專利名稱：矩形堿性蓄電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及如鎳-氫蓄電池或鎳-鎘存儲(chǔ)蓄電池的堿性蓄電池，具體地說，涉及矩形堿性蓄電池，該電池包括其中具有一組密封電極板的矩形金屬外殼，其中，由涂敷正物質(zhì)的電極板芯形成的正電極板和涂敷負(fù)物質(zhì)的電極板芯形成的負(fù)電極板交替堆棧成多層，各層之間夾有隔板。
對(duì)于這種類型的矩形堿性蓄電池的要求已經(jīng)快速增加了，作為如筆記本計(jì)算機(jī)的便攜式設(shè)備的電源。與增加的要求有關(guān)，出現(xiàn)的要求是矩形堿性蓄電池應(yīng)當(dāng)具有較大容量和較長(zhǎng)的壽命。為此，如JP-A-10-312824所述，這種類型的矩形堿性蓄電池已經(jīng)通過下述過程進(jìn)行制造。即分別在共用條帶形芯的右側(cè)和左側(cè)部分形成兩個(gè)負(fù)電極板。芯的中心(即接點(diǎn))被彎成U形，正電極板連同層壓在正電極板和每個(gè)負(fù)電極板之間的隔板一起置于被彎成U形的兩個(gè)負(fù)電極板的之間，因此，構(gòu)成了電極板單元。正電極板置于具有層壓在其間的分離器的電極板之間，因此，構(gòu)成了電極板組。電極板組連同電解液一起被插入矩形金屬外殼中，從而制成矩形堿性蓄電池。
在JP-A-10-312824中所述的矩形堿性蓄電池中，導(dǎo)電材料從電極板芯的側(cè)面排除，該電極板芯提供在一組電極板的最外邊位置并與外殼接觸，因此，未覆蓋位于電極板組最外邊的電極板芯。電極板組可以被插入矩形外殼而不包含導(dǎo)電材料的脫落物，盡管電極板組沒用金屬蓋覆蓋。因此，盡管只通過對(duì)應(yīng)省略金屬蓋的量改善了容積能量密度，當(dāng)電極板被插入外殼中時(shí)，防止了來自位于電極板組最外位置的電極板的導(dǎo)電材料的脫落物。
然而，如果想要從位于電極板組最外位置的電極板側(cè)面除去導(dǎo)電材料而不覆蓋電極板的芯，該電極板的側(cè)面將與外殼接觸，就會(huì)降低加在相對(duì)暴露側(cè)的電極板側(cè)的導(dǎo)電材料層的粘接強(qiáng)度。為此原因，出現(xiàn)的問題是由于重復(fù)再充電和放電操作，導(dǎo)電材料層從面對(duì)芯-暴露側(cè)的電極板的側(cè)面脫落。在金屬電極板中開多個(gè)孔形成的沖壓金屬常被用作電極板芯。然而，把加在沖壓金屬上的導(dǎo)電材料層直接粘到?jīng)_壓金屬的粘接力是很弱的。因此，加在沖壓金屬的各個(gè)側(cè)面的導(dǎo)電材料被粘接在一起。如果除去沖壓金屬一側(cè)上加的導(dǎo)電材料層，則剩余在沖壓金屬另一側(cè)的導(dǎo)電材料層的粘接強(qiáng)度變得較弱。結(jié)果，位于該側(cè)上的導(dǎo)電材料層從電極板下落。
結(jié)果，本發(fā)明提供一種通過在矩形金屬外殼中密封一組電極板構(gòu)成的矩形堿性蓄電池，由夾于其間的隔板使涂敷正導(dǎo)電材料的電極板芯形成的正電極板和涂敷負(fù)導(dǎo)電材料的電極板芯形成的負(fù)電極板交替地堆棧，其中，每個(gè)電極板芯具有多個(gè)孔；位于電極板組最外位置的電極板芯的外側(cè)被暴露，位于最外位置的電極板芯形成的孔所占的電極板芯的百分比面積(以后，這種百分比稱為“孔比”)低于位于最外位置的內(nèi)側(cè)的各個(gè)電極板芯的孔比；位于最外位置的電極板芯的孔比是10-40％。
在此，就兩側(cè)面涂敷導(dǎo)電材料的電極板的芯而言，當(dāng)孔比變得較大時(shí)，改善了電池中釋放氣體的滲透性。而且，也改善了提供在每個(gè)電極板芯兩側(cè)的導(dǎo)電材料的粘接強(qiáng)度。因此，可以有把握地說，孔比增加到一定程度，不會(huì)出現(xiàn)電極板芯強(qiáng)度的降低。
然而，就所加的導(dǎo)電材料層將從一側(cè)除去的電極板芯而言，隨著孔比增加，使氣體的滲透性得到改善。相反，存在于導(dǎo)電材料和電極板芯之間的粘接強(qiáng)度下降，而且與放電和充電動(dòng)作相關(guān)，導(dǎo)電材料從電極板落下。關(guān)于所加的導(dǎo)電材料層將從一側(cè)除去的電極板芯，孔比越低，導(dǎo)電材料和電極板芯之間存在的粘接強(qiáng)度越大。反之，氣體滲透性降低。
為這些原因，暴露的電極板芯的孔比必須低于另外未暴露的電極板芯的孔比。同樣，必須使最大和最小孔比最佳化。已經(jīng)進(jìn)行的各種測(cè)試顯示，10％或多于10％的暴露芯的孔比防止了電池容量的變壞，而沒有包含氣體滲透性的降低，反之，將會(huì)引起電解液的減少。此外，還發(fā)現(xiàn)40％或低于40％的暴露電極板芯的孔比改善了氣體滲透性，而沒有降低導(dǎo)電材料和電極板芯之間的粘接強(qiáng)度。
當(dāng)電極板芯的孔比小于10％時(shí)，增加了導(dǎo)電材料和電極板芯之間的粘接強(qiáng)度。然而，電池中釋放氣體的滲透性降低。與放電和再充電周期增加內(nèi)部壓力有關(guān)，外殼將膨脹，因此，降低電解液的覆蓋變壞了電池容量。反之，如果電極板芯的孔比超過40％，導(dǎo)電材料和電極板芯之間的粘接強(qiáng)度降低，結(jié)果，在放電和再充電操作時(shí)，導(dǎo)電材料從電極板脫落。
在這種情況中，凸塊沿著各個(gè)孔的邊緣形成，這些孔形成在位于電極板組最外位置的每個(gè)電極板芯的一側(cè)。導(dǎo)電材料加在形成凸塊的電極板一側(cè)。如果面對(duì)形成凸塊側(cè)的電極板的一側(cè)被暴露，凸塊變?yōu)殡[藏在導(dǎo)電材料層中，從而使導(dǎo)電材料層和電極板芯之間的粘接強(qiáng)度提高。為此原因，即使在導(dǎo)電材料層從位于電極板組最外位置的每個(gè)電極板芯的一側(cè)被除去時(shí)，由于未覆蓋電極板芯，可在很大的范圍限制面對(duì)暴露側(cè)一側(cè)的導(dǎo)電材料層的脫落。如果微小凸塊形成在位于電極板組最外位置的電極板芯的表面上，則除了形成在此的孔之外，微小凸塊變得隱藏在所加導(dǎo)電材料層內(nèi)，從而大大提高了導(dǎo)電材料層和位于最外位置的電極板芯之間的粘接強(qiáng)度。
當(dāng)位于電極板組最外位置的每個(gè)電極板芯的暴露表面仍然與矩形金屬外殼的內(nèi)表面接觸時(shí)，電極板組可以容易地插入矩形外殼而不使用金屬蓋和沒有引起導(dǎo)電材料的脫落。結(jié)果，通過對(duì)應(yīng)省略金屬蓋的量改善了電池的容積能量密度，改善了從位于最外位置的電極板到金屬外殼的集電效率。在這種情況中，如果電極板芯由沖壓金屬構(gòu)成，這種類型的電極板芯可以容易地制造，因?yàn)闆_壓金屬可以非常容易地形成。
與位于電極板組最外位置的每個(gè)電極板芯一起整體地形成無孔的接合部分。此外，接合部分基本上形成U形的形式。其它極性的電極板與層壓在其間的隔板被保持在通過彎曲確定的基本上是U形的空間中。采用這種結(jié)構(gòu)可以容易地構(gòu)建這種類型的電極板組。此外，改善了基本上是U形接合部和金屬外殼底部的內(nèi)表面之間的接觸，因此，改善了集電效率。
1.制造接合的負(fù)電極板芯(1)實(shí)施例1至4如

圖1A所示，由鐵和鍍鎳(例如，厚度為0.05-0.06毫米)電極形成的金屬電極板進(jìn)行沖壓，以致形成無孔部分α和有孔部分β、γ，多個(gè)預(yù)定直徑的孔11a按預(yù)定形式排列，從而得到?jīng)_壓的金屬。沖壓金屬被切割成預(yù)定尺寸(例如，15毫米寬80毫米長(zhǎng))，因此，形成了接合的負(fù)電極板芯11。在接合的負(fù)電極板芯11中，當(dāng)接合的負(fù)電極板芯11在后面形成電極板組時(shí)，無孔部分α起連接兩個(gè)負(fù)電極板10、10的結(jié)合部的作用。有孔部分β面對(duì)正電極板20，有孔部分γ將位于電極板組的最外位置，并與外殼的內(nèi)側(cè)面接觸。
形成接合的負(fù)電極板芯11，使有孔部分β的孔比(即所有形成在部分β的孔11a的總面積與部分β的總表面積之比)是50％，有孔部分γ的孔比(即所有形成在部分γ的孔11a的總面積與部分γ的總表面積之比)是40％。采用這樣形成的負(fù)電極板芯11作為例1中的負(fù)電極板芯“a”。同樣，形成另一種接合的負(fù)電極板芯11，有孔部分β的孔比是50％，有孔部分γ的孔比是30％。采用這樣形成的負(fù)電極板芯11作為例2中的負(fù)電極板芯“b”。此外，形成另一種接合的負(fù)電極板芯11，有孔部分β的孔比是50％，有孔部分γ的孔比是20％。采用這樣形成的負(fù)電極板芯11作為例3中的負(fù)電極板芯“c”。此外，形成另一種接合的負(fù)電極板芯11，有孔部分β的孔比是50％，有孔部分γ的孔比是10％。采用這樣形成的負(fù)電極板芯11作為例4中的負(fù)電極板芯“d”。
(2)實(shí)施例5如圖1B所示，由鐵和鍍鎳(例如，厚度為0.05-0.06毫米)電極形成的金屬電極板進(jìn)行沖壓，以使形成無孔部分α和有孔部分β、γ，多個(gè)預(yù)定直徑的孔11a按預(yù)定形式排列，從而得到?jīng)_壓的金屬。沖壓金屬被切割成預(yù)定尺寸(例如，15毫米寬80毫米長(zhǎng))，從而形成了接合的負(fù)電極板芯11。在這種情況中，在沖壓之前形成小于預(yù)定直徑的孔11a。小直徑孔11a的邊緣被強(qiáng)制加寬，以便沿各個(gè)孔11a的邊緣構(gòu)成凸塊11b。形成接合的負(fù)電極板芯11，有孔部分β的孔比是50％，有孔部分γ的孔比是40％。采用這樣形成的負(fù)電極板芯作為例5中的負(fù)電極板芯“e”。
(3)實(shí)施例6至9與實(shí)施例1至4相同的方式制造接合的負(fù)電極板芯11。其中形成接合的負(fù)電極板芯11，有孔部分β的孔比是42％，有孔部分γ的孔比是40％。采用這樣形成的負(fù)電極板芯作為例6中的負(fù)電極板芯“f”。同樣，形成另一種接合的負(fù)電極板芯11，有孔部分β的孔比是42％，有孔部分γ的孔比是30％。采用這樣形成的負(fù)電極板芯作為例7中的負(fù)電極板芯“g”。此外，形成另一種接合的負(fù)電極板芯11，有孔部分β的孔比是42％，有孔部分γ的孔比是20％。采用這樣形成的負(fù)電極板芯作為例8中的負(fù)電極板芯“h”。還形成另一種接合的負(fù)電極板芯11，有孔部分β的孔比是42％，有孔部分γ的孔比是10％。采用這樣形成的負(fù)電極板芯作為例9中的負(fù)電極板芯“i”。
(4)實(shí)施例10與實(shí)施例5相同的方式制造接合的負(fù)電極板芯11。其中形成接合的負(fù)電極板芯11，有孔部分β的孔比是52％，有孔部分γ的孔比是40％。采用這樣形成的負(fù)電極板芯作為例10中的負(fù)電極板芯“j”。
(5)實(shí)施例11至14與實(shí)施例1至4相同的方式制造接合的負(fù)電極板芯11。其中形成接合的負(fù)電極板芯11，有孔部分β的孔比是45％，有孔部分γ的孔比是40％。采用這樣形成的負(fù)電極板芯作為例11中的負(fù)電極板芯“k”。同樣，形成另一種接合的負(fù)電極板芯11，有孔部分β的孔比是45％，有孔部分γ的孔比是30％。采用這樣形成的負(fù)電極板芯作為例12中的負(fù)電極板芯“l(fā)”。此外，形成另一種接合的負(fù)電極板芯11，有孔部分β的孔比是45％，有孔部分γ的孔比是20％。采用這樣形成的負(fù)電極板芯作為例13中的負(fù)電極板芯“m”。還形成另一種接合的負(fù)電極板芯11，有孔部分β的孔比是45％，有孔部分γ的孔比是10％。采用這樣形成的負(fù)電極板芯作為例14中的負(fù)電極板芯“n”。
(6)實(shí)施例15與實(shí)施例5相同的方式制造接合的負(fù)電極板芯11。其中形成接合的負(fù)電極板芯11，有孔部分β的孔比是45％，有孔部分γ的孔比是40％。采用這樣形成的負(fù)電極板芯作為例15中的負(fù)電極板芯“o”。
(7)比較實(shí)施例1如圖1C所示，由鐵和鍍鎳(例如，厚度為0.05-0.06毫米)電極形成的金屬電極板進(jìn)行沖壓，以使形成無孔部分α、γ和有孔部分β，而且多個(gè)預(yù)定直徑的孔11a按預(yù)定形式排列，從而得到?jīng)_壓金屬。沖壓金屬被切割成預(yù)定尺寸(例如，15毫米寬80毫米長(zhǎng))，從而形成接合的負(fù)電極板芯11。在這種情況中，對(duì)接合的負(fù)電極板芯11進(jìn)行沖壓，有孔部分β的孔比是50％。采用這樣形成的負(fù)電極板芯作為比較例1中的負(fù)電極板芯“x”。
(8)比較實(shí)施例2如圖1D所示，由鐵和鍍鎳(例如，厚度為0.05-0.06毫米)電極形成的金屬電極板進(jìn)行沖壓，以至形成無孔部分α和有孔部分β、γ，多個(gè)預(yù)定直徑的孔11a按預(yù)定形式排列，從而得到?jīng)_壓的金屬。沖壓金屬被切割成預(yù)定尺寸(例如，15毫米寬80毫米長(zhǎng))，從而形成了接合的負(fù)電極板芯11。在這種情況中，形成接合的負(fù)電極板芯11，有孔部分β的孔比是50％，有孔部分γ的孔比是50％。采用這樣形成的負(fù)電極板芯作為比較例2中的負(fù)電極板芯“o”。
(9)比較實(shí)施例3與比較實(shí)施例1相同的方式制造接合的負(fù)電極板芯11。其中通過沖壓形成接合的負(fù)電極板芯11，有孔部分β的孔比是42％。采用這樣形成的負(fù)電極板芯作為比較例3中的負(fù)電極板芯“xa”。
(10)比較實(shí)施例4與比較實(shí)施例2相同的方式制造接合的負(fù)電極板芯11。形成接合的負(fù)電極板芯11，有孔部分β的孔比是45％，有孔部分γ的孔比是45％。采用這樣形成的負(fù)電極板芯作為比較例4中的負(fù)電極板芯“ya”。
(11)比較實(shí)施例5與比較實(shí)施例1相同的方式制造接合的負(fù)電極板芯11。其中通過沖壓形成接合的負(fù)電極板芯11，有孔部分β的孔比是45％。采用這樣形成的負(fù)電極板芯作為比較例5中的負(fù)電極板芯“xb”。
(12)比較實(shí)施例6與比較實(shí)施例2相同的方式制造接合的負(fù)電極板芯11。形成接合的負(fù)電極板芯11，使有孔部分β的孔比是45％，有孔部分γ的孔比是45％。采用這樣形成的負(fù)電極板芯作為比較例6中的負(fù)電極板芯“yb”。
2.制造接合的負(fù)電極板用5％質(zhì)量的PTFT(聚四氟乙烯)鞣制氫吸收合金作為粘接物，從而得到負(fù)導(dǎo)電材料漿糊12。隨后，以前述制造方式，把負(fù)導(dǎo)電材料漿糊加到每個(gè)接合的負(fù)電極板芯11(a、b、c、d、e、f、g、h、I、j、k、l、m、n、o、x、y、xa、ya、xb、yb)的兩側(cè)。干燥接合的負(fù)電極板芯11，從每個(gè)部分α的兩側(cè)以及從每個(gè)部分γ的一側(cè)除去負(fù)導(dǎo)電材料漿糊，從而形成接合的負(fù)電極板10。在此，當(dāng)通過使用芯“e”形成接合的負(fù)電極板10時(shí)，從表面上除去負(fù)導(dǎo)電材料漿糊12，在該表面上，在除去部分γ一側(cè)的負(fù)導(dǎo)電材料漿糊12時(shí)沒有形成凸塊11b。
表1

3.測(cè)量位于電極板組最外位置之負(fù)電極板的強(qiáng)度下面只將部分γ從前述方式制造接合的負(fù)電極板10被切割下來，從而形成取樣負(fù)電極板10a。確定樣本負(fù)電極板10a的粘接強(qiáng)度。其中如圖2所示，在測(cè)量粘接強(qiáng)度時(shí)，對(duì)各個(gè)樣本負(fù)電極板10a的負(fù)導(dǎo)電材料層12表面進(jìn)行加工(其中負(fù)導(dǎo)電材料層12形成在樣本負(fù)電極板10a的每個(gè)負(fù)電極板芯11的一側(cè))。然后，用棉紗輕輕擦拭如此加工過的負(fù)導(dǎo)電材料層12表面，從而除去切屑。切刀(未示出)相對(duì)各個(gè)負(fù)導(dǎo)電材料層12的表面保持約30度角。形成凹槽枝杈x、y，以便切割每個(gè)負(fù)導(dǎo)電材料層12，使約250克的負(fù)載加到切刀的邊緣上。這里的枝杈x、y相互之間間隔1毫米。畫出10個(gè)凹槽枝杈“x”和10個(gè)凹槽枝杈“y”，以便它們相互之間交叉成直角。
畫出10個(gè)凹槽枝杈“x”和10個(gè)凹槽枝杈“y”，以便它們相互之間交叉成直角，從而形成成矩陣圖形的100個(gè)方塊。10個(gè)樣本負(fù)電極板10a，每個(gè)樣本具有100個(gè)所形成的方塊，被提升到約100米的高度，然后從該高度自由落下。試驗(yàn)重復(fù)進(jìn)行三次這樣的下落。然后，計(jì)算從各個(gè)樣本負(fù)電極板10a落下的方塊數(shù)，從而確定了降落方塊的平均數(shù)。試驗(yàn)結(jié)果顯示在表2中。
表2

從表2提供的結(jié)果清楚地看到，從樣本負(fù)電極板“y”落下的方塊的平均數(shù)是20，其中，有孔部分γ具有50％的孔比。相反，當(dāng)有孔部分γ的孔比降低時(shí)，落下方塊的平均數(shù)大大降低到8、7、5、4、3、1。這被認(rèn)為歸因于有孔部分γ的孔比降低而增加了導(dǎo)電材料層12和電極板芯11之間的粘接強(qiáng)度，因此，抑制了導(dǎo)電材料層12的降落。對(duì)于這些原因，人們可以肯定地說，有孔部分γ的孔比，即位于最外位置的且負(fù)電極板芯被暴露的各個(gè)電極板芯11的孔比最好設(shè)置到40％或低于40％的值。同樣的原理應(yīng)用到下述情況，有孔部分β的孔比是42％，有孔部分β的孔比是45％。
在使有孔部分γ的孔比被設(shè)定為40％時(shí)從樣本負(fù)電極板“a”落下的方塊平均數(shù)與有孔部分γ的孔比被設(shè)定為40％時(shí)從樣本負(fù)電極板“e”落下的方塊平均數(shù)進(jìn)行比較的情況下，從樣本負(fù)電極板“e”落下的方塊平均數(shù)較小。其原因是因?yàn)橥箟K10b形成在樣本負(fù)電極板“e”的有孔部分γ的一側(cè)，加到這一側(cè)的導(dǎo)電材料層12粘著到負(fù)電極板芯，以便進(jìn)入凸塊10b。同樣的原理應(yīng)用到下述情況，有孔部分β的孔比是42％，有孔部分β的孔比是45％。
4.制造正電極板以主要由氫氧化鎳構(gòu)成的漿糊填滿由鎳粉末制成并具有三維連續(xù)空間的金屬有孔部件21。干燥之后，金屬有孔部件21被滾軋成預(yù)定的厚度，從而得到鎳正電極板20。通過除去填滿導(dǎo)電材料的部分而在鎳正電極板20的上部形成脫落部分。隨后，電流收集導(dǎo)線電極板21a通過焊接固定到脫落部分。在此，通過把10份氫氧化鎳粉末—它包含2.5％質(zhì)量的鋅和1％質(zhì)量的鈷—作為共沉淀組份與3份氧化鋅粉末混合，以主要由氫氧化鎳構(gòu)成的導(dǎo)電材料漿糊被灌注，從而得到混合的粉末。把0.2％的羥丙基水溶液加到混合的粉末中；攪拌并混合已混合的粉末。
5.制造電極板組首先，將預(yù)定厚度并且是由聚丙烯制成的長(zhǎng)非機(jī)織纖維布折疊成兩層，纖維部的兩端被扎緊在一起，從而得到袋形隔板30。以上述方式生產(chǎn)的鎳正電極板20被裝在分離器30中。然后，按上述方式制造的每個(gè)接合的負(fù)電極板10(即每個(gè)負(fù)電極板芯11的無孔部分α，即接合部分)的中心被折疊成U形的形式。裝有鎳正電極板20的分離器30層夾在折疊成U形的接合的負(fù)電極板10、10之間，從而構(gòu)成一組電極板。制備兩組電極板。裝有鎳正電極板20的分離器30以堆棧的方式置于兩組電極板之間，因此，產(chǎn)生了電極板組a1、b1、c1、d1、e1、f1、g1、h1、i1、j1、k1、l1、m1、n1、o1、x1、y1、xa1、ya1、xb1、yb1。
具體地說，取使用負(fù)電極板芯“a”(其中有孔部分γ的孔比是40％)的電極板組作為一組電極板a1。取使用負(fù)電極板芯“b”(其中有孔部分γ的孔比是30％)的電極板組作為一組電極板b1。取使用負(fù)電極板芯“c”(其中有孔部分γ的孔比是20％)的電極板組作為一組電極板c1。取使用負(fù)電極板芯“d”(其中有孔部分γ的孔比是10％)的電極板組作為一組電極板d1。取使用負(fù)電極板芯“e”(其中有孔部分γ的孔比是40％，并沿孔的邊緣形成凸塊11b)的電極板組作為一組電極板e(cuò)1。取使用負(fù)電極板芯“x”(沒有孔形成在部分γ)的電極板組作為一組電極板x1。取使用負(fù)電極板芯“y”(其中有孔部分γ的孔比是50％)的電極板組作為一組電極板y1。
此外，取使用負(fù)電極板芯“f”(其中有孔部分γ的孔比是40％)的電極板組作為一組電極板f1。取使用負(fù)電極板芯“g”(其中有孔部分γ的孔比是30％)的電極板組作為一組電極板g1。取使用負(fù)電極板芯“h”(其中有孔部分γ的孔比是20％)的電極板組作為一組電極板h1。取使用負(fù)電極板芯“i”(其中有孔部分γ的孔比是10％)的電極板組作為一組電極板i1。取使用負(fù)電極板芯“j”(其中有孔部分γ的孔比是40％，并沿孔的邊緣形成凸塊11b)的電極板組作為一組電極板j1。取使用負(fù)電極板芯“xa”(沒有孔形成在部分γ)的電極板組作為一組電極板xa1。取使用負(fù)電極板芯“ya”(其中有孔部分γ的孔比是50％)的電極板組作為一組電極板ya1。
另外，取使用負(fù)電極板芯“k”(其中有孔部分γ的孔比是40％)的電極板組作為一組電極板k1。取使用負(fù)電極板芯“l(fā)”(其中有孔部分γ的孔比是30％)的電極板組作為一組電極板l1。取使用負(fù)電極板芯“m”(其中有孔部分γ的孔比是20％)的電極板組作為一組電極板m1。取使用負(fù)電極板芯“n”(其中有孔部分γ的孔比是10％)的電極板組作為一組電極板n1。取使用負(fù)電極板芯“o”(其中有孔部分γ的孔比是40％，并沿孔的邊緣形成凸塊11b)的電極板組作為一組電極板o1。取使用負(fù)電極板芯“xb”(沒有孔形成在部分γ)的電極板組作為一組電極板xb1。取使用負(fù)電極板芯“yb”(其中有孔部分γ的孔比是50％)的電極板組作為一組電極板yb1。
6.制造矩形鎳-氫蓄電池將如此得到的電極板組a1、b1、c1、d1、e1、f1、g1、h1、i1、j1、k1、l1、m1、n1、o1、x1、y1、xa1、ya1、xb1、yb1插入各個(gè)非滲透的四方柱形(矩形)的金屬外殼。在每組電極板中，位于最外位置的接合負(fù)電極板10的表面和暴露于該表面的板芯11與金屬外殼40的內(nèi)表面緊密接觸。此外，負(fù)電極板芯11的接合部α與金屬外殼40的內(nèi)底面緊密接觸。隨后，將電流收集引導(dǎo)電極板21a提供在每個(gè)電極板組的鎳正電極板20的上部，并將從鎳正電極板20延伸的電流收集引導(dǎo)電極板21a焊接到密封電極板41的正端42的下表面。
絕緣器43提供在正端42的周圍，從而，使密封電極板41與正端42電絕緣。把30％氫氧化鉀(KOH)構(gòu)成的電解液灌入每個(gè)金屬外殼40。密封電極板41和每個(gè)金屬外殼40之間的接點(diǎn)由激光束照射，從而成為密封的。結(jié)果，制成了矩形鎳-氫蓄電池A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K、L、M、N、O、X、Y、XA、YA、XB、YB，每個(gè)電池的尺寸是寬17毫米，高48毫米，厚6.1毫米，標(biāo)稱容量是800mAh。
具體地說，取使用負(fù)電極板芯“a”(其中有孔部分γ的孔比是40％)的由一組電極板a1構(gòu)成的矩形鎳-氫蓄電池作為電池A。取使用負(fù)電極板芯“b”(其中有孔部分γ的孔比是30％)的由一組電極板b1構(gòu)成的矩形鎳-氫蓄電池作為電池B。取使用負(fù)電極板芯“c”(其中有孔部分γ的孔比是20％)的由一組電極板c1構(gòu)成的矩形鎳-氫蓄電池作為電池C。取使用負(fù)電極板芯“d”(其中有孔部分γ的孔比是10％)的由一組電極板d1構(gòu)成的矩形鎳-氫蓄電池作為電池D。取使用負(fù)電極板芯“e”(其中有孔部分γ的孔比是40％，并沿孔的邊緣形成凸塊11b)的由一組電極板e(cuò)1構(gòu)成的矩形鎳-氫蓄電池作為電池E。取使用負(fù)電極板芯“x”(沒有孔形成在部分γ)的由一組電極板x1構(gòu)成的矩形鎳-氫蓄電池作為電池X。取使用負(fù)電極板芯“y”(其中有孔部分γ的孔比是50％)的由一組電極板y1構(gòu)成的矩形鎳-氫蓄電池作為電池Y。
此外，取使用負(fù)電極板芯“f”(其中有孔部分γ的孔比是40％)的由一組電極板f1構(gòu)成的矩形鎳-氫蓄電池作為電池F。取使用負(fù)電極板芯“g”(其中有孔部分γ的孔比是30％)的由一組電極板g1構(gòu)成的矩形鎳-氫蓄電池作為電池G。取使用負(fù)電極板芯“h”(其中有孔部分γ的孔比是20％)的由一組電極板h1構(gòu)成的矩形鎳-氫蓄電池作為電池H。取使用負(fù)電極板芯“i”(其中有孔部分γ的孔比是10％)的由一組電極板i1構(gòu)成的矩形鎳-氫蓄電池作為電池I。取使用負(fù)電極板芯“j”(有孔部分γ的孔比是40％，并沿孔的邊緣形成凸塊11b)的由一組電極板j1構(gòu)成的矩形鎳-氫蓄電池作為電池J。取使用負(fù)電極板芯“xa”(沒有孔形成在部分γ)的由一組電極板xa1構(gòu)成的矩形鎳-氫蓄電池作為電池XA。取使用負(fù)電極板芯“ya”(其中有孔部分γ的孔比是50％)的由一組電極板ya1構(gòu)成的矩形鎳-氫蓄電池作為電池YA。
此外，取使用負(fù)電極板芯“k”(其中有孔部分γ的孔比是40％)的由一組電極板k1構(gòu)成的矩形鎳-氫蓄電池作為電池K。取使用負(fù)電極板芯“1”(其中有孔部分γ的孔比是30％)的由一組電極板l1構(gòu)成的矩形鎳-氫蓄電池作為電池L。取使用負(fù)電極板芯“m”(其中有孔部分γ的孔比是20％)的由一組電極板m1構(gòu)成的矩形鎳-氫蓄電池作為電池M。取使用負(fù)電極板芯“n”(其中有孔部分γ的孔比是10％)的由一組電極板n1構(gòu)成的矩形鎳-氫蓄電池作為電池N。取使用負(fù)電極板芯“o”(其中有孔部分γ的孔比是40％，并沿孔的邊緣形成凸塊11b)的由一組電極板o1構(gòu)成的矩形鎳-氫蓄電池作為電池O。取使用負(fù)電極板芯“xb”(沒有孔形成在部分γ)的由一組電極板xb1構(gòu)成的矩形鎳-氫蓄電池作為電池XB。取使用負(fù)電極板芯“yb”(其中有孔部分γ的孔比是50％)的由一組電極板yb1構(gòu)成的矩形鎳-氫蓄電池作為電池YB。
7.周期特性測(cè)試用充電電流1It(880mA)對(duì)如此制成的蓄電池A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K、L、M、N、O、X、Y、XA、YA、XB、YB充電。在電池電壓超過峰值電壓之后，當(dāng)電池電壓下降10Mv時(shí)，暫停電池的再充電(-ΔV法)。在電池的再充電暫停一小時(shí)之后，電池以放電電流1It(880mA)放電，直到電池電壓到達(dá)1.0V。隨后，電池的再充電暫停一小時(shí)。這些操作被認(rèn)為是一個(gè)再充電/放電周期，電池重復(fù)地經(jīng)受再充電/放電周期。電池經(jīng)受500個(gè)周期后獲得的電池服務(wù)容量與電池經(jīng)受一個(gè)周期后獲得的電池服務(wù)容量之比被確定為服務(wù)容量比(容量比)。在表3中提供的參數(shù)獲得了結(jié)果，表3

從表3提供的結(jié)果可以清楚地看出，使用包括具有形成于其中的孔11a的芯暴露部分(即有孔部分γ)的負(fù)電極板芯11的電池A、B、C、D、E、Y的容量大于使用包括無孔芯暴露部分(即部分γ)的負(fù)電極板芯11的電池X的容量。芯暴露部分(即有孔部分γ)孔比越大，容量比越大。
對(duì)此的原因考慮如下。在電池X中，芯暴露部分(即部分γ)沒有孔。因此，其中氣體釋放的電池X的滲透性相對(duì)電池A、B、C、D、E、Y降低。與再充電/放電周期的次數(shù)有關(guān)，電池的內(nèi)部壓力增加了。與內(nèi)部壓力上升有關(guān)，電解液被泄漏到電池的外部，結(jié)果降低了電池的容量比。
芯暴露部分(即部分γ)的負(fù)電極板芯11的孔比依次從電池Y、E、A、B、C、D降低，對(duì)于電池中氣體釋放的電池的滲透性隨著孔比的降低而降低。結(jié)果，容量比也降低了。如果像在電池D的情況中那樣，假設(shè)芯暴露部分(即有孔部分γ)的負(fù)電極板芯11的孔比是10％，則在容量比上升方面沒有降低。因此，可以說芯暴露部分(即有孔部分γ)的負(fù)電極板芯11的孔比應(yīng)當(dāng)被指定為10％或更大。
表1和表2提供的結(jié)果顯示當(dāng)負(fù)電極板的粘接強(qiáng)度增加時(shí)，只要芯暴露部分(即部分γ)的負(fù)電極板芯11的孔比被設(shè)置在10％-40％的范圍內(nèi)，就可以抑制導(dǎo)電材料的脫落。因此，可以獲得具有在電池中釋放氣體的高滲透性的堿性蓄電池，并改善了容量比。
如已經(jīng)描述的那樣，在本發(fā)明中，使位于電極板組最外位置的負(fù)電極板的負(fù)芯被暴露。暴露的電極板芯的孔比必須低于其它未暴露的電極板芯的孔比。暴露的負(fù)電極板芯的孔比被指定落在10％-40％的范圍內(nèi)。結(jié)果，改善了位于電極板組最外位置的負(fù)電極板的粘接強(qiáng)度，因此，抑制了導(dǎo)電材料的脫落。此外，獲得了大的矩形堿性蓄電池，該電池具有在電池中釋放氣體的高滲透性，改善了容量比，加大了容積能量密度。
前面的實(shí)施例已經(jīng)描述了負(fù)電極板10的負(fù)電極板芯11不具有無規(guī)則性，負(fù)電極板10的負(fù)電極板芯11位于電極板組的最外位置并涂敷導(dǎo)電材料。然而，位于電極板組的最外位置的負(fù)電極板10的負(fù)電極板芯11可以通過噴沙或壓花而具有無規(guī)則性，因此，除在此形成的孔之外，在位于電極板組的最外位置并涂敷導(dǎo)電材料的負(fù)電極板的表面上形成小凸塊。小凸塊隱藏在加在表面上的導(dǎo)電材料的層內(nèi)。因此，進(jìn)一步增加了位于電極板組最外位置的電極板上的導(dǎo)電材料層和電極板芯之間的粘接強(qiáng)度。
關(guān)于實(shí)施例，已經(jīng)描述的情況是當(dāng)接合的負(fù)電極板芯11的有孔部分γ的孔比低于接合的負(fù)電極板芯11的有孔部分β的孔比時(shí)，形成在有孔部分γ中的孔11a的數(shù)量減少。為避免形成在有孔部分γ中的孔11a的數(shù)量減少，形成在有孔部分γ中的孔11a可以在直徑上做得較小。另外，孔可采用另一種幾何形狀；例如，方形、橢圓形或三角形。盡管前面的實(shí)施例已經(jīng)描述本發(fā)明適用于鎳-氫蓄電池的情況，即使將本發(fā)明用于另一種比如鎳-鎘蓄電池的堿性蓄電池，也可得到同樣的優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種矩形堿性蓄電池，包括電極板組，其中，涂負(fù)正導(dǎo)電材料的電極板芯形成的正電極板和涂敷負(fù)導(dǎo)電材料的電極板芯形成的負(fù)電極板由夾在其間的隔板交替地堆棧；矩形金屬外殼密封所述的電極板組；其中，每個(gè)電極板芯具有多個(gè)孔；位于電極板組最外位置的電極板芯的外側(cè)被暴露，位于最外位置的電極板芯的孔比低于位于最外位置內(nèi)側(cè)的電極板芯的孔比；位于最外位置的電極板芯的孔比是10％-40％。
2.按權(quán)利要求1所述的矩形堿性蓄電池，其特征在于沿著孔的邊緣形成凸塊，這些孔形成在位于電極板組最外位置的電極板芯內(nèi)；導(dǎo)電材料加在形成凸塊的表面；面對(duì)形成凸塊側(cè)的表面一側(cè)被暴露。
3.按權(quán)利要求1或2所述的矩形堿性蓄電池，其特征在于除了形成的孔之外，在位于電極板組最外位置并涂敷導(dǎo)電材料的電極板芯的表面上形成小凸塊。
4.按權(quán)利要求1至3之一所述的矩形堿性蓄電池，其特征在于位于電極板組最外位置的電極板芯的暴露表面保持與矩形金屬外殼內(nèi)側(cè)面的接觸。
5.按權(quán)利要求1至4之一所述的矩形堿性蓄電池，其特征在于電極板芯由沖壓金屬形成。
6.按權(quán)利要求1至5之一所述的矩形堿性蓄電池，其特征在于與位于電極板組最外位置的每個(gè)電極板芯整體地形成無孔接合部；每個(gè)接合部被彎曲成U形，其它極性的電極與層加在其間的分離器被保持在通過彎曲確定為U形的空間中。
7.按權(quán)利要求1至6之一所述的矩形堿性蓄電池，其特征在于位于電極板組最外位置的電極板芯是負(fù)電極板芯。
全文摘要
在矩形堿性蓄電池中,位于電極板組最外位置并面對(duì)外殼(40)的負(fù)電極板(10)負(fù)芯一側(cè)被暴露。暴露芯的孔比(孔的總面與電極板面積之比)必須低于其它未暴露芯的孔比。暴露的負(fù)芯的孔比落在10%－40%的范圍內(nèi)。結(jié)果,改善了負(fù)電極板(10)的粘接強(qiáng)度,從而抑制了導(dǎo)電材料的脫落。此外,獲得了大的矩形堿性蓄電池,該電池具有在電池中釋放氣體的高滲透性,改善了容量比,加大了容積能量密度。
文檔編號(hào)H01M4/24GK1372339SQ02106508
公開日2002年10月2日 申請(qǐng)日期2002年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月27日
發(fā)明者池田康彥, 武江正夫, 井本輝彥, 井上雅雄, 村田徹行, 赤穗篤俊 申請(qǐng)人:三洋電機(jī)株式會(huì)社