專利名稱：電池用電極板及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將以活性物質(zhì)為主體的合劑涂附在芯材(1)上制成的電池用電極板及以低成本、大批量、高精度地制造這種電池用電極板的制造方法。
背景技術(shù)：
電池的正、負(fù)各電極板，是在起到形成電池時作為集電體作用的芯材上以充填狀態(tài)涂附以正負(fù)的各種活性物質(zhì)為主體的合劑形成的。作為上述芯材，一般使用的是燒結(jié)式基板(例如，參照特許公開1992-165006號公報)、發(fā)泡狀金屬多孔體基板(例如，參照特許公開1982-39317號公報)、開孔波狀加工基板(例如，參照特許公開1995-130370號公報)、沖孔金屬基板及擴(kuò)張金屬基板(例如，參照特許公開1991-204126號公報及特許公開1995-335208號公報)等。
對于芯材方面，性能上要求的條件是集電效率高、活性物質(zhì)的保持能力強(qiáng)、為了實(shí)現(xiàn)高能量密度而體積要小、以及伴隨電解液及電池內(nèi)反應(yīng)而產(chǎn)生的離子和氣體能適當(dāng)流動等，除此之外，還希望能實(shí)現(xiàn)低成本及大批量生產(chǎn)。但是，上述以往的各種芯材，在性能、價格與批量性等主要方面，還未見能兼顧并很好滿足各種條件的材料。
即，上述以往的各種芯材，在性能上雖存在固有的特點(diǎn)，但是無論哪一種都由于制造工序繁多，以致存在不但制造成本高、且批量低的共同問題。下面就以往的各種芯材作分別說明。首先，對于燒結(jié)式基板，它作為電極的集電性及活性物質(zhì)的保持能力雖強(qiáng)，但由于保持活性物質(zhì)的孔隙率低，所以不適合作為電極的高能量的要求。
發(fā)泡狀金屬多孔體基板的孔隙度極高，具有高的比表面積，比之其他芯材具有大電流放電性能特別好的優(yōu)點(diǎn)。另一方面有金屬突起物易造成內(nèi)部短路的缺點(diǎn)。再說發(fā)泡狀金屬多孔體基板在其上面涂附合劑后壓延形成電極板時，在其電極板的表面存在金屬的露出部分，具有容易發(fā)生短路的問題。但是，發(fā)泡狀金屬多孔體基板的最大缺點(diǎn)在于它的制造成本高。
開孔波狀加工基板由于容易進(jìn)行拉伸壓延，有很容易發(fā)生變形的缺點(diǎn)，另外由于穿孔時產(chǎn)生的毛刺等有意讓其保留用來提高活性物質(zhì)的保持能力，所以這個毛刺等卻是容易造成內(nèi)部短路的原因。
沖孔金屬基板及擴(kuò)張金屬基板由于都是平面形狀，因此兩面涂附的活性物質(zhì)僅利用合劑中的粘結(jié)劑相互粘結(jié)，活性物質(zhì)的保持能力不強(qiáng)，所以特別在構(gòu)成螺旋狀電極組的情況下，出現(xiàn)活性物質(zhì)容易脫落、電池壽命縮短的問題。又，這些芯材由于都是平面形狀，在作為電極的厚度方向的集電性方面必然存在問題。
對于上述問題，長期來作為芯材一直在進(jìn)行研究，要得到在各種性能、成本及生產(chǎn)率等主要條件都能很好兼顧滿足的芯材。例如，對于擴(kuò)張金屬基板，在特許公開1991-2041126號公報中公開了一種方法，它是對特許公開1985-29573號公報中記載的伸展網(wǎng)孔薄板(利用配置成交錯的結(jié)節(jié)部，許多直線部分連接成網(wǎng)格狀)的制造方法進(jìn)行改進(jìn)的伸展網(wǎng)孔薄板的制造方法。
對于以這種方法得到的伸展網(wǎng)孔薄板，目的在于追求高能量密度，并要求厚度要薄。因此提出了下列的方案，一個是通過交換方式形成縫隙，以微細(xì)的網(wǎng)孔構(gòu)造設(shè)置無花紋部的伸展網(wǎng)孔薄板的制造方法(參照特許公開1999-260373號公報)；另一個是采用在厚度小于0.1mm的長金屬薄層的寬度方向的任意部分設(shè)置在長度方向上不形成網(wǎng)孔構(gòu)造的無花紋部、同時從無花紋部取出引線連接部位的擴(kuò)張金屬基板，構(gòu)成非水電解質(zhì)電池(特許公開1999-260418號公報)。但是，這些伸展網(wǎng)孔薄板(擴(kuò)張金屬基板)，是二維芯材，它的缺點(diǎn)是在厚度方向的集電性差。
另一方面，盡管是二維芯材，若向以活性物質(zhì)為主體的合劑中加入碳那樣的導(dǎo)電劑，可望提高厚度方向的集電性即三維集電性能。但是，需要三維的集電的電池中的鎳氫蓄電池的正極板等如添加碳那樣的導(dǎo)電劑，在充電過程中碳等被氧化，形成碳酸離子，不僅使電池的內(nèi)阻上升，而且伴隨充放電中的伸縮，活性物質(zhì)脫落，導(dǎo)致電池的壽命縮短。根據(jù)這些理由，以往作為鎳氫蓄電池的正極板，雖采用發(fā)泡狀金屬多孔體基板，但是發(fā)泡狀金屬多孔體基板，如上所述，除了成本高以外，將集電體安裝到電極板或電極組上用的無花紋部也不易制作，若力圖減薄厚度，則降低孔隙度，不能得到高容量密度。
本發(fā)明鑒于上述以往的問題，目的在于提供即使厚度薄也可三維集電、壓延時不會發(fā)生伸長及內(nèi)部短路、性能優(yōu)異、能以低成本且大批量生產(chǎn)的電池用電極板及電池用電極板的制造方法。
本發(fā)明的內(nèi)容為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的電池用電極板，其特征在于，是將以活性物質(zhì)為主體的合劑以充填狀態(tài)涂附在芯材上，上述芯材的形狀是在金屬薄層的正反兩個方向上彼此交替突出形成狹長形的第1及第2彎曲鼓出部，它們沿上述金屬薄層的一個方向形成鼓出部列，隔著規(guī)定寬度的平坦部，沿著與上述金屬薄層的上述一個方向垂直的方向配置許多鼓出部列。
本發(fā)明的電池用電極板的制造方法，其特征在于，將帶狀的金屬薄層間斷地送往在彼此的相對位置接近離開的方向上被驅(qū)動的上模與下模之間，當(dāng)上述上模及下模在相互接近的相對位置的方向上被前進(jìn)驅(qū)動時，在金屬薄層中的上述上模及上述下模的各自刀刃部分對齊的位置上形成縫隙，幾乎同時，將相鄰的2個上述縫隙間形成的狹長形部分以上述下模的各凸部往上頂，形成第1彎曲鼓出部，而且以上述上模的凸部往下壓，交替形成第2彎曲鼓出部，同時，在上述第1及第2彎曲鼓出部交替排列的鼓出部列之間，在上述金屬薄層上的上述上模與上述下模的各自非加工部對齊的位置形成平坦部，通過這樣形成芯材，將以活性物質(zhì)為主體的合劑以充填狀態(tài)涂附在上述芯材上。
又，本發(fā)明的電池用電極板的別的制造方法，其特征在于，將帶狀的金屬薄層連續(xù)地送入同步旋轉(zhuǎn)的一對加工輥筒之間，在上述金屬薄層的兩個上述加工輥筒的各自圓板狀刀具的刀刃部分嚙合處形成縫隙，幾乎同時，將相鄰的2個縫隙間形成的狹長形部分以兩個上述加工輥筒的各凸部相互交替地往不同方向擠壓，從而分別形成第1及第2彎曲鼓出部，同時，在上述第1及第2彎曲鼓出部交替排列的鼓出部列之間，在上述金屬薄層的兩個上述加工輥筒的各自非加工部對齊的位置形成平坦部，通過這樣形成芯材，將以活性物質(zhì)為主體的合劑以充填狀態(tài)涂附在上述芯材上。
又，本發(fā)明的電池用電極板的又一別的制造方法，其特征在于，將金屬制的電解析出筒浸入電解槽的電解液中，所述電解析出筒在圓周面的軸向以交替配置彎曲凸部與彎曲凹部，形成一行凹凸部，隔著平坦部在圓周方向排列多行凹凸部而形成，將所述電解析出筒向一定方向旋轉(zhuǎn)，連續(xù)地進(jìn)行電解析出，將從上述電解液析出的、附著于上述電解析出筒圓周表面的金屬薄層剝離，形成芯材，將以活性物質(zhì)為主體的合劑以充填狀態(tài)涂附在上述芯材上。
本發(fā)明的電池，其特征在于，其中正極板或負(fù)極板的至少一方，是本發(fā)明的電池用電極板，將上述正極板及負(fù)極板在它們之間隔著隔膜進(jìn)行卷繞或?qū)盈B，進(jìn)而構(gòu)成電極組，將上述電極組及電解液放入電池外殼內(nèi)。


圖1所示為與本發(fā)明的第1實(shí)施形態(tài)相關(guān)的電池用電極板的縱剖面圖。
圖2所示為同上的電池用電極板中的芯材的立體圖。
圖3所示為在無花紋部形成凹凸部情況下的芯材整體的立體圖。
圖4所示為與本發(fā)明的第2實(shí)施形態(tài)相關(guān)的電池用電極板的縱剖面圖。
圖5所示為與以交換方式制造上述芯材相關(guān)的制造裝置的主要部分立體圖。
圖6A所示為上述制造裝置中的上模與下模在嚙合狀態(tài)下的平面示意圖，圖6B所示為通過上模與下模的嚙合在金屬薄層形成縫隙及彎曲鼓出部的平面示意圖。
圖7所示為與以旋轉(zhuǎn)方式制造上述芯材的制造方法相關(guān)的制造裝置的主要部分側(cè)面圖。
圖8所示為與以電解析出法制造上述芯材的制造方法相關(guān)的制造裝置的部分剖視的側(cè)面圖。
圖9所示為上述制造裝置中的電解析出筒的放大側(cè)面圖。
圖10所示為上述的電解析出筒放大的部分剖視的側(cè)面圖。
圖11是圖9中以XI-XI線剖斷的放大剖面圖。
圖12是圖9中以XII-XII線剖斷的剖面圖。
圖13所示為用上述電池用電極板構(gòu)成的電池的部分剖視的正面圖。
具體實(shí)施例方式
以下就本發(fā)明的最佳實(shí)施形態(tài)參照附圖進(jìn)行說明。圖1所示為與本發(fā)明的第1實(shí)施形態(tài)相關(guān)的電池用電極板的縱剖面圖。這個電池用電極板具有下述的結(jié)構(gòu)，即在帶狀的芯材(1)上，從它的兩面?zhèn)仍诔涮顮顟B(tài)下涂附以正極或負(fù)極的活性物質(zhì)2為主體的合劑，從而形成活性物質(zhì)層6。
圖2所示為上述芯材1的立體圖。圖3是在無花紋部5形成凹凸部15情況下的芯材1整體的立體圖。這種芯材1的形狀是，在其金屬薄層3的正反兩方向上彼此以凸?fàn)罱惶嫱怀鲂纬瑟M長形的第1及第2彎曲鼓出部4及7，它們沿上述金屬薄層3的一個方向X以相互平行的配置形成鼓出部列8，隔著規(guī)定寬度的平坦部9，沿著與上述金屬薄層3的一個方向X垂直的方向Y排列許多鼓出部列8。這里，在這個實(shí)施形態(tài)中，另一個方向Y是帶狀金屬薄層3的長度方向，一個方向X是帶狀金屬薄層3的寬度方向。因此，形成的兩個彎曲鼓出部4及7，是將它的狹長形的長度方向設(shè)置為與芯材1的長度方向Y一致。
加工彎曲鼓出部4及7形成芯材1之前的金屬薄層3，采用鎳、銅、鋁或鐵中的某一種、或是以它們?yōu)橹黧w的某種合金的金屬薄層?；蛘撸鳛榻饘俦?，可采用對金屬薄層或者鐵或銅鍍鎳的材料，或者是對鐵鍍銅或鍍鎳的材料。這種鍍層材料，最好是在20μm的原材上形成1～5μm的鍍層。又，由上述金屬薄層或鍍層材料構(gòu)成的金屬薄層3，在彎曲鼓出部4及7加工前或加工后，表面被粗糙化處理，這樣，成為芯材1的主體的金屬薄層3，可提高對活性物質(zhì)2的保持能力。在金屬薄層3的粗糙化處理方面，可通過電解析出法、腐蝕法、噴砂法、輥筒轉(zhuǎn)印法、金屬噴鍍法或粉末燒結(jié)法中的任何手段進(jìn)行。
又，在芯材1上，如圖1及圖3所示，不形成彎曲鼓出部4及7的無花紋部5，是沿著芯材1的長度方向Y的至少一邊的邊緣部分與長度方向平行形成。又，在圖3中所示的例子是，無花紋部5沿著芯材1的長度方向Y的兩邊的邊緣部分，與長度方向平行形成的情況，在這個無花紋部5，相互平行配置槽形的多個凹部15，形成波紋狀。又，在無花紋部5，也可以相互平行配置多個凸條以代替凹部15，形成波紋狀。
又，如圖1所示，金屬薄層3中形成無花紋部5的部位的厚度d2可設(shè)定為大于形成彎曲鼓出部4及7及平坦部9的各部位的厚度d1。還有，如圖1中所示，整個電池用電極板中的芯材1，包含其彎曲鼓出部4及7，兩面涂附由活性物質(zhì)2和導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑組成的合劑，埋在這樣形成的活性物質(zhì)層6中。
形成上述形狀的芯材1，如后所述，由于它是以帶狀的狀態(tài)連續(xù)地移送金屬薄層3，并通過以交換方式的連續(xù)壓制加工或旋轉(zhuǎn)方式的成形加工，經(jīng)過這樣的簡易工藝可容易制造，因此能夠?qū)崿F(xiàn)低價且大批量的制造。在用上述的制造方法進(jìn)行制造時，帶狀的金屬薄層3上形成縫隙，這個縫隙的設(shè)置與例如在特許公開1999-260373號公報中公布的延展網(wǎng)孔薄板的制造方法中在長度方向上形成多條斷續(xù)的且呈交錯狀的縫隙不同，是不呈交錯狀，而是相同長度的縫隙以一定間隔平行排列，形成縫隙行，再將縫隙行隔開一定間隔并排配置。
又，形成上述形狀的芯材1，也可用后述的電解析出法制造，在用這種電解析出法時，由于可同時、連續(xù)地進(jìn)行帶狀金屬薄層3的形成和對該金屬薄層3的彎曲鼓出部4及7的成形加工，從而一舉完成制造，因此能夠?qū)崿F(xiàn)更大批量地制得更加便宜的產(chǎn)品。
上述電極板，在芯材1中的金屬薄層3的正反兩面交替突出、對活性物質(zhì)2的接觸面積大的第1及第2彎曲鼓出部4及7，由于具有活性物質(zhì)2的集電體的功能，因此活性物質(zhì)2的利用率非常高，特別在金屬薄層3的厚度方向的集電性能明顯提高，集電效率明顯增加，從而提高放電特性。又，活性物質(zhì)層6，由于利用第1及第2彎曲鼓出部4及7，以從金屬薄層3的正反兩面?zhèn)葕A住的狀態(tài)下保持，所以活性物質(zhì)2的保持能力極高。為此，上述電極板即使在構(gòu)成螺旋狀電極組，也可確實(shí)防止活性物質(zhì)2的脫落，即使增大每單位體積活性物質(zhì)2的充填量，也不會導(dǎo)致活性物質(zhì)2的利用效率的降低，因此電池的單位容積的大電流放電特性比起以往的二維芯材有大寬度提高。
又，上述芯材1，在一片狀金屬薄層3上，使得由平行形成的縫隙構(gòu)成的狹長形部分在正反兩面?zhèn)瘸释蛊鹚苄宰冃危ㄟ^這樣可形成彎曲鼓出部4及7，因此這樣做不會發(fā)生毛刺等，所以就沒有發(fā)生內(nèi)部短路等的危險。還有，由于能夠通過使比較薄的金屬薄層3產(chǎn)生塑性變形而形成，因此對于活性物質(zhì)2的體積比例低，可望實(shí)現(xiàn)電池的高能量密度。而且，上述芯材1在金屬薄層3的正反兩面?zhèn)冉惶嫱怀龅牡?及第2彎曲鼓出部4及7之間能形成從側(cè)面看幾乎呈橢圓形的空間，所以在構(gòu)成電池時，能使電解液及隨著電池內(nèi)的反應(yīng)而產(chǎn)生的離子和氣體很好流通，與二維的涂附活性物質(zhì)的電極板比較，集電效率高，能夠通過大電流。
又，在上述電池用電極板中，由于沿芯材1的長度方向的邊緣部形成無花紋部5，因此可提高芯材1的長度方向的拉伸強(qiáng)度，可防止壓延時的變形，從而能有效地、可靠地對集電板與集電引線進(jìn)行焊接。還有，在無花紋部5上，如圖3所示，由于形成凹部15(或凸部)，呈波紋狀配置，所以能除去彎曲鼓出部4及7形成時在無花紋部5產(chǎn)生的皺折及變形，同時因無花紋部5的強(qiáng)度提高，因此在與無花紋部5焊接后述的集電體時也不會出現(xiàn)無花紋部5的彎折等現(xiàn)象，還有，在活性物質(zhì)2涂附后的壓延工序中，隨著彎曲鼓出部4及7的延伸，無花紋部5也有允許延伸的余地。更有，由于無花紋部5的形成厚度d2大于彎曲鼓出部4及7及平坦部9的厚度d1，因此例如把無花紋部5利用電阻焊與集電體等焊接時，對被焊接部的無花紋部5可加上大的壓力，這不但進(jìn)一步提高了焊接效率，而且能使焊接更可靠。
又，上述電池用電極板中，彎曲鼓出部4及7其狹長形的長度方向設(shè)置為與芯材1的長度方向Y一致，在對芯材1涂附合劑時，將合劑沿芯材1的長度方向涂附，這樣可防止涂附縫隙和模具的突出部分等鉤住彎曲鼓出部4及7。又，芯材1可將其整體埋入活性物質(zhì)層6中。
特別是，這個電極板與現(xiàn)在以光是從性能方面看最好的發(fā)泡狀金屬多孔體基板作為芯材的電極板相比，由于可以以低成本生產(chǎn)，一開始就能容易地形成無花紋部5，所以具有集電體容易焊接、容易減薄厚度等許多優(yōu)點(diǎn)。
在上述的電池用電極板中，彎曲鼓出部加工前的金屬薄層，最好是鎳、銅、鋁或鐵中的某一種、或是以它們?yōu)橹黧w的某種合金的金屬薄層?；蛘呤菍﹁F或銅鍍鎳的材料，或者是對鐵鍍銅或鍍鎳的材料，這樣就能以低價得到高強(qiáng)度的金屬薄層。
圖4所示為與本發(fā)明的第2實(shí)施形態(tài)相關(guān)的電池用電極板的縱剖面圖。這種電池用電極板，在芯材10上，從它的兩面?zhèn)韧扛揭哉蜇?fù)的活性物質(zhì)2為主體的合劑，形成活性物質(zhì)層6，芯材10形成的形狀是，在正反兩方向上以交替凸?fàn)钔怀鲂纬瑟M長形的第1及第2彎曲鼓出部11及12，它們相互平行配置，沿一個方向形成鼓出部列13，隔著規(guī)定寬度的平坦部14沿著與一個方向垂直的另一個方向設(shè)置該鼓出部列13，這樣形成的形狀與第1實(shí)施形態(tài)是一樣的，上述芯材10與第1實(shí)施形態(tài)的芯材1的不同之處，僅在構(gòu)成上采用在金屬薄層17a的兩側(cè)表面上形成被粗糙化的鎳鍍層17b的壓延鍍鎳箔17以取代金屬薄層3。因此，這種芯材10除了能得到與第1實(shí)施形態(tài)中說明的同樣的效果，而且由于壓延鍍鎳箔17的表面比金屬薄層3的表面還粗糙，所以其優(yōu)點(diǎn)是，這種壓延鍍鎳箔17表面的活性物質(zhì)2的保持能力可以得到提高。
在上述電池用電極板中，不形成彎曲鼓出部的無花紋部，最好沿芯材的長度方向的邊緣部分與長度方向平行形成。這樣，可提高芯材的長度方向的拉伸強(qiáng)度，并防止壓延時的變形，同時無花紋部的活性物質(zhì)的保持能力也比彎曲鼓出部的形成處要低，因此容易除去涂上的活性物質(zhì)，能有效、且可靠地對集電板及集電引線進(jìn)行焊接。
又，上述無花紋部相對于彎曲鼓出部及平坦部最好厚度大一些。這樣，通過例如電阻焊將無花紋部焊接于集電體等處時，由于對被焊接部的無花紋部可加上大的壓力，因此不但進(jìn)一步提高了焊接效率，而且能使焊接更可靠。又，最好在無花紋部形成凹部或凸部，形成波紋狀，這樣，能除去彎曲鼓出部形成時在無花紋部產(chǎn)生的皺折及變形，同時無花紋部的強(qiáng)度提高，因此在無花紋部焊接集電體時也不會出現(xiàn)無花紋部的彎折等現(xiàn)象，還有，在活性物質(zhì)涂附后的壓延工程中，隨著彎曲鼓出部的延伸，無花紋部也有允許延伸的余地。
在上述電池用電極板中，形成的彎曲鼓出部最好其狹長形的長度方向設(shè)置為與芯材的長度方向一致，這樣，在對芯材涂附合劑時，將合劑沿芯材的長度方向涂附，所以可防止涂附縫隙和模具的突出部分等鉤住彎曲鼓出部。
又，在上述的電池用電極板中，最好將整個上述芯著埋入用活性物質(zhì)和導(dǎo)電劑和粘著劑組成的合劑涂附芯材的兩面形成的活性物質(zhì)中。這樣，電極板的表面上不會有金屬的露出部分，因而能抑制短路。
下面，就第1實(shí)施形態(tài)的電池用電極板中的芯材1的制造方法進(jìn)行說明。圖5所示為與以交換方式的連續(xù)擠壓加工的制造方法相關(guān)的制造裝置的主要部分立體圖。這個制造裝置是具有上模18與下模19而構(gòu)成的，這個上模18及下模19兩者都是這樣構(gòu)成的，它將構(gòu)成剪切刀具的多個板狀刀具20重疊，當(dāng)中設(shè)置相當(dāng)于本身厚度的規(guī)定間隔。各板狀刀具20上隔開規(guī)定間距形成幾乎呈半園狀的凸部21。這里的各凸部21的兩側(cè)邊緣部分，形成作為用來剪斷金屬薄層3的剪切刀具的刀刃部分22。在板狀刀具20的相鄰的各2個凸部21與21之間，形成平坦面的非加工部23。
在圖5中所示的，主要是下模19的構(gòu)成，而上模18是與下模19有相同構(gòu)成，但將其上下倒置，且本身的板狀刀具20相對于下模19的板狀刀具20面對面錯開配置。因此，上模18與下模19在相互接近的相對方向上被驅(qū)動時，上模18的各板狀刀具20以滑動狀態(tài)進(jìn)入下模19的相鄰2個板狀刀具20之間及最外側(cè)的板狀刀具20的側(cè)面。
芯材1的原材料的金屬薄層3，以帶狀的狀態(tài)間斷送入上模18與下模19之間，在金屬薄層3間斷送入后定位停止時，上模18與下模19在相互接近的相對位置的方向上作前進(jìn)驅(qū)動。這樣，上模18的板狀刀具20與下模19的板狀刀具20相互嚙合，在送到上下模相對之間的金屬薄層3上形成如圖6B所示的縫隙24與彎曲鼓出部4及7。此后，在上模18與下模19相互背離的方向上作后退驅(qū)動，接著，金屬薄層3按規(guī)定的間隔間斷地移動，然后，重復(fù)進(jìn)行上述同樣的動作。
圖6A所示為上模18與下模19的嚙合狀態(tài)平面示意圖，圖6B所示為通過上模18與下模19的嚙合在金屬薄層3上形成的縫隙24及彎曲鼓出部4及7的平面示意圖。如該圖所示，在金屬薄層3上，在上模18與下模19的各刀刃部分22及22對齊的位置被剪斷，形成縫隙24，與此幾乎同時，在相鄰的2個縫隙24與24之間形成的狹長形部分，用下模19的各凸部21往上頂，形成第1彎曲鼓出部4，且以上模18的凸部21往下壓，形成第2彎曲鼓出部7，在上下的非加工部23對齊的位置形成平坦部9，這樣完成了圖3所示的芯材1。又，上述的縫隙24，與特許公開1999-260373號公報中所示的伸展網(wǎng)孔薄板制造方法中在長度方向上形成的多條呈斷續(xù)的、且交錯狀的縫隙不同，設(shè)置的上述縫隙24，不形成交錯狀而是相同長度的縫隙以一定的間隔平行排列形成縫隙時，再將縫隙行隔開一定間隔排列配置。
在這種芯材1的制造方法中，使板狀刀具20以規(guī)定間隔重疊的上模18與下模19在對向間作進(jìn)退驅(qū)動，通過把帶狀的金屬薄層3送到這個上模18與下模19的相對之間，可幾乎同時一下子形成多行縫隙24及彎曲鼓出部4及7。因此，用這種芯材1的制造方法，可以以極簡單的工藝制得芯材1，并以高效率大批量生產(chǎn)低價的芯材1。而且，在這種制造方法中，將板狀刀具20的最小厚度100μm作為加工限度，可形成極細(xì)微的縫隙24，可以以極微小的間隔設(shè)置第1及第2彎曲鼓出部4及7，從而能制造可獲得小型、高性能電池的電池用電極板。
圖7所示為與第1實(shí)施形態(tài)的電池用電極板中的芯材1的另一制造方法相關(guān)的制造裝置的主要部分側(cè)面圖。在這種制造方法中，通過旋轉(zhuǎn)方式的成形加工連續(xù)地制成芯材1。上述制造裝置是讓一對加工輥筒27與28以同金屬薄層3的厚度相當(dāng)?shù)拈g隔上下面對面地構(gòu)成。上下的加工輥筒27與28是這樣構(gòu)成的，它具有規(guī)定數(shù)量的在兩側(cè)邊緣部形成刀刃部分32的凸部29以規(guī)定的間隔設(shè)置在周邊部、在相鄰的2個凸部29之間形成非加工部30的圓板狀刀具31，并將各凸部29對齊配置、且以本身的厚度尺寸的間隔使得這些園板狀刀具31在圖的前后方向重疊。且，上下的輥筒27與28在圖的前后方向以錯位的相對位置相對配置，使得在一個輥筒相鄰的2個園板狀刀具31與31之間能放入另一輥筒的園板狀刀具31。
在這種制造裝置中，使兩加工輥筒27與28同步旋轉(zhuǎn)，同時帶狀的金屬薄層3被連續(xù)地移送到這兩個加工輥筒27與28之間。這樣，在金屬薄層3上，在上部的加工輥筒27的園板狀刀具31的刀刃部分32與下部的加工輥筒28的園板狀刀具31的刀刃部分32的嚙合處被剪斷，形成縫隙24，幾乎與此同時，在相鄰的2縫隙24之間形成的狹長形部分用下部的加工輥筒28的各凸部29往上頂，形成第1彎曲鼓出部4，而且用上部的加工輥筒27的凸部29往下壓，形成第2彎曲鼓出部7，在上下的非加工部30與30對齊的位置上形成平坦部9，形成如圖3所示的芯材1。
在采用這個上下的加工輥筒27與28的旋轉(zhuǎn)方式的制造方法中，由于可連續(xù)地移送金屬薄層3，連續(xù)地成形加工芯材1，因此與斷續(xù)移送金屬薄層3的圖5的交換方式的制造方法比較，可提高加工速度，進(jìn)一步提高生產(chǎn)率。但是，在這種旋轉(zhuǎn)方式的制造方法中，減小園板狀刀具31的厚度尺寸是有限度的，彎曲鼓出部4及7的設(shè)置間距與上述交換方式的制造方法比較略大。
圖8所示為與第1的實(shí)施形態(tài)的電池用電極板中芯材1的其它另一制造方法相關(guān)的制造裝置的剖視側(cè)面圖。在這種制造方法中，是用電解析出法連續(xù)地制造金屬薄層3，同時可在該金屬薄層3上一次形成彎曲鼓出部4及7、平坦部9及無花紋部5。換言之，按照這種制造方法，具有彎曲鼓出部4及7、平坦部9及無花紋部5的帶狀芯材1在金屬薄層3上是一次形成的。
上述制造裝置的輥筒狀的電解析出筒37，浸漬在充滿電解槽(鍍槽)34的電解液(鍍浴)33中，以這樣的狀態(tài)設(shè)置在電解槽34的內(nèi)部，電解析出筒37按箭頭指示的一定方向以規(guī)定轉(zhuǎn)速連續(xù)旋轉(zhuǎn)，通過以電解槽34為陽極、以電解析出筒37為陰極連續(xù)地進(jìn)行電解析出，從電解液33電解析出的鎳，在電解析出筒37的圓周表面隨著旋轉(zhuǎn)慢慢地附著堆積起來，最終形成所要厚度的金屬薄層38。
在圖9～圖12所示的都是電解析出筒37，圖9是放大的側(cè)面圖，圖10所示的是放大的部分剖視側(cè)面圖。圖11是圖9中沿XI-XI線剖斷的放大剖面圖。圖12是圖9中沿XII-XII線剖斷的剖面圖。這個電解析出筒37的形狀是這樣的在圓周面的軸向x，彎曲凸部39與彎曲凹部40交替配置，形成一排凹凸部41，隔著規(guī)定寬度的平坦部42在圓周方向y排列形成。又，電解析出筒37上，如圖12所示，在軸向的兩端部與中央部，未形成彎曲凸部39及彎曲凹部40的無花紋部43及44分別與圓周方向y平行形成。又，如圖10及圖11所示，在電解析出筒37的圓周全部表面即彎曲凸部39、彎曲凹部40、平坦部42及無花紋部43與44的各表面上，設(shè)置由鈦形成的金屬附著面47，同時如圖11所示，彎曲凸部39與彎曲凹部40的邊界線上用電絕緣體形成大體在徑向延伸的隔壁部48，形成連接各側(cè)邊部的狀態(tài)。通過設(shè)置隔壁部48可高精度地連續(xù)形成具有第1及第2彎曲鼓出部和規(guī)定寬度的平坦部的形狀的芯材。
電解槽34中，以這個電解槽34為陽極，以電解析出筒37為陰極，連續(xù)地進(jìn)行電解析出，從電解液33中電解析出的金屬(例如，鎳)在電解析出筒37的圓周面的金屬附著面47的全部表面上以均勻的厚度堆積附著。然后，在以一定的轉(zhuǎn)速連續(xù)旋轉(zhuǎn)的電解析出筒37旋轉(zhuǎn)大約1轉(zhuǎn)時，如圖8所示，析出的金屬在電解析出筒的外周面上將堆積20μm～30μm程度的厚度，形成金屬薄層38。這個金屬薄層38，在達(dá)到上述的所要厚度時進(jìn)行剝離，從電解槽34中取出作為芯材1，經(jīng)中間導(dǎo)向輥49卷繞在卷筒50上。這里，金屬附著面47由地是由電解析出的金屬都難以與之形成合金的鈦形成的，所以堆積附著的金屬薄層38容易被剝離。
用這個卷筒50卷繞的芯材1具有與圖3所示的第1實(shí)施形態(tài)的芯材1同樣的形狀。即，對于芯材1，由彎曲凸部39及彎曲凹部40在金屬薄層38的正反兩方向上沿軸向x交替以凸?fàn)罘謩e突出形成狹長形的第1及第2彎曲鼓出部4及7，在該互相相鄰的第1及第2彎曲鼓出部4與7之間，利用由電絕緣體構(gòu)成的隔壁部48，形成從側(cè)面看幾乎成橢圓形狀的空間，又第1及第2彎曲鼓出部4及7交替連續(xù)排列的鼓出部列8，隔著由平坦部42形成的規(guī)定寬度的平坦部9沿圓周方向y設(shè)置多行，由無花紋部43形成無花紋部5，從而高精度地形成與第1實(shí)施形態(tài)的芯材1相同的形狀。又，在這個制造裝置中，從圖8所示的電解析出筒37的形狀清楚看出，在2個芯材1以并排狀態(tài)同時形成時，被卷筒50一旦卷繞后，將由中央部的無花紋部44形成的部分在其中央部切斷，可分離成各個芯材1。
用這種電解析出法的制造方法，除了獲得與上述交換方式及旋轉(zhuǎn)方式的各制造方法同樣的效果外，由于還能實(shí)現(xiàn)同時連續(xù)地形成成為金屬薄層的帶狀金屬薄層38和對這個金屬薄層38進(jìn)行彎曲鼓出部4及7、平坦部9及無花紋部44的成形加工，因此與上述各制造方法比較，能進(jìn)一步提高生產(chǎn)率，降低成本。而且，比之上述交換方式及旋轉(zhuǎn)方式的各制造方法，還具有可容易制得更薄的芯材1的優(yōu)點(diǎn)。又，在這種制造方法中，利用電解析出形成芯材1后，如果把這種芯材1放入鍍槽，在輥筒側(cè)面進(jìn)行電解析出，則可簡單地得到表面粗糙化的芯材，能夠得到活性物質(zhì)的保持能力更好的芯材1在上述各制造方法中，對芯材在它加工前或加工后或加工時，最好通過電解析出法、腐蝕法、噴砂法。輥筒轉(zhuǎn)印法、金屬噴鍍法或粉末燒結(jié)法中的任何手段進(jìn)行粗糙化處理。這樣可得到金屬薄層的表面粗糙化的芯材。即，用電解析出法可形成具有微細(xì)凸起的芯材，用腐蝕法和噴砂法可在芯材的表面形成微細(xì)的凹起，用輥筒轉(zhuǎn)印法可在芯材的表面形成微細(xì)的凸起，用金屬噴鍍法可在芯材的表面粘結(jié)金屬粒子而形成凸起，又，用粉末燒結(jié)法通過改變使用的金屬粉末的形狀或金屬元素，容易控制粗糙化狀態(tài)及芯材的集電性，并實(shí)現(xiàn)金屬薄層的表面的粗糙化。
圖13所示為用第1實(shí)施形態(tài)的電池用電極板構(gòu)成的鎳氫蓄電池的部分剖面的正視圖。這種電池，把以氫氧化鎳粉為主要成分的正極合劑涂附在圖3的芯材1上，以形成正極板51，把以貯氫合金粉為主要成分的負(fù)極合劑涂附在圖2的芯材1上，以形成負(fù)極板52，把這個正、負(fù)電極板51和52在其間隔著隔膜53形成層疊狀態(tài)，卷繞成螺旋狀，構(gòu)成螺旋狀電極組54。
下面，以上述電池中的正、負(fù)電極板51和52的具體例進(jìn)行說明。芯材1的彎曲鼓出部4及7及平坦部9的形成處的厚度d1(見圖1)約為20μm，無花紋部5的形成處的厚度d2(見圖1)約為30～40μm，在這無花紋部5上如圖3所示形成許多數(shù)凹部15，兩彎曲鼓出部4及7的各頂部間的厚度d3(見圖1)約為0.35mm。又，兩彎曲鼓出部4及7的各頂部間的厚度在經(jīng)過涂附活性物質(zhì)2后的壓延工程時約為0.30mm。
正極板51是通過在上述芯材1的兩面涂附正極合劑、形成活性物質(zhì)層6(見圖1)而構(gòu)成的。正極合劑是把氫氧化鎳粉末、氫氧化鈷、作為粘結(jié)劑的CMC(羧甲基纖維素)及PTFE(聚四氟乙稀)和水一起混合，成為含水率17～19％的糊狀。把這種糊狀的正極合劑涂附在芯材1的兩面，具有0.65mm的厚度，形成活性物質(zhì)層6，在使該活性物質(zhì)層6干燥后進(jìn)行壓延，形成0.45mm的厚度，然后切斷成為具有390mm長度、35mm寬度(這個寬度包含有1mm寬度的無花紋部5)的尺寸的矩形，得到容量為3000mAh的正極板51。
另一方面，負(fù)極板52是通過在沖孔金屬的兩面涂附負(fù)極合劑、形成活性物質(zhì)層6構(gòu)成的。負(fù)極合是劑把具有已知組成的貯氫合金、作為導(dǎo)電劑的碳(碳黑)、作為粘結(jié)劑的SBR(丁苯橡膠)、PTFE、CMC和水一起混合，做成糊狀。把這個糊狀的負(fù)極合劑涂附在芯材1的兩面，具有0.42mm的厚度，形成活性物質(zhì)層6，在使該活性物質(zhì)層6干燥后進(jìn)行壓延，形成0.22mm的厚度然后切斷成為具有440mm長度、35mm寬度(這個寬度包含有1mm寬度的無花紋部5)的尺寸的矩形，得到容量為4800mAh的負(fù)極板52。
又，負(fù)極側(cè)集電板57用電阻焊被焊接在螺旋狀電極組54的一側(cè)突出的負(fù)極板52的無花紋部5的端面上，正極側(cè)集電板58用電阻焊被焊接在螺旋狀電極組54的另外一側(cè)突出的正極板51的無花紋部5的端面上。焊接了上述兩集電體57及58的螺旋狀電極組54裝在電池外殼59內(nèi)，再注入電解液(圖中未畫出)。然后，對于電池外殼59的開口部，在插入由封口板60、安全閥61、絕緣墊圈62及金屬帽63形成的封口體64后，將電池外殼59的開口絕緣部在內(nèi)側(cè)進(jìn)行斂縫加工后密封。又，負(fù)極側(cè)集電板57通過焊接與電池外殼59的底部連接，正極側(cè)集電板58經(jīng)正極引線67與封口板60電氣連接。這樣，遂構(gòu)成容量為3000mAh的小C型(比單2型略小的型式)鎳氫蓄電池。
在這個鎳氫蓄電池中，作為它的正極板51的芯材，比之以往用的發(fā)泡狀金屬多孔體基板，不但成本低，容易形成無花紋部5，而且采用厚度較薄的芯材1，所以可降低芯材1的制造成本，從而降低總成本，另外由于一開始就可形成無花紋部5，所以可將適合焊接的無花紋部5與正極側(cè)集電體58可靠連接，可望簡化結(jié)構(gòu)和提高集電特性，由于芯材1的集電效率高，因此使得放電特性提高，又，由于厚度薄，因此可望實(shí)現(xiàn)作為電池的高能量密度的要求，通過盡量減小電阻，可流過大電流。而且，這個鎳氫蓄電池，由于大大提高了在正、負(fù)的電極板51及52中芯材1對活性物質(zhì)2的保持能力，就不會發(fā)生活性物質(zhì)2脫落之類的問題，因此確保了壽命。又，如以圖3的第2實(shí)施形態(tài)構(gòu)成正負(fù)電極板51及52，則可進(jìn)一步提高活性物質(zhì)2的保持力，構(gòu)成更理想的螺旋狀電極組54。
上述電極板由于其表面上幾乎不形成毛刺，因此能夠使隔膜的厚度的薄，可望實(shí)現(xiàn)作為電池的高能量密度的要求。上述電極板適用于各種電池系列，可構(gòu)成獲得與上述同樣效果的電池，特別是，如用于堿性蓄電池系列的電池，則能有效地獲得這類電池要求的大電流放電的性能。另外，也適用于非水電解液系的鋰二次電池，提高放電特性等。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性如上所述，按照本發(fā)明的電池用電極板，可提高活性物質(zhì)的利用率，也可提高活性物質(zhì)的保持能力，構(gòu)成電池時可明顯地提高放電特性，此外，還可大幅度提高電池單位容積的大電流放電特性。又，不會發(fā)生內(nèi)部短路等危險，可望降低對活性物質(zhì)的體積比例，實(shí)現(xiàn)作為電池的高能量密度的要求。按照本發(fā)明的電池用電極板的制造方法，可以簡化形成芯材的工藝，實(shí)現(xiàn)低成本大批量生產(chǎn)。因此，本發(fā)明的電池用電極板及其制造方法，有助于兼顧實(shí)現(xiàn)電池性能的提高、低價格及大批量方面的要求。
權(quán)利要求
1.一種電池用電極板，其特征在于以活性物質(zhì)(2)為主體的合劑以充填狀態(tài)被涂附在芯材(1)上，上述芯材的形狀是這樣的在其金屬薄層(3)的正反兩個方向上彼此交替突出形成狹長形的第1及第2彎曲鼓出部(4及7)，它們沿上述金屬薄層的一個方向(X)形成鼓出部列(8)，隔著規(guī)定寬度的平坦部(9)，沿著與上述金屬薄層的上述一個方向垂直的方向(Y)排列許多鼓出部列(8)。
2.如權(quán)利1要求所述的電池用電極板，其特征在于在彎曲鼓出部(4及7)加工前的金屬薄層(3)，是鎳、銅、鋁或鐵中的某一種，或是以它們?yōu)橹黧w的某種合金的金屬薄層。
3.如權(quán)利1要求所述的電池用電極板，其特征在于在彎曲鼓出部(4及7)加工前的金屬薄層(3)，是對鐵或銅鍍鎳的材料，或者是對鐵鍍銅或鍍鎳的材料。
4.如權(quán)利1要求所述的電池用電極板，其特征在于芯材(1)由表面粗糙化的金屬薄層(3)構(gòu)成。
5.如權(quán)利1要求所述的電池用電極板，其特征在于未形成彎曲鼓出部的無花紋部(5)，沿芯材(1)的長度方向的邊緣部被與長度方向平行形成。
6.如權(quán)利5要求所述的電池用電極板，其特征在于芯材(1)上的無花紋部的薄板厚度比彎曲鼓出部(4及7)及平坦部(9)的厚度要大。
7.如權(quán)利5要求所述的電池用電極板，其特征在于在芯材(1)上的無花紋部(5)形成凹部(15)或凸部，呈波紋狀。
8.如權(quán)利1要求所述的電池用電極板，其特征在于彎曲鼓出部(4及7)的狹長形的長度方向在配置形成時與芯材(1)的長度方向一致。
9.如權(quán)利1要求所述的電池用電極板，其特征在于整個上述芯材被埋在以活性物質(zhì)(2)、導(dǎo)電材料及粘結(jié)材料構(gòu)成的合劑涂附于芯材(1)的兩面形成的活性物質(zhì)層(6)中。
10.一種電池用電極板的制造方法，其特征在于將帶狀的金屬薄層(3)間斷地送往在彼此的相對位置接近或離開的方向上被驅(qū)動的上模(18)與下模(19)之間，當(dāng)上述上模及下模在相互接近的相對位置的方向上被前進(jìn)驅(qū)動時，在金屬薄層中的上述上模及上述下模的各自刀刃部分(22)對齊的位置上形成縫隙(24)，幾乎同時，將相鄰的2個上述縫隙間形成的狹長形部分以上述下模的各凸部(21)往上頂，形成第1彎曲鼓出部(4)，而且以上述上模的凸部(21)往下壓，交替形成第2彎曲鼓出部(7)，同時，在上述第1及第2彎曲鼓出部交替排列的鼓出部列(8)之間，在上述金屬薄層上的上述上模與上述下模的各自非加工部對齊的位置形成平坦部(9)，通過這樣形成芯材(1)，將以活性物質(zhì)(2)為主體的合劑以充填狀態(tài)涂附在芯材(1)上。
11.一種電池用電極板的制造方法，其特征在于將帶狀的金屬薄層(3)連續(xù)地送入同步旋轉(zhuǎn)的一對加工輥筒(27，28)之間，在上述金屬薄層的兩個上述加工輥筒的各自圓板狀刀具(31)的刀刃部分(32)嚙合處形成縫隙(24)，幾乎同時，將相鄰2個縫隙間形成的狹長形部分以兩個上述加工輥筒的各凸部(29)相互交替地往不同方向擠壓，從而分別形成第1及第2彎曲鼓出部(4及7)，同時，在上述第1及第2彎曲鼓出部交替排列的鼓出部列(8)之間，在上述金屬薄層的兩個上述加工輥筒的各自非加工部對齊的位置形成平坦部(9)，通過這樣形成芯材(1)，將以活性物質(zhì)(2)為主體的合劑以充填狀態(tài)涂附在上述芯材上。
12.一種電池用電極板的制造方法，其特征在于將金屬制的電解析出筒(37)浸入電解槽(34)的電解液(33)中，所述電解析出筒(37)在圓周面的軸向以交替配置彎曲凸部(39)與彎曲凹部(40)，形成一行凹凸部(41)，隔著平坦部(42)在圓周方向排列多行凹凸部(41)而形成，將所述電解析出筒(37)向一定方向旋轉(zhuǎn)，連續(xù)地進(jìn)行電解析出，將從上述電解液析出的、附著于上述電解析出筒圓周表面的金屬薄層(38)剝離，形成芯材(1)，將以活性物質(zhì)(2)為主體的合劑以充填狀態(tài)涂附在上述芯材上。
13.如權(quán)利要求12所述的電池用電極板的制造方法，其特征在于采用的電解析出筒，其圓周的整個表面用鈦形成，同時沿彎曲凸部(39)與彎曲凹部(40)的邊界線，用絕緣體形成大體處于徑向的隔壁部(48)。
14.如權(quán)利要求10～12中任一項(xiàng)所述的電池用電極板的制造方法，其特征在于對芯材(1)，在它加工前或加工后或加工時，通過電解析出法、腐蝕法、噴砂法、輥筒轉(zhuǎn)印法、金屬噴鍍法或粉末燒結(jié)法中的任何手段進(jìn)行粗糙化處理。
15.一種電池，其特征在于正極板(51)或負(fù)極板(52)的至少一方是由權(quán)利要求1所述的電池用電極板構(gòu)成的，將上述正極板及負(fù)極板在它們之間隔著隔膜(53)進(jìn)行卷繞或?qū)盈B，進(jìn)而構(gòu)成電極組(54)，將上述電極組及電解液被放入電池外殼(59)內(nèi)，遂構(gòu)成電池。
16.一種電池，其特征在于正負(fù)的各電極板(51及52)都由如權(quán)利要求6或7所述的電池用電極板構(gòu)成，將上述正極板及負(fù)極板在它們之間隔著隔膜(53)進(jìn)行卷繞或?qū)盈B而構(gòu)成電極組(54)，所述電極組(54)的兩側(cè)突出的正、負(fù)各電極板的各自無花紋部(5)的端面，分別與正、負(fù)各集電板(57及58)電氣連接，將上述電極組及電解液放入電池外殼(59)內(nèi)，遂構(gòu)成電池。
全文摘要
芯材(1)的形狀是，在具有在金屬薄層(3)的正反兩個方向上彼此以凸?fàn)罱惶嫱怀鲂纬瑟M長形的第1及第2彎曲鼓出部(4及7)，它們沿上述金屬薄層的一個方向(X)形成鼓出部列(8)，隔著規(guī)定寬度的平坦部(9)，沿著與上述金屬薄層的上述一方向垂直的方向(Y)，排列許多鼓出部列(8)，對芯材(1)以充填狀態(tài)涂附以活性物質(zhì)(2)為主體的合劑，從而構(gòu)成電池用電極板。這種電池用電極板，以連續(xù)擠壓的交換方式、旋轉(zhuǎn)方式或電解析出法的任一種成形加工進(jìn)行制造。
文檔編號H01M4/66GK1426611SQ01808779
公開日2003年6月25日 申請日期2001年5月1日 優(yōu)先權(quán)日2000年4月28日
發(fā)明者合田佳生, 稻垣徹, 前田明宏 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社