專利名稱：堿性蓄電池及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及典型以鎳氫蓄電池、鎳鎘蓄電池為代表的、具有提高的容量的堿性蓄電池，以及用于制造這種電池的方法。
這種堿性蓄電池事先由下述方式構(gòu)成在電池殼中裝入電極組件，此電極組件由包括氫氧化鎳作為主要成分的正極板和負極板以及電絕緣隔膜構(gòu)成，其中正負極板彼此相對設(shè)置，電絕緣隔膜放置在正負極板之間；然后將預定量的堿性電解液注入到電極組件中；然后用密封板緊密地密封電池殼的上部分，此密封板還用作正極或負極的端子。
此處的正極板迄今由下述方式制備將含有氫氧化鎳作為主要成分的活性材料與水和水溶性粘合劑一起捏和制備活性材料膏，在含鎳的金屬多孔體中填充活性材料膏，接著烘干，然后壓制所得的電極以使厚度均勻并同時提高活性材料的組裝密度。這種方法已經(jīng)在例如JP9-106814A中公開。
為了確保獲得更高容量所需的正極活性材料的量，采用包括厚度增加的鎳金屬多孔體制備正極板。
然而，當通過增加金屬多孔體的厚度以實現(xiàn)容量增加的時候，就增加了制備多孔體的難度，引起成本的提高。由于正極就本性而言是具有低自由度的結(jié)構(gòu)性材料，不易彎曲變形，當增加金屬多孔體厚度時，在正極板制備步驟中就容易發(fā)生金屬多孔體的破裂和折斷以及活性材料的脫落和分離。因此，可能會造成脫落下來的活性材料穿透正負極板間的隔膜，引起正負極之間的內(nèi)部短路。
另外，由于當金屬多孔體厚度增加時降低了活性材料膏的填充均勻性，在活性材料密集填充的部分中，在壓制正極板以獲得所需厚度的同時泡沫金屬多孔體易于破裂和折斷；另一方面，在活性材料填充稀松的部分中，易于露出金屬多孔體骨架。因此，可能造成由于斷裂的骨架或裸露的骨架穿透隔膜引起正負極接觸而引起的內(nèi)部短路。
另外，很難通過電鍍滲透到厚金屬多孔體的內(nèi)部，因此內(nèi)部骨架易于變薄，因此采用厚型金屬多孔體容易造成放電性能的降低。
發(fā)明概述為了解決上述問題，在本發(fā)明的堿性蓄電池中，如下制備電極首先，通過將含有氫氧化鎳作為主要成分的活性材料與水和粘合劑一起捏和制備活性材料膏；然后，在具有三維連續(xù)空間的金屬多孔體中填充膏狀物；或作為選擇，通過將活性材料粉末填充到金屬多孔體中制備電極，然后，將至少兩個由此制備的電極疊加放置，壓制成單個電極。
此時，由于至少兩個電極堆疊成單個電極，以至少為所要堆疊的電極數(shù)量去除完成時所需的活性材料的含量，選擇注入金屬多孔體的活性材料膏或活性材料粉末的量，同時，使單個金屬多孔體的厚度薄以便得到完成時所需要的容量。
將由此制成的正極和負極彼此相對放置，隔膜設(shè)置在正負極之間，構(gòu)成電極組件。將電極組件裝入殼體中，往殼體中注入進行堿性電解液，緊密地密封殼體的上部分，由此構(gòu)成堿性蓄電池。
以上述方式，可以填充活性材料直到獲得迄今認為很難達到的容量，同時，可以抑制已經(jīng)是嚴重問題的金屬多孔體的斷裂和活性材料的不均勻填充，可以獲得增加的容量，由此可以設(shè)計成性能特性波動小的電池。
附圖的簡要說明

圖1示出在本發(fā)明的實施例中將兩正極板形成單個板的機構(gòu)的示意圖。
圖2是顯示此例中的正極板的平面圖。
圖3是此例的電池的局部截面圖。
圖4是顯示用于形成對比例1中的正極板的機構(gòu)的示意圖。
發(fā)明的詳細描述本發(fā)明的堿性蓄電池包括裝在容器中的電極組件，所述電極組件包括正極板、負極板和隔膜，此正極板是將含有氫氧化鎳作為主要成分的活性材料填充到具有三維連續(xù)空間的金屬多孔體中、然后壓制而成的，正極板與負極板彼此相對，隔膜放置在正負極板之間，其中所采用的所述正極板由下述方式制備將活性材料填充到多個基底上，接著將至少兩個所得的正極板層疊地放置，將它們壓制成單個正極板。
這樣，由于可以降低金屬多孔體的厚度，因此降低了其制造難度，改善了填充活性材料的填料均勻性。抑制了金屬多孔體出現(xiàn)破裂和折斷，抑制了由此引起的正負極板相接觸而發(fā)生的內(nèi)部短路，提高了成品率。
上述“單個正極板”表示通過壓制將至少兩個正極板形成為一體而制成的并且至少在制備過程中、優(yōu)選在電池使用過程中不發(fā)生脫落和分離的正極板。在將電極板形成一體的過程中，除了壓制之外，還可以采用輔助手段，例如與粘合劑一起采用。
根據(jù)本發(fā)明用于制造堿性蓄電池的方法包括通過將含有氫氧化鎳作為主要成分的活性材料與水和粘合劑一起捏和而制成的活性材料膏或者活性材料粉末填充到具有三維連續(xù)空間的金屬多孔體基底中以形成正極板的活性材料填充步驟；將至少兩個如上獲得的正極板彼此層疊放置并且將它們壓制成具有所需厚度的單個正極板；將得到的正極板與負極板彼此相對放置并將隔膜設(shè)置在它們之間而形成電極組件的步驟；將電極組件裝入容器中的步驟。
對于金屬多孔體，優(yōu)選采用金屬鎳。所采用的金屬鎳例如是具有三維連續(xù)空間的鎳纖維的無紡織物和發(fā)泡金屬鎳。采用發(fā)泡金屬鎳，可以實現(xiàn)在充放電性能和壽命性能方面優(yōu)異的堿性蓄電池。
對于金屬多孔體的孔徑、孔隙率和厚度以及每單位面積填充的活性材料的量沒有特別限制，可以根據(jù)所需的活性材料的量和將層疊的極板的數(shù)量適當?shù)剡M行確定。
優(yōu)選地，金屬多孔體的孔徑是200μm-800μm，厚度是0.5mm-3.0mm，每單位面積金屬多孔體的量是100g/m2-800g/m2，填充在多孔體中的活性材料的容量密度是600mAh-800mAh，因為即使當兩個或多個正極板層疊放置并壓在一起，也幾乎不會有活性材料從電極板脫落或剝離。
既可以通過填充由捏和活性材料、水和粘合劑(適當確定混合比)而制成的活性材料膏制備電極板，也可以通過直接填充活性材料粉末制備電極板。前者更容易處理。
對填充方法沒有特別地限制，例如可以是通過使其振動填充形成膏狀的活性材料的方法、用刮刀等涂刮形成膏狀的活性材料的方法、使形成膏狀的活性材料與金屬基底的一面相接觸并從另一面吸取材料的填充方法、由噴嘴向金屬基底吹形成膏狀的活性材料而使其注入的方法、以與上述相同的方式直接填充活性粉末的方法。
用于將至少兩個正極板層疊放置并向其施加壓力的方法沒有特別地限制?？梢愿鶕?jù)所需壓制后極板的厚度適當?shù)剡x擇壓力。在輥壓的情況下，優(yōu)選采用直徑φ為300mm-800mm的輥子、施加5MPa-100MPa的壓力進行輥壓。根據(jù)壓制前正極板的厚度和壓制后所需極板的厚度適當?shù)卮_定壓輥的輥隙。對于堆疊的極板數(shù)量也沒有特別地限制，但是為了簡化工藝步驟，優(yōu)選是2至4個，更優(yōu)選為2個。
由此概括地描述了本發(fā)明，下面以具體實施例描述本發(fā)明。這些實施例不是以任何方式對本發(fā)明范圍的限制。
實施例向100wt％的氫氧化鎳中添加0.2wt％作為粘合劑的羧甲基纖維素和相對于總膏體含量為20-24wt％的水，捏和混合物以獲得活性材料膏。
將活性材料膏填充到具有三維連續(xù)空間、厚度為1.15mm的條形金屬多孔體中，干燥以獲得填充有活性材料的基底1。然后，如圖1所示，在上側(cè)和下側(cè)設(shè)置由不銹鋼制成、具有450mm直徑的壓輥2，在上側(cè)和下側(cè)壓輥2之間的縫隙設(shè)為1.1mm，將兩個如上獲得的填充有活性材料的基底1層疊放置在這樣設(shè)置的壓輥2之間，使上述兩個基底1經(jīng)過施加了30-40MPa壓力的壓輥，以獲得厚度為1.28mm的單個極板(電極板3)。
將電極基底3按照所構(gòu)成電池的設(shè)計方案進行裁剪。在本例中，在裁剪后電極的尺寸為54mm長、15mm寬。另外，用于集流的鎳引線4a焊接在其上。這樣就制備好圖4所示的正極板4。
然后，對正極板4進行隔膜密封。通過熱焊接將由聚丙烯無紡織物制成的隔膜4制成袋狀，正極板4放置在袋子中。
單獨地，以如下方式制備負極板6。向吸氫合金粉末中加入水、羧甲基纖維素、SBR(苯乙烯-丁二烯共聚物)和作為導電材料的碳，將所得混合物制成膏狀。在鍍鎳的鐵沖制金屬芯材的兩側(cè)上涂覆膏狀物，烘干，然后輥壓涂覆后的芯材，并裁剪成113mm長、15mm寬的尺寸，獲得負極板6。
將如上獲得的兩個進行過隔膜密封的正極板4和兩個負極板6以層疊的方式結(jié)合以便彼此相對；在工作過程中，負極板6對折為兩部分，設(shè)置進行了隔膜密封的正極板4以便保持在它們之間。然后，焊接引線部分，使得正極板可以彼此電連接。由此制成電極組件。
將由此獲得的電極組件設(shè)置在方形殼體7中，將包括6N KOH和1NLiOH的堿性電解液注入其中，殼體上部用蓋子8緊密地密封。由此，制備本發(fā)明的例子的100個方形鎳氫蓄電池A，各蓄電池A具有1350mAh的理論容量。圖3示出電池A的局部截面圖。
對比例作為對比例，以與實施例中所描述的相同方式制備正極活性材料。
將活性材料膏填充到具有三維連續(xù)空間、厚度為2.3mm的條形發(fā)泡金屬多孔體中，烘干以獲得填充有材料的基底9。然后，如圖4所示，在上側(cè)和下側(cè)設(shè)置由鋼制成、具有450mm直徑的壓輥10，在上側(cè)和下側(cè)壓輥10之間的縫隙設(shè)為1.1mm。使填充有活性材料的基底9經(jīng)過這樣設(shè)置的壓輥10之間，以獲得厚度為1.28mm的電極基底。
裁剪以與實施例相同的方式的電極基底11，向其上焊接用于集流的鎳引線，然后將所得的電極基底放置在由聚丙烯無紡織物制成并通過熱焊接形成袋狀的隔膜中。由此，制成正極板。
另外，以與實施例相同的方式制備負極板。
根據(jù)與實施例相同的方式組裝正極板和負極板以形成電極組件，此組件之后裝在方形殼體中。與實施例相同的方式，堿性電解液注入到殼體中并封閉開口。由此，制備出對比例的各具有1350mAh的理論容量的100個方形鎳氫蓄電池B。
將實施例和對比例的電池各100個拆開，檢查正極發(fā)泡金屬多孔體的破裂和折斷發(fā)生率、正極活性材料脫落的發(fā)生率以及填充在正極板中的活性材料量的波動。檢查結(jié)果示于表1中。
表1 如表1所示，在對比例中，正極金屬多孔體破裂和折斷的發(fā)生率是2.0％，正極活性材料脫落的發(fā)生率高達3.0％，而實施例中兩者都是0.0％，結(jié)果優(yōu)異。對于正極活性材料填充量的波動，在對比例中是5.0％，在實施例中是2.0％，由此實施例中填充量的波動比對比例中要低3.0％。
本發(fā)明不僅可以應用于其中電極組件以實施例中所示的層狀結(jié)構(gòu)構(gòu)成的方形電池，而且還可以應用于其它各種堿性蓄電池，例如，其中電極組件以圓盤狀構(gòu)成的柱狀電池、袋型電池，還涉及鉛蓄電池。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，可以降低用于正極板的發(fā)泡金屬多孔體的厚度，由此其金屬多孔體的制備變得容易，其成本可以降低。另外，通過降低發(fā)泡金屬多孔體的厚度，可以提高填充活性材料膏的封裝性能，可以減少金屬多孔體的破裂和折斷，能夠抑制活性材料的脫落和分離。因此，可以抑制由于金屬多孔體引起的內(nèi)部短路的發(fā)生以及由于活性材料的脫落引起的內(nèi)部短路的發(fā)生。
因此，通過應用本發(fā)明，即使在高容量型的電池中，也可以大大降低生產(chǎn)過程中的缺陷，可以實現(xiàn)高的生產(chǎn)率和提高的成品率。
權(quán)利要求
1.一種堿性蓄電池，包括裝在容器中的電極組件，所述電極組件包括正極板、負極板和隔膜，此正極板是將含有氫氧化鎳作為主要成分的活性材料填充到具有三維連續(xù)空間的金屬多孔體基底中、然后壓制而成的，正極板與負極板彼此相對，隔膜放置在正負極板之間，其中所采用的所述正極板由下述方式制備將活性材料填充到多個基底上，接著將至少兩個所得的正極板層疊地放置，將它們壓制成單個正極板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的堿性蓄電池，其中金屬多孔體是發(fā)泡金屬鎳。
3.一種用于制造堿性蓄電池的方法，包括通過將含有氫氧化鎳作為主要成分的活性材料與水和粘合劑一起捏和而制成的活性材料膏或者含有氫氧化鎳作為主要成分的活性材料粉末填充到具有三維連續(xù)空間的金屬多孔體基底中以形成正極板的活性材料填充步驟；將至少兩個如上獲得的正極板彼此層疊地放置并且將它們壓制成單個正極板的步驟；將得到的正極板與負極板彼此相對放置并將隔膜設(shè)置在它們之間的電極組件形成步驟；將電極組件裝入容器中的步驟。
全文摘要
一種堿性蓄電池，包括裝在容器中的電極組件，所述電極組件包括正極板、負極板和隔膜，此正極板是將含有氫氧化鎳作為主要成分的活性材料填充到具有三維連續(xù)空間的金屬多孔體基底中、然后壓制而成的，正極板與負極板彼此相對，隔膜放置在正負極板之間，其中所采用的所述正極板由下述方式制備將活性材料填充到多個基底上，接著將至少兩個所得的正極板層疊地放置，將它們壓制成單個正極板。
文檔編號H01M10/24GK1409419SQ02143530
公開日2003年4月9日 申請日期2002年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月28日
發(fā)明者北澤泰志, 青木健一, 笠原英男, 淺野剛太 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社