側(cè)遷移。如果施加了具有隨機結(jié)構(gòu)的聚合物，則幾乎沒有任何東西會遷移穿過載體10，但是如果采用格柵結(jié)構(gòu)的聚合物，則更多的活性材料將終止在載體10的另一側(cè)上，即載體10將被放置在電極13的中央。參考標(biāo)號13表示在沿著線條12切割之后的電極。
圖3顯示出具有正極16和負極17端子的雙極電池15優(yōu)選為NiMH電池。提供一雙極板組件20，它包括一雙極板21、由布置在非金屬載體10上的正活性材料22形成的正電極27和由布置在非金屬載體10上的負活性材料23形成的負電極28?；钚圆牧?3、23粉末壓制到載體10上。該雙極電池在該實施例中只包含一個雙極板組件，但是在雙極電池中當(dāng)然也可以包括幾個雙極板組件。
正端子16具有正電極27，并且負端子17具有負電極28。包含電解質(zhì)的分隔器24布置在相鄰正極27和負極28電極之間。每個電極27、28的非金屬載體10如圖3所示一樣優(yōu)選朝著分隔器24布置。雙極板21的側(cè)面25和26的表面優(yōu)選稍微粗糙以在制造和操作期間使電極保持不動。端子的表面當(dāng)然也可以是粗糙的以用于相同的目的。
如在由相同申請人提交的題目為“雙極電池、制造雙極電池的方法以及雙極板組件”的PCT申請PCT/SE02/01645中所披露的疏水阻擋件18分別圍繞著正極27和負極28電極設(shè)置以防止電解質(zhì)在相鄰電池之間流通。外殼29提供了電池15的密封。電池的結(jié)構(gòu)細節(jié)為雙極電池15提供了電解質(zhì)密封件、用于每個電池和氣體密封件的疏水性阻擋件18，用于在電池中的所有單元的外殼29。
根據(jù)本發(fā)明的包括非金屬載體10優(yōu)選為非導(dǎo)電載體的電極27和28當(dāng)然可以用在具有單獨制造的電極的任意雙極電池中。
圖4顯示出用于制造根據(jù)本發(fā)明的具有非金屬載體10的電極的設(shè)備30。具有張緊裝置例如彈簧的卷筒31給設(shè)備提供非導(dǎo)電載體10，并且兩個輥子32和33轉(zhuǎn)動以在張力作用下將載體10拉進設(shè)備中。分配器37將活性粉末38布置在載體10上，并且散布機39在將粉末擠壓在輥子32和33之間之前將活性粉末38弄平(level)。如圖4所示一樣，粉末38可以連續(xù)的或以離散的方式布置在載體10上。
壓縮粉末11因此布置在載體10上，并且切割機34將電極形成為所要求的形狀。由于使用了非金屬載體所以可以將在切割之后的廢料研磨并且重新循環(huán)利用。
攪拌器36設(shè)在粉末容器內(nèi)并且給分配器37提供密度均勻的粉末，該分配器收集體積一致的粉末并且將它分配給載體10。下面結(jié)合圖5對該過程進行更詳細的說明。
粉末容器設(shè)有料位傳感器40，并且在粉末容器中的料位太低時，該料位控制單元41打開閥門42以從粉末供應(yīng)源43加入更多的粉末。
在散布機39處也設(shè)有傳感器44，用來在弄平和壓制之前監(jiān)測布置在載體10上的粉末量。該傳感器44通過控制單元45將信號發(fā)送回散布機，從而改變轉(zhuǎn)速并且由此改變分配給非金屬載體10的粉末量。
圖5顯示出將活性粉末50分配到載體10上的機構(gòu)的詳視圖。攪拌器36的用途在于給分配器37提供密度均勻的粉末并且防止在粉末供應(yīng)容器中出現(xiàn)“橋塞”即孔隙。分配器37設(shè)有具有一致體積的凹槽51，它們在轉(zhuǎn)動期間填充有粉末50，并且之后按照適當(dāng)?shù)牧繉⒒钚苑勰┓峙浣o載體10。
優(yōu)選的方法使用薄膜狀載體10來將松散粉末輸送進碾壓機以進行壓實，并且在室溫情況下進行該過程。時間或者生產(chǎn)率主要取決于粉末散布機構(gòu)和輥子直徑?？山邮艿纳a(chǎn)率需要直徑為4英寸(大約為10cm)的輥子，其優(yōu)選速度為1.5至3米/分鐘。更低的生產(chǎn)率也是可行的，但是不是經(jīng)濟的。最大速度取決于包括進行材料處理以將帶材切割成電極尺寸并且將它們輸送到隨后的步驟例如裝配步驟的設(shè)備。
最終產(chǎn)品(電極)的物理尺寸取決于特定的設(shè)備。處于在最終電池電平處的熱轉(zhuǎn)換考慮，該設(shè)備局限于制造寬為6英寸(大約15cm)的電極6。電極的厚度為0.002至0.050英寸(大約0.05至1.3mm)的范圍內(nèi)，并且優(yōu)選的范圍為0.010至0.035英寸(大約為0.25至0.90mm)。最終電極通常具有矩形的形狀，但是當(dāng)然也可以為其它形狀。
電極厚度取決于所需功率與所需能量的比例。高功率用途需要更薄的電極。非導(dǎo)電載體必須將粉末輸送到卷筒上，并且材料完全不會從中漏掉。載體材料的最終位置可以為電極內(nèi)的任意位置，但是優(yōu)選為離設(shè)置成與分隔器接觸的電極側(cè)面最近的位置。該材料應(yīng)該允許足夠的顆粒穿過，因此壓縮力將粉末壓實，并且不會將該非導(dǎo)電載體形成為薄膜。
權(quán)利要求
1.一種用于制造電極(13)的設(shè)備(30)，其特征在于所述設(shè)備包括用于提供讓活性粉末材料(38)以適當(dāng)?shù)牧坎贾玫狡渖系姆墙饘佥d體(10)的裝置(31)；以及用于將所述粉末壓制到所述非金屬載體(10)上的裝置(32，33)。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述非金屬載體(10)由一卷筒(31)提供，并且在所述活性材料(38)布置在所述非金屬載體(10)上并且受到壓縮時通過一拉伸裝置保持張緊。
3.如權(quán)利要求1或2所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備還包括用來形成電極的切割機(34)。
4.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中在將電極的寬度選擇為非金屬載體(10)的寬度時該切割機只切割出電極的長度。
5.如權(quán)利要求1-4中任一項所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備還包括一散布機(39)，用于將布置在非金屬載體(10)上的粉末在受到壓縮之前弄平。
6.如權(quán)利要求1-5中任一項所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備還包括用來將適當(dāng)量的粉末(38)布置到所述非金屬載體(10)上的分配裝置(36，37)。
7.如權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中所述分配裝置包括一旋轉(zhuǎn)分配器(37)。
8.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中所述沉積裝置還包括一攪拌器(36)，用來給所述旋轉(zhuǎn)分配器(37)提供均勻分配的活性粉末(50)。
9.如權(quán)利要求7或8所述的設(shè)備，其中所述旋轉(zhuǎn)分配器(37)設(shè)有溝槽(51)，這些溝槽在分配器(37)旋轉(zhuǎn)期間由活性粉末(50)填充，之后所述活性粉末以適當(dāng)量被布置在所述非金屬載體(10)上。
10.如權(quán)利要求1至9中任一項所述的設(shè)備，其中所述非金屬載體(10)為一非導(dǎo)電載體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于制造電極(15)的設(shè)備(30)，包括由壓縮粉末(11)制成的活性材料，和一個非金屬載體(10)。所述非金屬載體(10)最好是非導(dǎo)電載體。
文檔編號H01M10/0525GK1708866SQ200380102374
公開日2005年12月14日 申請日期2003年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月8日
發(fā)明者萊昂納德·胡格, 尼爾·H·普埃斯特, 拉爾斯·弗雷德里克松 申請人:尼拉國際股份公司