專利名稱：三維電池及其電極結(jié)構(gòu)以及三維電池電極材料的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及三維電池，而本發(fā)明想要解決的課題，在與已有技術(shù)的關(guān)系上可以分為下面所述的課題。
即，第1課題是提供以減少部件件數(shù)、減少組裝時(shí)間、降低組裝成本為目的的三維電池、該電極構(gòu)造以及該三維電池電極材料的制造方法，此外還提供在該低成本型三維電池中可以擴(kuò)大集電面積進(jìn)行高效率充放電的三維電池；第2課題是提供容易做成大型電池，而且不因做成大型電池導(dǎo)致性能降低的可以得到高輸出的高輸出型三維電池。下面依序?qū)⑺稣n題與已有技術(shù)進(jìn)行比較并說(shuō)明如下。
1.已有技術(shù)與第1課題日本專利第3051401號(hào)公報(bào)揭示了活性物質(zhì)做成粉末或顆粒構(gòu)成的所謂三維電池。又，國(guó)際公開號(hào)WO00/59062號(hào)的文獻(xiàn)中揭示了層疊的三維電池。此外，有關(guān)充填顆粒狀活性物質(zhì)作為固定層的三維電池在日本特開2002-141101號(hào)公報(bào)以及特開2002-141104號(hào)公報(bào)中已經(jīng)揭示，但是在制作這樣的三維電池時(shí)，需要預(yù)先依照次序?qū)Ω綦x層以及集電體等進(jìn)行組裝形成單元之后，再將粉末或者顆粒狀等活性物質(zhì)充填于這種單元。
制作三維電池時(shí)，采用將活性物質(zhì)充填于預(yù)先組裝有隔離層以及集電體等的單元的方法中，可能在填充活性物質(zhì)時(shí)會(huì)發(fā)生困難。此外，依次對(duì)電池組裝所需要的部件進(jìn)行組裝時(shí)，集電體、單元、活性物質(zhì)、隔離層等的部件件數(shù)的增多，顯得非常繁雜。此外，還增加組裝時(shí)間以及組裝成本。
又，在僅使用平面狀集電體的三維電池中，由于集電體面積相對(duì)較小，在實(shí)施高效率充放電(大電流充放電)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電池性能降低的問(wèn)題。
本發(fā)明是鑒于上述各點(diǎn)而作出的，本發(fā)明要解決的第1個(gè)課題是，提供在制作三維電池的電極時(shí)通過(guò)將活性物質(zhì)與隔離層、隔板、集電體多種部件加以組合并且同時(shí)成型以減少電池組裝時(shí)的部件件數(shù)、減少組裝時(shí)間、降低組裝成本的三維電池及其電極構(gòu)造以及該三維電池電極材料的制造方法。
又，本發(fā)明要解決的第1個(gè)課題是，提供通過(guò)將針狀、板狀、波紋狀、顆粒狀等突起形成于構(gòu)成三維電池的隔板以及集電體上，以增加集電面積，且可以高效率充放電(大電流充放電)的三維電池的電極構(gòu)造以及該三維電池電極材料的制造方法。
又，本發(fā)明要解決的第1個(gè)課題是，提供通過(guò)使用內(nèi)部具有空隙的離子通過(guò)型集電體以增加集電面積且可以高效率充放電(大電流充放電)的三維電池電極結(jié)構(gòu)以及該三維電池電極材料的制造方法。
2.已有技術(shù)與第2課題如上所述，第3051401號(hào)專利公報(bào)揭示了活性物質(zhì)做成粉末或顆粒構(gòu)成的所謂的三維電池，國(guó)際公開號(hào)WO00/59062號(hào)的文獻(xiàn)中揭示了層疊的三維電池，有關(guān)充填顆粒狀活性物質(zhì)作為固定層的三維電池在特開2002-141101號(hào)公報(bào)以及特開2002-141104號(hào)公報(bào)中已經(jīng)揭示。
另一方面，在已有構(gòu)造的電池中，由于作為鎳氫二次電池正極的氫氧化鎳不具導(dǎo)電性，將具有導(dǎo)電性的鈷化合物涂覆在氫氧化鎳的表面之后，以支撐形狀以及導(dǎo)電為目的，將其涂在發(fā)泡鎳片上，由于在堿性電解液中發(fā)泡鎳片與氫氧化鎳不可能接合，因此使用外部的物理壓力來(lái)防止剝離。又，為了降低發(fā)泡鎳片與氫氧化鎳之間的電阻，必需使發(fā)泡鎳片做得薄，因此將涂覆氫氧化鎳的糊狀物的1.1mm左右的發(fā)泡鎳片壓緊為0.6mm左右。又，為了使離子擴(kuò)散平穩(wěn)地進(jìn)行，必需盡可能使正極與負(fù)極處于近距離上，因此正極+隔離層+負(fù)極電池的構(gòu)造采用2mm以下的結(jié)構(gòu)。
已有構(gòu)造的鎳氫二次電池中，為了在滿足上述必要條件的狀態(tài)下做成大型電池，采用相同的發(fā)泡鎳片厚度，只有增大正極、負(fù)極面積，由于增大每1張薄片的面積是有限度的，因此采用增加連接發(fā)泡鎳片張數(shù)的方法。這種情況下，連接方法是進(jìn)行導(dǎo)線(鎳板等)的焊接連接，但由于電阻增大，導(dǎo)致做成大型化的電池的性能下降。
又，在已有干電池構(gòu)造中，使壓緊變薄的平面狀活性物質(zhì)薄片夾著隔離層卷成卷狀物裝填于電池單元中。例如，在鎳氫二次電池中，與電池單元直接接觸的最外面的平面狀活性物質(zhì)(鎳氫電池的情況下是作為負(fù)極的涂吸氫合金的薄片)與集電體(電池單元與負(fù)極集電體共用)的接觸面積大，但是涂正極活性物質(zhì)(氫氧化鎳)的薄片與細(xì)導(dǎo)線(鎳板等)焊接，而且還與外部端子焊接。這里成問(wèn)題的是，焊接部分有2處，而且連接活性物質(zhì)與外部端子的導(dǎo)線(鎳板等)的截面積小。
也就是說(shuō)，由于有焊接部分而導(dǎo)致電阻增大、制造成本增加以及制作時(shí)間增加。此外，由于連接活性物質(zhì)與外部端子的導(dǎo)線(鎳板等)的截面積小，在通以大電流時(shí)電阻與發(fā)熱量難免增大。
又，已有的產(chǎn)業(yè)用電池構(gòu)造，例如，在鎳鎘二次電池的情況下，將壓緊變薄的平面狀活性物質(zhì)薄片按照正極+隔離層+負(fù)極+隔離層+正極+...的方式層疊，并將細(xì)導(dǎo)線(鎳板等)焊接在各個(gè)平面狀活性物質(zhì)薄片上，將正極都匯總一起焊接于外部端子上，又將負(fù)極匯總一起焊接于外部端子上。這里成問(wèn)題的是，由于將多片平面狀活性物質(zhì)薄片加以焊接連接，導(dǎo)致電阻增大、制造成本增加以及制作時(shí)間增加。
雖然單一型干電池具有良好的性能，但在有必要做成大容量電池時(shí)，一旦將單一型電池多個(gè)并聯(lián)或者多個(gè)串聯(lián)，因外部端子的接觸電阻的緣故只能得到電壓降低，性能下降的電池。還有，產(chǎn)業(yè)用電池那樣在一開始就做成大容量電池的情況下，如上所述，由于焊接的地方多這樣的基本構(gòu)造上的問(wèn)題，不能得到高性能電池。
本發(fā)明是鑒于上述各點(diǎn)存在問(wèn)題而作出的，本發(fā)明要解決的第2個(gè)課題是，提供可以容易地做成大型化(提高等級(jí))，不因?yàn)樽龀纱笮突萘慷阅芙档?，能夠得到高輸出，而且可以降低制造成本，減少制作時(shí)間的高輸出型三維電池。

發(fā)明內(nèi)容
1.用于解決第1課題的發(fā)明為了解決第1課題，本發(fā)明的三維電池，是在通過(guò)不通電離子能夠通過(guò)的隔離層連接的2個(gè)單元中的一個(gè)單元內(nèi)的電解質(zhì)溶液中充填釋放電子的活性物質(zhì)的粉末、顆粒狀或者板狀成型體；在另一個(gè)單元內(nèi)的電解質(zhì)溶液中充填吸收電子的活性物質(zhì)的粉末、顆粒狀或者板狀成型體形成的電池的構(gòu)成單位，通過(guò)將與活性物質(zhì)接觸的離子不能通過(guò)的導(dǎo)電性集電體設(shè)置于2個(gè)單元內(nèi)構(gòu)成1組，或者所述電池的構(gòu)成單位隔著離子不能通過(guò)的導(dǎo)電性隔板進(jìn)行多組層疊，并且在兩端的單元中設(shè)置與活性物質(zhì)相接觸的離子不能通過(guò)的導(dǎo)電性集電體構(gòu)成，其特征在于，具備將導(dǎo)電性填料和樹脂添加在引起電池反應(yīng)的材料中使其硬化的活性物質(zhì)與隔離層、隔板以及集電體中的至少1種成型為一整體結(jié)構(gòu)的電極結(jié)構(gòu)的三維電池。
一種三維電池的電極結(jié)構(gòu)，是將釋放電子的活性物質(zhì)的粉末、顆粒或者成型體裝填于通過(guò)隔離層連接的2個(gè)單元中的一個(gè)單元內(nèi)的電解質(zhì)溶液中，且將吸收電子的活性物質(zhì)的粉末、顆?；蛘叱尚腕w裝填在另一個(gè)單元內(nèi)的電解質(zhì)溶液中形成的電池的構(gòu)成單位，通過(guò)將與活性物質(zhì)接觸的集電體設(shè)置于2個(gè)單元內(nèi)并構(gòu)成1組的三維電池，或者所述電池的構(gòu)成單位隔著隔板進(jìn)行多組層疊，并且在兩端的單元設(shè)置與活性物質(zhì)相接觸的集電體的三維電池的電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，將導(dǎo)電性填料和樹脂添加于引起電池反應(yīng)的材料中使其硬化的活性物質(zhì)與隔離層成型為一整體構(gòu)成。
在這種情況下，作為隔離層，可以使用在堿性電解液中不腐蝕變質(zhì)，能夠?qū)崿F(xiàn)電絕緣，離子能夠通過(guò)的材料，即可以使用例如四氟乙烯樹脂、聚乙烯、尼龍、聚丙烯等構(gòu)成的織物或無(wú)紡布，或膜濾器等。
本發(fā)明的三維電池的電極結(jié)構(gòu)，是一種將釋放電子的活性物質(zhì)的粉末、顆?；蛘叱尚腕w裝填于通過(guò)隔離層連接的2個(gè)單元中的一個(gè)單元內(nèi)的電解質(zhì)溶液中，且將吸收電子的活性物質(zhì)的粉末、顆?；虺尚腕w裝填在另一個(gè)單元內(nèi)的電解質(zhì)溶液中的電池構(gòu)成單位，隔著隔板進(jìn)行多組層疊，并且在兩端的單元上設(shè)置與活性物質(zhì)相接觸的集電體的三維電池的電極構(gòu)造，其特征在于，將導(dǎo)電性填料和樹脂添加在引起電池反應(yīng)的材料中使其硬化的活性物質(zhì)與隔板成型為一整體結(jié)構(gòu)。
在這種情況下，作為隔板，是在堿性電解液中的不發(fā)生腐蝕變質(zhì)的離子不能通過(guò)的具有導(dǎo)電性的隔板，可使用例如鎳金屬板、鎳金屬箔材、碳、鍍鎳的鐵、鍍鎳不銹鋼、以及鍍鎳碳素等材料。此外，隔板的形狀是平面狀或者具有針狀、板狀、波紋狀、顆粒狀等有突起的形狀。又，隔板可以使用內(nèi)部具有通以致冷劑的冷卻構(gòu)造的隔板。
又，本發(fā)明的三維電池的電極結(jié)構(gòu)，是一種將釋放電子的活性物質(zhì)的粉末、顆?；蛘叱尚腕w裝填于通過(guò)隔離層連接的2個(gè)單元中的一個(gè)單元內(nèi)的電解質(zhì)溶液中，且將吸收電子的活性物質(zhì)的粉末、顆?；蛘叱尚腕w裝填在另一個(gè)單元內(nèi)的電解質(zhì)溶液中的電池構(gòu)成單位，通過(guò)將與活性物質(zhì)接觸的集電體設(shè)置于2個(gè)單元內(nèi)構(gòu)成1組的三維電池，或者所述電池的構(gòu)成單位隔著隔板進(jìn)行多組層疊，并且在兩端的單元設(shè)置與活性物質(zhì)相接觸的集電體的三維電池的電極構(gòu)造，其特征在于，將導(dǎo)電性填料和樹脂添加在引起電池反應(yīng)的材料中使其硬化的活性物質(zhì)與集電體成型為一整體。
這種情況下，作為集電體，可以使用在堿性電解液中的不發(fā)生腐蝕等變質(zhì)的離子不能通過(guò)的具有導(dǎo)電性的材料，例如鎳金屬板、鎳金屬箔材、碳素、鍍鎳的鐵、鍍鎳不銹鋼、鍍鎳碳素等。此外，最好是在與活性物質(zhì)接觸的集電體上附加內(nèi)部有空隙，離子能通過(guò)的具有導(dǎo)電性的離子通過(guò)型集電體。作為離子通過(guò)型集電體，可以使用鎳金屬網(wǎng)、碳纖維、由鍍鎳的鐵、不銹鋼等構(gòu)成的網(wǎng)狀體、發(fā)泡金屬鎳、鍍鎳的發(fā)泡樹脂、鍍鎳碳纖維、二氧化硅、氧化鋁等無(wú)機(jī)纖維鍍鎳的材料、有機(jī)纖維鍍鎳的材料、毛氈鍍鎳的材料以及在云母等無(wú)機(jī)物箔材上鍍鎳的材料。集電體的形狀是平面狀或者具有針狀、板狀、波紋狀、顆粒狀等形狀的有突起的形狀。再有，集電體可以使用內(nèi)部具有通以致冷劑的冷卻構(gòu)造的集電體。
又，本發(fā)明的三維電池的結(jié)構(gòu)的特征在于，使將導(dǎo)電性填料和樹脂添加在引起電池反應(yīng)的材料中并使其硬化的活性物質(zhì)與隔離層、隔板以及集電體中的至少2種成型為一整體結(jié)構(gòu)。這樣，在制作三維電池的電極時(shí)，可以將活性物質(zhì)與隔離層、隔板、集電體的多個(gè)種類加以組合并成型為一整體。
在所述電極結(jié)構(gòu)中，作為活性物質(zhì)，不管電池的種類以及正極、負(fù)極，可以采用所有的活性物質(zhì)材料。可以使用例如，作為鎳·氫二次電池的正極活性物質(zhì)的氫氧化鎳、作為鎳·氫二次電池負(fù)極活性物質(zhì)的吸氫合金，此外還有氫氧化鎘、鉛、二氧化鉛、鋰等公知的電池活性物質(zhì)材料，還可以使用木料、石墨、碳(碳素)、鐵礦石、鐵炭化合物、鐵的硫化物、鐵的氫氧化物、鐵的氧化物、煤、木炭、沙、砂礫、二氧化硅、爐渣、以及稻殼等固體材料。
又，在上述電板結(jié)構(gòu)中，作為加入到活性物質(zhì)中的導(dǎo)電性填料，可以單獨(dú)或者組合使用碳纖維、碳纖維鍍鎳的材料、二氧化硅、氧化鋁等無(wú)機(jī)纖維鍍鎳的材料、有機(jī)纖維鍍鎳的材料、云母等無(wú)機(jī)物箔材的鍍鎳材料、碳素顆粒、碳素顆粒鍍鎳的材料、纖維狀鎳、鎳顆粒以及鎳箔。
又，作為加入到活性物質(zhì)中的樹脂，可以使用軟化溫度為120℃以下的熱可塑性樹脂、硬化溫度從常溫到120℃的樹脂、蒸發(fā)溫度在120℃以下的溶劑中溶解的樹脂、在可溶于水的溶劑中溶解的樹脂、或者在可溶于乙醇的溶劑中溶解的樹脂。例如在使用氫氧化鎳作為活性物質(zhì)的情況下，由于在130℃以上會(huì)失去活性，因此有必要在不到130℃進(jìn)行各種處理。又，由于將活性物質(zhì)使用于堿性電解液中，因此必須具有耐堿性。
作為軟化溫度為120℃以下的熱可塑性樹脂，可以使用聚乙烯、聚丙烯、乙烯醋酸乙烯共聚物等。作為硬化溫度從常溫到120℃的樹脂，可以使用反應(yīng)硬化樹脂(環(huán)氧樹脂、聚氨酯樹脂、不飽和聚酯樹脂等)、熱硬化型樹脂(酚醛樹脂等)等。作為在蒸發(fā)溫度為120以下的溶劑中溶解的樹脂，可以使用上述熱可塑性樹脂。可溶解于溶劑的樹脂可以這樣使用，即可以使其溶解于溶劑中然后添加于活性物質(zhì)中，然后用的蒸發(fā)、提取等方法去除該溶劑。此外，作為在可溶于水并且可以提取的溶劑中溶解的樹脂，可以使用聚醚砜(PES)樹脂、聚苯乙烯、聚砜、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚酰胺、聚酰亞胺。作為可溶于乙醇并且在可以提取的溶劑中溶解的樹脂，可以使用醋酸纖維素、氧化亞苯醚(PPO)等。
在上述電極結(jié)構(gòu)中，作為活性物質(zhì)可以使用粉末狀、顆粒狀、板狀、鱗片狀、圓柱狀、多角形棒狀、球狀、色子狀、立方體狀、不定形顆狀等形狀的材料。此外，活性物質(zhì)的表面也可以形成鍍鎳層或涂覆碳纖維、碳纖維鍍鎳的材料、有機(jī)纖維鍍鎳的材料、二氧化硅、氧化鋁等無(wú)機(jī)纖維上鍍鎳的材料、云母等無(wú)機(jī)箔材鍍鎳的材料、碳素粉末、碳素粉末鍍鎳的材料、纖維狀鎳、鎳顆粒以及鎳箔中的至少任意一種的涂覆層。
本發(fā)明的三維電池的電極材料的制造方法的特征在于，做成上述構(gòu)成的三維電池的電極時(shí)，將在引起電池反應(yīng)的材料中添加導(dǎo)電性填料和樹脂使其硬化的活性物質(zhì)與隔離層加以組合并成型為一整體。作為隔離層可以使用聚四氟乙烯樹脂、聚乙烯、聚丙烯、尼龍等紡織品、無(wú)紡布或者膜濾器等在堿性電解液中的不發(fā)生腐蝕等變質(zhì)的可以電絕緣，離子能通過(guò)的材料。
又，本發(fā)明的三維電池的電極材料的制造方法的特征在于，做成上述構(gòu)成的三維電池的電極時(shí)，將在引起電池反應(yīng)的材料中添加導(dǎo)電性填料和樹脂使其硬化的活性物質(zhì)與隔板加以組合并成型為一整體。作為隔板，使用鎳金屬板、鎳金屬箔材、碳素、鍍鎳的鐵、鍍鎳不銹鋼、鍍鎳碳素等在堿性電解液不發(fā)生腐蝕等變質(zhì)的離子不能通過(guò)的，具有導(dǎo)電性的材料。還有，最好是使隔板帶有針狀、板狀、波紋狀、顆粒狀等形狀的突起，擴(kuò)大集電面積。
又，本發(fā)明的三維電池的電極材料的制造方法，其特征在于，做成上述構(gòu)成的三維電池的電極時(shí)，將在引起電池反應(yīng)的材料中添加導(dǎo)電性填料和樹脂使其硬化的活性物質(zhì)與集電體加以組合并成型為一整體。作為集電體，使用鎳金屬板、鎳金屬箔材、碳素、鍍鎳的鐵、鍍鎳不銹鋼、鍍鎳碳素等在堿性電解液中不發(fā)生腐蝕等變質(zhì)的，離子不能通過(guò)的，且具有導(dǎo)電性的材料。還有，最好是在與活性物質(zhì)接觸的集電體上附加內(nèi)部有空隙且離子能通過(guò)的，有導(dǎo)電性的離子通過(guò)型集電體，擴(kuò)大集電面積。作為離子通過(guò)型集電體，可以使用鎳金屬網(wǎng)、碳纖維、鍍鎳的鐵和不銹鋼等構(gòu)成的網(wǎng)狀體、發(fā)泡金屬鎳、發(fā)泡樹脂鍍鎳材料、碳纖維鍍鎳材料、二氧化硅、氧化鋁等無(wú)機(jī)纖維鍍鎳的材料、有機(jī)纖維鍍鎳材料、毛氈鍍鎳的材料以及在云母等無(wú)機(jī)物的箔材上鍍鎳的材料等。還有，最好是使集電體帶有針狀、板狀、波紋狀、顆粒狀等形狀的突起，擴(kuò)大集電面積。
又，本發(fā)明的三維電池的電極材料的制造方法，其特征在于，做成上述構(gòu)成的三維電池的電極時(shí)，將在引起電池反應(yīng)的材料中添加導(dǎo)電性填料和樹脂使其硬化的活性物質(zhì)與隔離層、隔板以及集電體中的至少2種(多個(gè)種類)加以組合并成型為一整體。
在本發(fā)明的這些方法中，將活性物質(zhì)與隔離層、隔板、集電體加以組合成型為一整體時(shí)，可以加壓成型或/及利用與導(dǎo)電性填料混合的樹脂成型。
2.用于解決第2課題的發(fā)明為了解決第2課題，本發(fā)明的高輸出型三維電池，在相對(duì)設(shè)置的正極集電體和負(fù)極集電體之間配置蛇狀的隔離層，并使其交互接近兩集電體，在蛇狀的隔離層與正極集電體形成的空間中充填電解液，同時(shí)充填正極活性物質(zhì)的粉末或成型體，在蛇狀的隔離層與負(fù)極集電體形成的空間中充填電解液，同時(shí)充填負(fù)極活性物質(zhì)的粉末或成型體，正極活性物質(zhì)與負(fù)極活性物質(zhì)夾著隔離層交叉裝入構(gòu)成。
在上述結(jié)構(gòu)中，將夾著蛇狀的隔離層交叉充填的至少一種正極活性物質(zhì)和至少一種負(fù)極活性物質(zhì)構(gòu)成的單位單元，并聯(lián)裝入形成于正極集電體和負(fù)極集電體之間的單元中，以此可以謀求高輸出化。
又，隔著隔板將夾著隔離層蛇狀裝入正極活性物質(zhì)和負(fù)極活性物質(zhì)的上述電池串聯(lián)疊層，可以得到高電壓。
又，隔著隔板將并列裝入上述單位單元的電池串聯(lián)疊層，可以得到高電壓。
又，在上述結(jié)構(gòu)中，作為充填的正極活性物質(zhì)、負(fù)極活性物質(zhì)的形態(tài)可以采用粉末狀或顆粒狀、板狀、塊狀或棒狀的成型體、或?qū)㈩w粒二次成型為塊狀或板狀的成型體、或是將粉末或顆粒做成糊狀的形態(tài)等。在做成糊狀的情況下，作為使粉末等分散的溶劑，可以使用聚乙烯醇(PVA)等。
又，在上述結(jié)構(gòu)中，最好是在夾著蛇狀隔離層裝入的活性物質(zhì)的任意處(表面和內(nèi)部)設(shè)置離子通過(guò)型集電體。
又，在上述結(jié)構(gòu)中，最好是夾著蛇狀隔離層裝入的活性物質(zhì)的表面的任意面用離子通過(guò)型集電體覆蓋。在這種情況下，可以使用以離子通過(guò)型集電體覆蓋活性物質(zhì)表面并形成一體的材料。
作為離子通過(guò)型集電體，可以使用內(nèi)部具有空隙，離子能通過(guò)，具有導(dǎo)電性的材料，就可以使用發(fā)泡的金屬鎳、鎳金屬網(wǎng)、鍍鎳沖孔金屬、鋼板網(wǎng)等金屬、鍍鎳聚氨酯等發(fā)泡樹脂、鍍鎳聚乙烯、聚丙烯、尼龍、棉、碳纖維等的多孔材料、二氧化硅、氧化鋁等無(wú)機(jī)纖維的鍍鎳材料、有機(jī)纖維鍍鎳的材料、毛氈鍍鎳材料以及云母等無(wú)機(jī)箔材鍍鎳材料等。
作為隔離層使用在堿性電解液中不腐蝕變質(zhì)，能夠?qū)崿F(xiàn)電絕緣而且離子能通過(guò)的材料，可使用四氟乙烯樹脂、聚乙烯、聚丙烯、及尼龍等構(gòu)成的織物、無(wú)紡布或膜濾器等。
作為正極集電體和負(fù)極集電體有在堿性電解液中不腐蝕變質(zhì)，離子不能通過(guò)，具有導(dǎo)電性的材料，可使用鎳金屬板、鎳金屬箔、碳素、鍍鎳的鐵、鍍鎳不銹鋼以及鍍鎳碳素等。
作為隔板可使用在堿性電解液中不腐蝕變質(zhì)，離子不能通過(guò)，具有導(dǎo)電性的材料，就可使用例如鎳金屬板、鎳金屬箔、碳素、鍍鎳的鐵、鍍鎳不銹鋼以及鍍鎳碳素等。
作為活性物質(zhì)，可以使用使電池反應(yīng)發(fā)生的材料中添加導(dǎo)電性填料和樹脂，使其硬化的材料。
作為活性物質(zhì)的材料，不管電池的種類以及正極、負(fù)極，可以采用所有的活性物質(zhì)材料?？梢允褂美纾鳛殒嚒涠坞姵氐恼龢O活性物質(zhì)的氫氧化鎳、作為鎳·氫二次電池負(fù)極活性物質(zhì)的吸氫合金等。
作為導(dǎo)電性填料，可以單獨(dú)使用或組合使用碳纖維、碳纖維鍍鎳的材料、碳素顆粒、碳素顆粒鍍鎳材料、有機(jī)纖維鍍鎳材料、二氧化硅、氧化鋁等無(wú)機(jī)纖維鍍鎳的材料、云母等無(wú)機(jī)物箔材的鍍鎳材料、纖維狀鎳、鎳顆粒以及鎳箔等。
又，作為加入到活性物質(zhì)中的樹脂，可以使用軟化溫度為120℃以下的熱可塑性樹脂、硬化溫度從常溫到120℃的樹脂、蒸發(fā)溫度在120℃以下的溶劑中溶解的樹脂、在可溶于水的溶劑中溶解的樹脂、或者在可溶于乙醇的溶劑中溶解的樹脂。例如在使用氫氧化鎳作為活性物質(zhì)的情況下，由于在130℃以上會(huì)失去活性，因此有必要在不到130℃進(jìn)行各種處理。又，由于將活性物質(zhì)使用于堿性電解液中，因此必須具有耐堿性。
作為軟化溫度為120℃以下的熱可塑性樹脂，可以使用聚乙烯、聚丙烯、乙烯醋酸乙烯共聚物(EVA)等。作為硬化溫度從常溫到120℃的樹脂，可以使用反應(yīng)硬化樹脂(環(huán)氧樹脂、聚氨酯樹脂、不飽和聚酯樹脂等)、熱硬化型樹脂(酚醛樹脂等)等。作為在蒸發(fā)溫度為120℃以下的溶劑中溶解的樹脂，可以使用上述熱可塑性樹脂?？扇芙庥谌軇┑臉渲梢赃@樣使用，即可以使其溶解于溶劑中然后添加于活性物質(zhì)中，然后用的蒸發(fā)、提取等方法去除該溶劑。此外，作為在可溶于水并且可以提取的溶劑中溶解的樹脂，可以使用聚醚砜(PES)樹脂、聚苯乙烯、聚砜、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚酰胺、聚酰亞胺等。又，作為可溶于乙醇并可抽取的溶劑中溶解的樹脂，可以使用醋酸纖維素、氧化苯醚(PPO)等。
本發(fā)明由于具有上述結(jié)構(gòu)，所以能夠達(dá)到下述效果。
(1)采用解決第1課題用的發(fā)明，具有如下所述的優(yōu)良效果。
①在制造三維電池的電極時(shí)，將活性物質(zhì)與隔離層、隔板、集電體進(jìn)行多種組合成型，因此，電池組裝時(shí)的零部件數(shù)目減少，可以謀求減少組裝時(shí)間和組裝成本。
②通過(guò)在隔板或集電體上形成針狀、板狀、波紋狀、顆粒狀等形狀的突起，增加了集電面積，因此能夠進(jìn)行高效率地充放電(大電流充放電)，提高電池性能。
③使用在內(nèi)部具有空隙的離子通過(guò)型集電體，可以增加集電面積，因此能夠高效率地充放電(大電流充放電)，提高電池性能。
④通過(guò)采用具有冷卻結(jié)構(gòu)的隔板和集電體，可以抑制由于電池反應(yīng)而產(chǎn)生的溫度上升，因此能夠提高電池性能。
(2)采用解決第2課題用的發(fā)明，具有如下所述的優(yōu)良效果。
①通過(guò)夾著隔離層蛇狀配置正極活性物質(zhì)和負(fù)極活性物質(zhì)，使正極活性物質(zhì)與負(fù)極活性物質(zhì)靠近，因此電子的移動(dòng)距離變短，能夠得到高輸出，而且離子的擴(kuò)散距離變短，能夠得到良好的離子擴(kuò)散效果。又，在過(guò)充電等引起活性物質(zhì)發(fā)生氣體的情況下，氣體向其相反電極移動(dòng)并被消耗掉，因此容易密封。
②使用將正極活性物質(zhì)、負(fù)極活性物質(zhì)分別以多孔鎳等離子通過(guò)型集電體覆蓋的材料，活性物質(zhì)與集電體的距離變近，電子的移動(dòng)距離縮短，同時(shí)集電面積增大，能夠得到電阻小的高性能電池。
③通過(guò)將多個(gè)單位單元蛇狀地裝填于電池單元中，容易實(shí)現(xiàn)大型化(提高等級(jí))，而且由于沒(méi)有使電阻增大的焊接處，不會(huì)因?yàn)榇笮突鴮?dǎo)致性能下降。又可以減少制造成本和制作時(shí)間。
④由于電池單元內(nèi)存在比較多的隔離層和離子通過(guò)型集電體，每單位體積的正極活性物質(zhì)和負(fù)極活性物質(zhì)的充填量少，能夠確保單元內(nèi)有較多的電解液，不容易發(fā)生電解液干枯，固液反應(yīng)(電池反應(yīng))不發(fā)生的“干旱(dry out)”現(xiàn)象。
⑤在需要高輸出的電池性能的情況下，通過(guò)減少活性物質(zhì)的厚度，使隔離層和離子通過(guò)型集電體比例相對(duì)增加，體積能量密度下降，但是能夠得到高輸出的電池。
⑥在不需要高輸出的電池性能的情況下，通過(guò)增加活性物質(zhì)的厚度，使隔離層和離子通過(guò)型集電體比例相對(duì)減小，可以得到體積能量密度大的電池。
⑦只要增減活性物質(zhì)的厚度，就能夠任意改變電池的規(guī)格，容易得到所希望的電池規(guī)格。


圖1是表示具有顆粒狀的正極活性物質(zhì)和顆粒狀的負(fù)極活性物質(zhì)的電池的一個(gè)例子的概略剖面結(jié)構(gòu)圖。
圖2是表示疊層型三維電池的單元的結(jié)構(gòu)一個(gè)例子的模式圖。
圖3是表示設(shè)有突起的集電體(隔板)的一個(gè)例子的平面圖。
圖4是表示設(shè)有突起的集電體(隔板)的一個(gè)例子的側(cè)面圖。
圖5是具有冷卻結(jié)構(gòu)的集電體(隔板)的一個(gè)例子的立體圖。
圖6是表示本發(fā)明的高輸出型三維電池的第1實(shí)施形態(tài)中的一例(只是基本組合)的模式圖。
圖7是表示本發(fā)明的高輸出型三維電池的第1實(shí)施形態(tài)中的其他例子(只是基本組合)的模式圖。
圖8是表示本發(fā)明的高輸出型三維電池的第2實(shí)施形態(tài)中的一個(gè)例子(將4個(gè)單元并列裝填)的模式圖。
圖9是表示本發(fā)明的高輸出型三維電池的第3實(shí)施形態(tài)中的一個(gè)例子(將4個(gè)單元并列裝填、4層串聯(lián)層疊)的模式圖。
圖10是表示本發(fā)明的高輸出型三維電池的第4實(shí)施形態(tài)中的一個(gè)例子(只是基本組合、厚型活性物質(zhì))的模式圖。
圖11是表示本發(fā)明的高輸出型三維電池的第5實(shí)施形態(tài)中的一個(gè)例子(只是基本組合)的模式圖。
圖12是表示本發(fā)明的高輸出型三維電池的第5實(shí)施形態(tài)中的其他例子(將2個(gè)單元并列裝填)的模式圖。
圖13是表示本發(fā)明的高輸出型三維電池的第6實(shí)施形態(tài)中的一個(gè)例子的部分放大模式圖。
圖14是表示本發(fā)明的高輸出型三維電池的第6實(shí)施形態(tài)中的其他例子的部分放大模式圖。
圖15是表示本發(fā)明的高輸出型三維電池的第6實(shí)施形態(tài)中的其他例子的部分放大模式圖。
圖16是表示本發(fā)明的高輸出型三維電池的第6實(shí)施形態(tài)中的其他例子的部分放大模式圖。
圖17是表示本發(fā)明的高輸出型三維電池的第6實(shí)施形態(tài)中的另外一些其他例子的部分放大模式圖。
具體實(shí)施例方式
以下對(duì)本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)進(jìn)行說(shuō)明，但本發(fā)明不受下述實(shí)施形態(tài)的任何限制，并且可以適當(dāng)變更實(shí)施。
首先就有關(guān)三維電池的電池反應(yīng)的詳細(xì)情況，參考圖1進(jìn)行說(shuō)明。
圖1表示具有顆粒狀正極活性物質(zhì)與顆粒狀負(fù)極物質(zhì)的電池的一個(gè)例子。如圖1所示，隔著離子滲透性填料(隔離層)1設(shè)置負(fù)極單元2、正極單元3，將負(fù)極的顆粒狀活性物質(zhì)4與電解質(zhì)溶液同時(shí)裝填于負(fù)極單元2，將正極顆粒狀活性物質(zhì)5與電解質(zhì)溶液同時(shí)裝填于正極單元3。顆粒狀活性物質(zhì)作為固定層存在于電解質(zhì)溶液中。圖1中，為方便起見(jiàn)，將各顆粒狀活性物質(zhì)的大小表示成一樣，但實(shí)際上各顆粒狀活性物質(zhì)的大小當(dāng)然是不同的。
而且，隔離層1是用于電絕緣并使離子通過(guò)的過(guò)濾膜，且是粉末顆粒不能通過(guò)的膜，使用例如素陶、離子交換樹脂膜、高分子纖維等。
又，在負(fù)極單元2、正極單元3中，分別設(shè)置導(dǎo)電體構(gòu)成的負(fù)極集電器(體)6、正極集電器(體)7，集電器6、7與負(fù)載裝置(放電的情況下)或發(fā)電裝置(充電的情況下)8連接。9是電解液界面。
下面就本實(shí)施例的電池對(duì)充電和放電的機(jī)制進(jìn)行說(shuō)明。
充電在電池上加電壓，由負(fù)極集電器6提供電子。電子由負(fù)極集電器6直接或通過(guò)粉末顆粒移動(dòng)到負(fù)極的粉末顆?；钚晕镔|(zhì)上并發(fā)生反應(yīng)。由反應(yīng)發(fā)生的離子通過(guò)隔離層1進(jìn)入正極單元3，在這里與正極的粉末顆粒活性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)放出電子。該電子通過(guò)粉末顆?；蛑苯右苿?dòng)到正極集電器7，被送到發(fā)電裝置8。
放電在電池上加負(fù)載，由負(fù)極集電器6提供電子。電子由在負(fù)極單元2內(nèi)陽(yáng)離子化的活性物質(zhì)放出，直接或通過(guò)粉末顆粒移動(dòng)到負(fù)極集電器6。由反應(yīng)發(fā)生的離子通過(guò)隔離層1進(jìn)入正極單元3，在這里與正極的粉末顆?；钚晕镔|(zhì)及電子發(fā)生反應(yīng)。電子通過(guò)粉末顆?；蛑苯右苿?dòng)到正極集電器7，提供給負(fù)載裝置8。
(1)解決第一課題的發(fā)明實(shí)施形態(tài)以下，圖2模式性表示層疊型三維電池的單元結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子。圖2是3層層疊型三維電池。隔著通過(guò)在堿性電解溶液中不發(fā)生腐蝕等變質(zhì)，能夠?qū)崿F(xiàn)電絕緣且離子能夠通過(guò)的物質(zhì)構(gòu)成的隔離層10，分別形成正極、負(fù)極的單元，將正極活性物質(zhì)12、負(fù)極活性物質(zhì)14與分別與電解質(zhì)(KOH、NaOH、LiOH等)溶液一起裝填于正極單元、負(fù)極單元。正極單元、負(fù)極單元構(gòu)成的單位電池隔著在堿性電解液中不腐蝕變質(zhì)的，離子不能夠通過(guò)的具有導(dǎo)電性的物質(zhì)構(gòu)成的隔板16串聯(lián)疊層，在兩端部的單元設(shè)置與正極活性物質(zhì)12接觸的正極集電體18、與負(fù)極活性物質(zhì)14接觸的負(fù)極集電體20。正極集電體18、負(fù)極集電體20由在堿性電解液中不腐蝕變質(zhì)的，離子不能夠通過(guò)的具有導(dǎo)電性的物質(zhì)構(gòu)成，通過(guò)集電體向外部供電。
作為隔離層10，可以采用四氟乙烯樹脂、聚乙烯、聚丙烯、尼龍等的織物、無(wú)紡布或膜濾器等。隔板16、正極集電體18、負(fù)極集電體20可以使用鎳金屬板、鎳金屬箔、碳素、鍍鎳的鐵、鍍鎳的不銹鋼以及鍍鎳碳素等。又，隔板16、正極集電體18、負(fù)極集電體20可以是平板狀，但是最好是帶有針狀、板狀、波紋狀、顆粒狀等形狀的突起，以便能夠使集電面積增大。例如，如圖3、4所示，可以在集電體(或隔板)24上設(shè)置突起26。又，可以采用具有能夠使隔板16、正極集電體18、負(fù)極集電體20的內(nèi)部流通致冷劑的冷卻結(jié)構(gòu)的集電體和隔板。例如，如圖5所示，可以采用在板狀的集電體(或隔板)28內(nèi)部蛇狀配置使致冷劑流通的傳熱管30的冷卻結(jié)構(gòu)。32是致冷劑入口，34是致冷劑出口。
又，為了增大與活性物質(zhì)的接觸面，擴(kuò)大集電面積，作為旁路用的集電體，最好是附加鎳金屬網(wǎng)、鍍鎳的鐵或不銹鋼等形成的網(wǎng)狀體(沖孔金屬、鋼板網(wǎng)等)、發(fā)泡的金屬鎳、鍍鎳的發(fā)泡樹脂、鍍鎳的碳纖維、有機(jī)纖維鍍鎳材料、毛氈鍍鎳材料、二氧化硅、氧化鋁等無(wú)機(jī)纖維的鍍鎳材料、以及云母等無(wú)機(jī)箔材鍍鎳材料等，內(nèi)部具有空隙，離子能通過(guò)具有導(dǎo)電性的離子通過(guò)型集電體。在圖2中，作為一個(gè)例子，將離子通過(guò)型集電體22設(shè)置于隔離層10與正極活性物質(zhì)12之間，將離子通過(guò)型集電體22與正極集電體18連接作為一個(gè)集電體?？稍诟綦x層一側(cè)也設(shè)置離子通過(guò)型集電體，可以有更多的面與活性物質(zhì)接觸，可增加集電面積。
上述三維電池中，作為引起電池反應(yīng)的活性物質(zhì)，不管電池的種類和正負(fù)極，可以采用所有的活性物質(zhì)材料。例如，在鎳·氫電池的情況下，作為正極活性物質(zhì)12，可以采用氫氧化鎳，作為負(fù)極活性物質(zhì)14采用吸氫合金，還有，在鎳鎘電池的情況下，正極活性物質(zhì)12可以采用氫氧化鎳，負(fù)極活性物質(zhì)14可以采用鎘。
作為活性物質(zhì)，采用粉末狀的材料、或添加導(dǎo)電性填料與樹脂形成顆粒狀、板狀等形狀的材料，這種活性物質(zhì)與多種隔離層、隔板、集電體(也包括離子通過(guò)型集電體)組合形成一整體作為電極材料使用。下面對(duì)電極材料的制造方法進(jìn)行敘述。
導(dǎo)電性填料是碳纖維、碳纖維鍍鎳的材料、碳素顆粒、碳素顆粒鍍鎳的材料、有機(jī)纖維鍍鎳的材料、二氧化硅、氧化鋁等無(wú)機(jī)纖維鍍鎳的材料、云母等無(wú)機(jī)箔材鍍鎳的材料、纖維狀鎳、鎳顆粒以及鎳箔等。
將活性物質(zhì)成型為顆粒狀、板狀等形狀時(shí)添加的樹脂可以使用聚乙烯、聚丙烯、乙烯醋酸乙烯共聚物等熱可塑性樹脂。在這種情況下，又可以將熱可塑性樹脂加熱使其熔化，與活性物質(zhì)材料等混合分散，但是又可以用溶劑溶解樹脂后進(jìn)行添加。例如聚乙烯、聚丙烯、乙烯醋酸乙烯共聚物等可溶解于加熱的苯、甲苯、二甲苯等溶劑中。
將在這些溶劑中溶解的樹脂與活性物質(zhì)材料，根據(jù)需要還和導(dǎo)電性填料混合之后，使溶劑蒸發(fā)將其去除，能夠做成用樹脂固化的活性物質(zhì)成型體。
又，作為反應(yīng)硬化型樹脂，可以使用環(huán)氧樹脂、聚氨酯樹脂、不飽和聚酯樹脂等，作為熱硬化型樹脂，酚醛樹脂等可以作為粘接劑使用。
又，在將活性物質(zhì)成型為顆粒狀、板狀等形狀時(shí)，添加溶解于可溶于水的溶劑的樹脂時(shí)，用水將該溶劑提取出去除，可以做成用樹脂固化的活性物質(zhì)成型體。例如聚醚砜(PES)樹脂可溶劑于二甲亞砜(DMSO)。又，聚苯乙烯可溶于丙酮，聚砜可溶解于二甲基甲酰胺(DMF)，DMSO，聚丙烯腈可溶于DMF、DMSO、碳酸乙烯酯，聚偏氟乙烯可溶于DMF、DMSO或N-甲基-2吡咯烷酮(NMP)，聚酰胺可溶解于DMF、NMP，聚酰亞胺可溶解于DMF、NMP。
又，將活性物質(zhì)成型為顆粒狀、板狀等形狀時(shí)添加溶于可溶解于乙醇的溶劑中的樹脂的情況下，用乙醇將該溶劑抽取去除，可以做成用樹脂固化的活性物質(zhì)成型體。例如醋酸纖維素可溶于二氯甲烷，氧化亞苯醚(PPO)也可溶于二氯甲烷。
又，成型為顆粒狀、板狀等形狀的活性物質(zhì)表面也可以涂布碳纖維、碳纖維鍍鎳的材料、有機(jī)纖維鍍鎳的材料、二氧化硅、氧化鋁等無(wú)機(jī)纖維上鍍鎳的材料、云母等無(wú)機(jī)箔材鍍鎳的材料、碳素粉末、碳素粉末鍍鎳的材料、纖維狀鎳、鎳粉以及鎳箔等導(dǎo)電性材料。作為涂布的方法，可以在成型體硬化之前，添加這些金屬粉、金屬纖維、鍍金屬的纖維等，通過(guò)旋轉(zhuǎn)、攪拌等方法，使這些材料在柔軟狀態(tài)的成型體外表面上附著。在用樹脂固化后的成型體的情況下，用熱軟化樹脂的成型體、用可溶解于溶劑的樹脂的成型體的情況下，可以加熱使成型體溫度升高軟化，或添加溶劑使其膨脹濕潤(rùn)、軟化等，使成型體處于未硬化狀態(tài)，然后在其上添加金屬。又可以在成型為顆粒狀、板狀等形狀的活性物質(zhì)表面上鍍鎳。
下面對(duì)本發(fā)明的三維電池的電極材料的制造方法進(jìn)行說(shuō)明。在制造三維電池的電極時(shí)，將具有上述結(jié)構(gòu)的活性物質(zhì)與隔離層、隔板、集電體(也包括離子通過(guò)型集電體)中的一種或多種加以組合成型為一整體。
作為成型方法，可以將活性物質(zhì)材料粉末與導(dǎo)電性填料、樹脂混合、攪拌得到的材料與隔離層、隔板和/或集電體形成一整體，一邊加熱一邊加壓成型。在這種情況下，也可以不加壓而利用混合導(dǎo)電性填料的樹脂成型。作為樹脂?？梢允褂蒙鲜鼍垡蚁?、聚丙烯、乙烯醋酸乙烯共聚物等熱可塑性樹脂。
又，可以在加熱的甲苯、加熱的二甲苯等溶劑中溶解的熱可塑性樹脂中混合活性物質(zhì)材料粉末和導(dǎo)電性填料后進(jìn)行分散，一邊攪拌一邊造粒，制造活性物質(zhì)的造粒顆粒，將該活性物質(zhì)的造粒顆粒與隔離層、隔板和/或集電體成型為一整體，一邊加熱一邊加壓成型。這時(shí)，通過(guò)使成型體中還有的溶劑蒸發(fā)可以使樹脂固化。在這種情況下，也可以不加壓而利用混合有導(dǎo)電性填料的樹脂進(jìn)行成型。
又，將成型為顆粒狀、板狀等形狀的活性物質(zhì)與隔離層、隔板和/或集電體一體成型時(shí)，可以不新添加樹脂，而使成型體中含有的樹脂再度熔化后進(jìn)行一體成型。
又，可以使用反應(yīng)硬化型樹脂(環(huán)氧樹脂、聚氨酯樹脂、不飽和聚酯樹脂等)、熱硬化型樹脂(酚醛樹脂等)等進(jìn)行一體成型。
又，作為可溶于水的溶劑中溶解的樹脂也可以使用溶于DMSO的PES樹脂、溶于丙酮的聚苯乙烯、溶于DMF、DMSO的聚砜、溶解DMF、DMSO、乙烯碳酸酯的聚苯烯腈，溶解于DMF、DMSO、NMP的聚偏氟乙烯、溶解于DMF、NMP的聚酰胺、溶解于DMF、NMP的聚酰亞胺等一體成型，在這種情況下，用水從成型體中抽取去除溶劑。又，作為溶解于可溶于乙醇的溶劑中的樹脂，也可以使用溶解于二氯甲烷的醋酸纖維素、可溶于二氯甲烷的氧化亞苯醚(PPO)等進(jìn)行一體成型。在這種情況下，用乙醇從成型體中抽取溶劑將其去除。
在用本發(fā)明的方法制造的電極結(jié)構(gòu)中，活性物質(zhì)與隔離層、隔板、集電體多種組合成型，因此電池組裝時(shí)的零部件數(shù)目減少，可以謀求減少組裝時(shí)間和組裝成本。
下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例加以說(shuō)明。
實(shí)施例1在容積為10升的亨舍爾混合機(jī)(Henschel mixer)中放入150克顆粒狀的石墨(乙炔碳黑)，以1000rpm的轉(zhuǎn)速攪拌約3分鐘，使顆粒狀石墨充分分散。再在其中添加氫氧化鎳粉末1000克、碳纖維(商品名為“DONER-247”)100克、以1000rpm的轉(zhuǎn)速攪拌約3分鐘。再在其中添加150克乙烯醋酸乙烯共聚物，在軟化溫度以上130℃以下的溫度進(jìn)行10分鐘的攪拌、混合。在剖面大小為100mm×100mm的型框底部預(yù)先敷設(shè)隔離層(尼龍無(wú)紡布)，再?gòu)钠渖铣涮钏鰵溲趸嚮旌衔?。從上部一邊加熱一邊施?.1MPa的壓力進(jìn)行加壓成型，在該狀態(tài)下降低溫度使樹脂硬化。從型框取出該成型物體，得到活性物質(zhì)與隔離層一體成型的電極材料。
實(shí)施例2用與實(shí)施例1相同的方法將氫氧化鎳粉末與導(dǎo)電性填料和樹脂加以混合、攪拌，得到氫氧化鎳混合物。在剖面大小為100mm×100mm的型框底部預(yù)先敷設(shè)隔離層(尼龍無(wú)紡布)，再?gòu)钠渖铣涮钏鰵溲趸嚮旌衔铩Ｔ谛涂蛑胁皇┘訅毫Φ厥蛊淅鋮s，使樹脂硬化。從型框取出該成型品，得到活性物質(zhì)與隔離層一體成型的電極材料。
實(shí)施例3用與實(shí)施例1相同的方法將氫氧化鎳粉末與導(dǎo)電性填料和樹脂加以混合、攪拌，得到氫氧化鎳混合物。在剖面大小為100mm×100mm的型框底部預(yù)先敷設(shè)集電體(鎳板)，再?gòu)钠渖铣涮钏鰵溲趸嚮旌衔?。從上部一邊加熱一邊施?.1MPa的壓力進(jìn)行加壓成型，在該狀態(tài)下降低溫度使樹脂硬化。從型框取出該成型品，得到活性物質(zhì)與集電體一體成型的電極材料。
實(shí)施例4用與實(shí)施例1相同的方法將氫氧化鎳粉末與導(dǎo)電性填料和樹脂加以混合、攪拌，得到氫氧化鎳混合物。在剖面大小為100mm×100mm的型框底部預(yù)先敷設(shè)集電體(鎳板)，再?gòu)钠渖铣涮钏鰵溲趸嚮旌衔?。在型框中不施加壓力地使其冷卻，使樹脂硬化。從型框取出該成型品，得到活性物質(zhì)與集電體一體成型的電極材料。
實(shí)施例5用與實(shí)施例1相同的方法將氫氧化鎳粉末與導(dǎo)電性填料和樹脂加以混合、攪拌，得到氫氧化鎳混合物。在剖面大小為100mm×100mm的型框底部預(yù)先敷設(shè)隔離層(尼龍無(wú)紡布)，再?gòu)钠渖铣涮钏鰵溲趸嚮旌衔?。再在其上?cè)設(shè)置集電體(鎳板)。從上部一邊加熱一邊施加0.1MPa的壓力進(jìn)行加壓成型，在該狀態(tài)下降低溫度使樹脂硬化。從型框取出該成型品，得到活性物質(zhì)、隔離層和集電體一體成型的電極材料。
實(shí)施例6用與實(shí)施例1相同的方法將氫氧化鎳粉末與導(dǎo)電性填料和樹脂加以混合、攪拌，得到氫氧化鎳混合物。在剖面大小為100mm×100mm的型框底部預(yù)先敷設(shè)隔離層(尼龍無(wú)紡布)，再?gòu)钠渖铣涮钏鰵溲趸嚮旌衔?。再在其上?cè)設(shè)置集電體(鎳板)。在型框中不施加壓力地使其冷卻，使樹脂硬化。從型框取出該成型品，得到活性物質(zhì)、隔離層和集電體一體成型的電極材料。
實(shí)施例7用與實(shí)施例1相同的方法將氫氧化鎳粉末與導(dǎo)電性填料和樹脂加以混合、攪拌，得到氫氧化鎳混合物。在剖面大小為100mm×100mm的型框底部預(yù)先敷設(shè)隔離層(尼龍無(wú)紡布)，在其上設(shè)置離子通過(guò)型集電體(發(fā)泡鎳片)。再?gòu)钠渖铣涮钏鰵溲趸嚮旌衔?。然后再在其上?cè)設(shè)置集電體(鎳板)。這時(shí)使離子通過(guò)型集電體與集電體接觸。從上部一邊加熱一邊施加0.1MPa的壓力進(jìn)行加壓成型，在該狀態(tài)下降低溫度使樹脂硬化。從型框取出該成型品，得到活性物質(zhì)、隔離層、離子通過(guò)型集電體和集電體一體成型的電極材料。
實(shí)施例8用與實(shí)施例1相同的方法將氫氧化鎳粉末與導(dǎo)電性填料和樹脂加以混合、攪拌，得到氫氧化鎳混合物。在剖面大小為100mm×100mm的型框底部預(yù)先敷設(shè)隔離層(尼龍無(wú)紡布)，在其上設(shè)置離子通過(guò)型集電體(發(fā)泡鎳片)。再?gòu)钠渖铣涮钏鰵溲趸嚮旌衔铩Ｈ缓笤僭谄渖蟼?cè)設(shè)置集電體(鎳板)。這時(shí)使離子通過(guò)型集電體與集電體接觸。在型框中不施加壓力地使其冷卻，使樹脂硬化。從型框取出該成型品，得到活性物質(zhì)、隔離層、離子通過(guò)型集電體和集電體一體成型的電極材料。
實(shí)施例9在容積為10升的亨舍爾混合機(jī)中放入150克顆粒狀的石墨(乙炔碳黑)，以1000rpm的轉(zhuǎn)速攪拌約3分鐘，使顆粒狀石墨充分分散，再添加1000克的氫氧化鎳粉末和100克碳纖維(商品名為“DONER-247”)，以1000rpm的轉(zhuǎn)速攪拌混合約3分鐘。另外，在加熱到60℃的1000克二甲苯中添加150克乙烯醋酸乙烯共聚物，使其溶解。在加熱到60℃的上述氫氧化鎳粉末與導(dǎo)電性填料的混合物中，添加溶解于加熱二甲苯中的樹脂，一邊加熱到60℃并保持該溫度一邊用亨舍爾混合機(jī)攪拌。接著，一邊攪拌一邊使亨舍爾混合機(jī)冷卻，將混合物冷卻粉碎形成粉末狀。將該粉末倒入高速混合機(jī)中，用攪拌裝置一邊攪拌全部粉末一邊用切碎機(jī)調(diào)節(jié)制成的顆粒的粒徑。高速混合機(jī)是容量為2升容量的混合機(jī)，攪拌裝置的轉(zhuǎn)速為600rpm，切碎機(jī)的轉(zhuǎn)速為1500rpm，以該條件一邊攪拌一邊把粉末的溫度從常溫升高到50℃。制造的顆粒生成之后，一邊冷卻一邊停止攪拌。顆粒由于包含二甲苯，將該顆粒放入減壓烘干機(jī)中，加熱到50℃以去除二甲苯。將該顆粒冷卻之后，用2.88mm目的篩子和1mm目的篩子過(guò)篩，制成粒徑為1～2.88mm的顆粒。
在剖面大小為100mm×100mm的型框底部預(yù)先敷設(shè)集電體(鎳板)，再?gòu)钠渖铣涮钏鲈炝５念w粒。從上部一邊加熱一邊施加0.1MPa的壓力進(jìn)行加壓成型，在該狀態(tài)下降低溫度使樹脂硬化。從型框取出該成型品，得到活性物質(zhì)和集電體一體成型的電極材料。
實(shí)施例10用與實(shí)施例9相同的方法將氫氧化鎳粉末與導(dǎo)電性填料和樹脂加以混合、攪拌進(jìn)行造粒。在剖面大小為100mm×100mm的型框底部預(yù)先敷設(shè)集電體(鎳板)，再?gòu)钠渖铣涮钏鲈炝ｎw粒。在型框中不施加壓力地使其冷卻，使樹脂硬化。從型框取出該成型品，得到活性物質(zhì)與集電體一體成型的電極材料。
實(shí)施例11在容積為10升的亨舍爾混合機(jī)中放入150克顆粒狀的石墨(乙炔碳黑)，以1000rpm的轉(zhuǎn)速攪拌約3分鐘，使顆粒狀石墨充分分散，再添加2500克的吸氫合金粉末和100克碳纖維(商品名為“DONER-247”)，以1000rpm的轉(zhuǎn)速攪拌混合約3分鐘。另外，在加熱到60℃的1000克二甲苯中添加150克乙烯醋酸乙烯共聚物，使其溶解。在加熱到60℃的上述吸氫合金粉末與導(dǎo)電性填料的混合物中，添加溶解于加熱的二甲苯中的樹脂，加熱到60℃一邊保持該溫度一邊用亨舍爾混合機(jī)攪拌。接著，一邊攪拌一邊使亨舍爾混合機(jī)冷卻，將混合物冷卻粉碎形成粉末狀。將該粉末倒入高速混合機(jī)中，用攪拌裝置一邊攪拌全部粉末一邊用切碎機(jī)調(diào)節(jié)制成的顆粒的粒徑。高速混合機(jī)是容量為2升容量的混合機(jī)，攪拌裝置的轉(zhuǎn)速為600rpm，切碎機(jī)的轉(zhuǎn)速為1500rpm，以該條件一邊攪拌一邊把粉末的溫度從常溫升高到50℃。制造的顆粒生成之后，一邊冷卻一邊停止攪拌。顆粒由于包含二甲苯，將該顆粒放入減壓烘干機(jī)中，加熱到50℃以去除二甲苯。將該顆粒冷卻之后，用2.88mm目的篩子和1mm目的篩子過(guò)篩，制成粒徑為1～2.88mm的造粒顆粒。
在剖面大小為100mm×100mm的型框底部預(yù)先敷設(shè)集電體(鎳板)，再?gòu)钠渖铣涮钏鲈炝５念w粒。從上部一邊加熱一邊施加0.1MPa的壓力進(jìn)行加壓成型，在該狀態(tài)下降低溫度使樹脂硬化。從型框取出該成型品，得到活性物質(zhì)和集電體一體成型的電極材料。
實(shí)施例12在容積為10升的亨舍爾混合機(jī)中放入150克顆粒狀的石墨(乙炔碳黑)，以1000rpm的轉(zhuǎn)速攪拌約3分鐘，使顆粒狀石墨充分分散，再在其中添加2500克沙(豐浦標(biāo)準(zhǔn)沙)、100克碳纖維(商品名為“DONER-247”)，以1000rpm的轉(zhuǎn)速攪拌混合約3分鐘。另外，在加熱到60℃的1000克二甲苯中添加150克乙烯醋酸乙烯共聚物，使其溶解。在加熱到60℃的上述沙和導(dǎo)電性填料的混合物中添加溶解于加熱的二甲苯中的樹脂，加熱到60℃一邊保持該溫度一邊用亨舍爾混合機(jī)攪拌。接著，一邊攪拌一邊使亨舍爾混合機(jī)冷卻，將混合物冷卻粉碎形成粉末狀。將該粉末倒入高速混合機(jī)中，用攪拌裝置一邊攪拌全部粉末一邊用切碎機(jī)調(diào)節(jié)制成的顆粒的粒徑。高速混合機(jī)是容量為2升容量的混合機(jī)，攪拌裝置的轉(zhuǎn)速為600rpm，切碎機(jī)的轉(zhuǎn)速為1500rpm，以該條件一邊攪拌一邊把粉末的溫度從常溫升高到50℃。制造的顆粒生成之后，一邊冷卻一邊停止攪拌。由于顆粒包含二甲苯，將該顆粒放入減壓烘干機(jī)中，加熱到50℃以去除二甲苯。將該顆粒冷卻之后，用2.88mm目的篩子和1mm目的篩子過(guò)篩，得到粒徑為1～2.88mm的造粒顆粒。
在剖面大小為100mm×100mm的型框底部預(yù)先敷設(shè)集電體(鎳板)，再?gòu)钠渖铣涮钏鲈炝５念w粒。從上部一邊加熱一邊施加0.1MPa的壓力進(jìn)行加壓成型，在該狀態(tài)下降低溫度使樹脂硬化。從型框取出該成型品，得到活性物質(zhì)和集電體一體成型的電極材料。
實(shí)施例13
在容積為10升的亨舍爾混合機(jī)中放入150克顆粒狀的石墨(乙炔碳黑)，以1000rpm的轉(zhuǎn)速攪拌約3分鐘，使顆粒狀石墨充分分散，再在其中添加1000克的煤顆粒(大同煤炭的微粉末)、100克碳纖維(商品名為“DONER-247”)，以1000rpm的轉(zhuǎn)速攪拌混合約3分鐘。另外，在加熱到60℃的1000克二甲苯中添加150克乙烯醋酸乙烯共聚物，使其溶解。在加熱到60℃的上述煤和導(dǎo)電性填料的混合物中添加溶解于加熱的二甲苯中的樹脂，加熱到60℃一邊保持該溫度一邊用亨舍爾混合機(jī)攪拌。接著，一邊攪拌一邊使亨舍爾混合機(jī)冷卻，將混合物冷卻粉碎形成粉末狀。將該粉末倒入高速混合機(jī)中，用攪拌裝置一邊攪拌全部粉末一邊用切碎機(jī)調(diào)節(jié)制成的顆粒的粒徑。高速混合機(jī)是容量為2升的混合機(jī)，攪拌裝置的轉(zhuǎn)速為600rpm，切碎機(jī)的轉(zhuǎn)速為1500rpm，以該條件一邊攪拌一邊把粉末的溫度從常溫升高到50℃。制造的顆粒生成之后，一邊冷卻一邊停止攪拌。由于顆粒包含二甲苯，將該顆粒放入減壓烘干機(jī)中，加熱到50℃以去除二甲苯。將該顆粒冷卻之后，用2.88mm目的篩子和1mm目的篩子過(guò)篩，得到粒徑為1～2.88mm的造粒顆粒。
在剖面大小為100mm×100mm的型框底部預(yù)先敷設(shè)集電體(鎳板)，再?gòu)钠渖铣涮钏鲈炝５念w粒。從上部一邊加熱一邊施加0.1MPa的壓力進(jìn)行加壓成型，在該狀態(tài)下降低溫度使樹脂硬化。從型框取出該成型品，得到活性物質(zhì)和集電體一體成型的電極材料。
實(shí)施例14在容積為10升的亨舍爾混合機(jī)中放入150克顆粒狀的石墨(乙炔碳黑)，以1000rpm的轉(zhuǎn)速攪拌約3分鐘，使顆粒狀石墨充分分散，再在其中添加500克的木炭(木材在600℃燒成2小時(shí)的產(chǎn)物)、100克碳纖維(商品名為“DONER-247”)，以1000rpm的轉(zhuǎn)速攪拌混合約3分鐘。另外，在加熱到60℃的1000克二甲苯中添加150克乙烯醋酸乙烯共聚物，使其溶解。在加熱到60℃的上述木炭和導(dǎo)電性填料的混合物中添加溶解于加熱的二甲苯中的樹脂，加熱到60℃一邊保持該溫度一邊用亨舍爾混合機(jī)攪拌。接著，一邊攪拌一邊使亨舍爾混合機(jī)冷卻，將混合物冷卻粉碎形成粉末狀。將該粉末倒入高速混合機(jī)中，用攪拌裝置一邊攪拌全部粉末一邊用切碎機(jī)調(diào)節(jié)制成的顆粒的粒徑。高速混合機(jī)是容量為2升的混合機(jī)，攪拌裝置的轉(zhuǎn)速為600rpm，切碎機(jī)的轉(zhuǎn)速為1500rpm，以該條件一邊攪拌一邊把粉末的溫度從常溫升高到50℃。制造的顆粒生成之后，一邊冷卻一邊停止攪拌。顆粒由于包含二甲苯，將該顆粒放入減壓烘干機(jī)中，加熱到50℃以去除二甲苯。將該顆粒冷卻之后，用2.88mm目的篩子和1mm目的篩子過(guò)篩，得到粒徑為1～2.88mm的造粒顆粒。
在剖面大小為100mm×100mm的型框底部預(yù)先敷設(shè)集電體(鎳板)，再?gòu)钠渖铣涮钏鲈炝５念w粒。從上部一邊加熱一邊施加0.1MPa的壓力進(jìn)行加壓成型，在該狀態(tài)下降低溫度使樹脂硬化。從型框取出該成型品，得到活性物質(zhì)和集電體一體成型的電極材料。
實(shí)施例15在容積為10升的亨舍爾混合機(jī)中放入150克顆粒狀的石墨(乙炔碳黑)，以1000rpm的轉(zhuǎn)速攪拌約3分鐘，使顆粒狀石墨充分分散，再在其中添加500克的二氧化硅(在600℃將稻殼燒成2小時(shí)得到的產(chǎn)物)、100克碳纖維(商品名為“DONER-247”)，以1000rpm的轉(zhuǎn)速攪拌混合約3分鐘。另外，在加熱到60℃的1000克二甲苯中添加150克乙烯醋酸乙烯共聚物，使其溶解。在加熱到60℃的上述二氧化硅和導(dǎo)電性填料的混合物中添加溶解于加熱的二甲苯中的樹脂，加熱到60℃一邊保持該溫度一邊用亨舍爾混合機(jī)攪拌。接著，一邊攪拌一邊使亨舍爾混合機(jī)冷卻，將混合物冷卻粉碎形成粉末狀。將該粉末倒入高速混合機(jī)中，用攪拌裝置一邊攪拌全部粉末一邊用切碎機(jī)調(diào)節(jié)制成的顆粒的粒徑。高速混合機(jī)是容量為2升的混合機(jī)，攪拌裝置的轉(zhuǎn)速為600rpm，切碎機(jī)的轉(zhuǎn)速為1500rpm，以該條件一邊攪拌一邊把粉末的溫度從常溫升高到50℃。制造的顆粒生成之后，一邊冷卻一邊停止攪拌。顆粒由于包含二甲苯，將該顆粒放入減壓烘干機(jī)中，加熱到50℃以去除二甲苯。將該顆粒冷卻之后，用2.88mm目的篩子和1mm目的篩子過(guò)篩，得到粒徑為1～2.88mm的造粒顆粒。
在剖面大小為100mm×100mm的型框底部預(yù)先敷設(shè)集電體(鎳板)，再?gòu)钠渖铣涮钏鲈炝５念w粒。從上部一邊加熱一邊施加0.1MPa的壓力進(jìn)行加壓成型，在該狀態(tài)下降低溫度使樹脂硬化。從型框取出該成型品，得到活性物質(zhì)和集電體一體成型的電極材料。
實(shí)施例16在容積為10升的亨舍爾混合機(jī)中放入150克顆粒狀的石墨(乙炔碳黑)，以1000rpm的轉(zhuǎn)速攪拌約3分鐘，使顆粒狀石墨充分分散，再在其中添加1000克的爐渣(垃圾焚燒灰在1500℃熔化之后冷卻的產(chǎn)物)、100克碳纖維(商品名為“DONER-247”)，以1000rpm的轉(zhuǎn)速攪拌混合約3分鐘。另外，在加熱到60℃的1000克二甲苯中添加150克乙烯醋酸乙烯共聚物，使其溶解。在加熱到60℃的上述爐渣和導(dǎo)電性填料的混合物中添加溶解于加熱的二甲苯中的樹脂，加熱到60℃一邊保持該溫度一邊用亨舍爾混合機(jī)攪拌。接著，一邊攪拌一邊使亨舍爾混合機(jī)冷卻，將混合物冷卻粉碎形成粉末狀。將該粉末倒入高速混合機(jī)中，用攪拌裝置一邊攪拌全部粉末一邊用切碎機(jī)調(diào)節(jié)制成的顆粒的粒徑。高速混合機(jī)是容量為2升的混合機(jī)，攪拌裝置的轉(zhuǎn)速為600rpm，切碎機(jī)的轉(zhuǎn)速為1500rpm，以該條件一邊攪拌一邊把粉末的溫度從常溫升高到50℃。制造的顆粒生成之后，一邊冷卻一邊停止攪拌。顆粒由于包含二甲苯，將該顆粒放入減壓烘干機(jī)中，加熱到50℃以去除二甲苯。將該顆粒冷卻之后，用2.88mm目的篩子和1mm目的篩子過(guò)篩，得到粒徑為1～2.88mm的造粒顆粒。
在剖面大小為100mm×100mm的型框底部預(yù)先敷設(shè)集電體(鎳板)，再?gòu)钠渖铣涮钏鲈炝５念w粒。從上部一邊加熱一邊施加0.1MPa的壓力進(jìn)行加壓成型，在該狀態(tài)下降低溫度使樹脂硬化。從型框取出該成型品，得到活性物質(zhì)和集電體一體成型的電極材料。
實(shí)施例17在容積為10升的亨舍爾混合機(jī)中放入150克顆粒狀的石墨(乙炔碳黑)，以1000rpm的轉(zhuǎn)速攪拌約3分鐘，使顆粒狀石墨充分分散，再在其中添加500克碳(對(duì)碳纖維以1100℃燒成得到的產(chǎn)物)，以1000rpm的轉(zhuǎn)速攪拌混合約3分鐘。另外，在加熱到60℃的1000克二甲苯中添加150克乙烯醋酸乙烯共聚物，使其溶解。在加熱到60℃的上述碳和導(dǎo)電性填料的混合物中添加溶解于加熱的二甲苯中的樹脂，加熱到60℃一邊保持該溫度一邊用亨舍爾混合機(jī)攪拌。接著，一邊攪拌一邊使亨舍爾混合機(jī)冷卻，將混合物冷卻粉碎形成粉末狀。將該粉末倒入高速混合機(jī)中，用攪拌裝置一邊攪拌全部粉末一邊用切碎機(jī)調(diào)節(jié)制成的顆粒的粒徑。高速混合機(jī)是容量為2升的混合機(jī)，攪拌裝置的轉(zhuǎn)速為600rpm，切碎機(jī)的轉(zhuǎn)速為1500rpm，以該條件一邊攪拌一邊把粉末的溫度從常溫升高到50℃。制造的顆粒生成之后，一邊冷卻一邊停止攪拌。顆粒由于包含二甲苯，將該顆粒放入減壓烘干機(jī)中，加熱到50℃以去除二甲苯。將該顆粒冷卻之后，用2.88mm目的篩子和1mm目的篩子過(guò)篩，得到粒徑為1～2.88mm的顆粒作為產(chǎn)品。
在剖面大小為100mm×100mm的型框底部預(yù)先敷設(shè)集電體(鎳板)，再?gòu)钠渖铣涮钏鲈炝５念w粒。從上部一邊加熱一邊施加0.1MPa的壓力進(jìn)行加壓成型，在該狀態(tài)下降低溫度使樹脂硬化。從型框取出該成型品，得到活性物質(zhì)和集電體一體成型的電極材料。
實(shí)施例18用與實(shí)施例1相同的方法將氫氧化鎳粉末、導(dǎo)電性填料與樹脂混合攪拌得到氫氧化鎳的混合物。又制作如圖3、圖4所示的帶有突起的集電體(電池單元內(nèi)尺寸100mm×100mm×10mm用的鎳集電體帶有10mm間距、長(zhǎng)度8mm的突起的集電體)。在剖面大小為100mm×100mm的型框底部預(yù)先敷設(shè)帶有突起的上述集電體，再?gòu)钠渖铣涮钏鰵溲趸嚮旌衔?。從上部一邊加熱一邊施?.1MPa的壓力進(jìn)行加壓成型，在該狀態(tài)下降低溫度使樹脂硬化。從型框取出該成型品，得到活性物質(zhì)和集電體一體成型的電極材料。
實(shí)施例19用與實(shí)施例1相同的方法將氫氧化鎳粉末、導(dǎo)電性填料與樹脂混合攪拌得到氫氧化鎳的混合物。又制作如圖5所示的有冷卻結(jié)構(gòu)的集電體(電池單元內(nèi)尺寸100mm×100mm×10mm用的鎳集電體內(nèi)部配置使冷卻水等致冷劑等流通的傳熱管的集電體)。在剖面大小為100mm×100mm的型框底部預(yù)先敷設(shè)具有冷卻結(jié)構(gòu)的上述集電體，再?gòu)钠渖铣涮钏鰵溲趸嚮旌衔铩纳喜恳贿吋訜嵋贿吺┘?.1MPa的壓力進(jìn)行加壓成型，在該狀態(tài)下降低溫度使樹脂硬化。從型框取出該成型品，得到活性物質(zhì)和集電體一體成型的電極材料。
(2)解決第2課題用的發(fā)明的實(shí)施形態(tài)圖6表示本發(fā)明的高輸出型三維電池的第1實(shí)施形態(tài)的一個(gè)例子。本實(shí)施形態(tài)是只用基本組合構(gòu)成電池的情況。在引起電池反應(yīng)的活性物質(zhì)中添加樹脂和導(dǎo)電性填料使其成型、硬化，制作顆粒狀、板狀、塊狀、棒狀等形狀的活性物質(zhì)成型體。在這種情況下，粉末狀的活性物質(zhì)材料既可以以原來(lái)的樣子使用，也可以二次成型為顆粒狀活性物質(zhì)使用。又可以用PVA等將粉末狀或微顆粒狀的活性物質(zhì)做成糊狀使用。作為引起電池反應(yīng)的活性物質(zhì)，不管電池的種類和正負(fù)極都可以使用所有的活性物質(zhì)，但是在鎳氫二次電池的情況下，作為一個(gè)例子，可以在將2000克氫氧化鎳粉末、200克EVA樹脂、300克導(dǎo)電性填料(碳黑和碳纖維)混合之后用0.1MPa的壓力加壓成型，制作100mm×30mm×3mm厚的板狀的正極活性物質(zhì)40。同樣，在鎳氫二次電池的情況下，作為一個(gè)例子，可以在將6000克吸氫合金粉末、200克EVA樹脂、300克導(dǎo)電性填料(碳黑和碳纖維)混合之后用0.1MPa的壓力加壓成型，制作100mm×30mm×2mm厚的板狀的負(fù)極活性物質(zhì)42。
正極活性物質(zhì)40、負(fù)極活性物質(zhì)42的表面用離子通過(guò)型集電體44覆蓋。在板狀的正極活性物質(zhì)40、負(fù)極活性物質(zhì)42的情況下，1～6面中的任意面可以用離子通過(guò)型集電體44覆蓋。還有，在上述活性物質(zhì)的形成工序中，也可以用離子通過(guò)型集電體覆蓋活性物質(zhì)進(jìn)行一體成型。又，在粉末狀、糊狀的狀態(tài)下使用活性物質(zhì)的情況下，將活性物質(zhì)充填于離子通過(guò)型集電體形成的袋中即可。本實(shí)施形態(tài)中，作為一個(gè)例子，板狀的正極活性物質(zhì)40、負(fù)極活性物質(zhì)42的4個(gè)面上用離子通過(guò)型集電體44(發(fā)泡鎳片)覆蓋著。作為離子通過(guò)型集電體，可以使用內(nèi)部有空隙，離子能夠通過(guò)，有導(dǎo)電性的材料，例如除了上述發(fā)泡的金屬鎳外，還可以使用例如鎳金屬網(wǎng)、鍍鎳沖孔金屬、鋼板網(wǎng)等金屬、鍍鎳聚氨酯等發(fā)泡樹脂、鍍鎳聚乙烯、聚丙烯、尼龍(nylon)、棉、碳纖維等多孔材料、二氧化硅、氧化鋁等無(wú)機(jī)纖維的鍍鎳材料、有機(jī)纖維鍍鎳的材料、毛氈鍍鎳材料以及云母等無(wú)機(jī)箔材鍍鎳材料等。
將堿性電解液中不被腐蝕變質(zhì)，能夠?qū)崿F(xiàn)電氣絕緣，離子能夠通過(guò)的材料構(gòu)成的隔離層46蛇狀配置，在充填于電池單元時(shí)，與正極集電體48接觸的一側(cè)夾著隔離層46組裝正極活性物質(zhì)40，同樣，與負(fù)極集電體50接觸的一側(cè)夾著隔離層46組裝負(fù)極活性物質(zhì)42，而且將正極活性物質(zhì)40和負(fù)極活性物質(zhì)42交叉組裝。將這樣得到的基本組合與電解質(zhì)(KOH、NaOH、LiOH等)溶液一起充填于電池單元的正極集電體48和負(fù)極集電體50之間構(gòu)成電池。作為隔離層46，可使用四氟乙烯樹脂、聚乙烯、聚丙烯、及尼龍等的織物或無(wú)紡布或膜濾器等。正極集電體48、負(fù)極集電體50可以使用鎳金屬板、鎳金屬箔、碳素、鍍鎳的鐵或不銹鋼等、鍍鎳碳素等。
作為基本組合的蛇狀單位單元，不限于圖6所示的正極、負(fù)極活性物質(zhì)2組形成的結(jié)構(gòu)，可以在圖7所示的最小單位的物質(zhì)到到任意組數(shù)的物質(zhì)中適當(dāng)選定制作。
下面對(duì)本實(shí)施形態(tài)的電池的充電和放電進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
充電在電池上施加電壓，由發(fā)電手段(未圖示)對(duì)負(fù)極集電體50提供電子。電子從負(fù)極集電體50向負(fù)極活性物質(zhì)42移動(dòng)，發(fā)生反應(yīng)。由于反應(yīng)而發(fā)生的離子通過(guò)隔離層46，與正極活性物質(zhì)40發(fā)生反應(yīng)，釋放出電子。該電子向正極集電體48移動(dòng)，被輸送到發(fā)電手段。
放電從負(fù)載向正極集電體48提供電子。電子從正極集電體48向正極活性物質(zhì)40移動(dòng)，發(fā)生反應(yīng)。由于反應(yīng)而發(fā)生的離子通過(guò)隔離層46，與負(fù)極活性物質(zhì)42發(fā)生反應(yīng)，釋放出電子。該電子向負(fù)極集電體50移動(dòng)，被輸送到負(fù)載。
夾著蛇狀的隔離層46配置正極活性物質(zhì)40和負(fù)極活性物質(zhì)42的電池中，由于正極活性物質(zhì)40和負(fù)極活性物質(zhì)42相距較近，電子的移動(dòng)距離短，能夠得到高輸出，而且離子的擴(kuò)散距離短，能夠得到良好的離子擴(kuò)散。同時(shí)，在由于過(guò)充電等原因活性物質(zhì)發(fā)生氣體的情況下，氣體容易向其相反電極移動(dòng)、消耗掉，容易密封。
又，通過(guò)使用對(duì)正極活性物質(zhì)40、負(fù)極活性物質(zhì)42分別用多孔性鎳等離子通過(guò)型集電體44覆蓋得到的材料，形成活性物質(zhì)與集電體的距離變近，電子的移動(dòng)距離變短，同時(shí)集電面積變大，電阻小的高性能電池。
又，在電池單元內(nèi)存在的隔離層46和離子通過(guò)型集電體44比較多，因此每單位體積的正極活性物質(zhì)40、負(fù)極活性物質(zhì)42的充填量少，能夠確保在單元內(nèi)填充較多的電解液，不容易發(fā)生電解液干枯、固液反應(yīng)(電池反應(yīng))停止的無(wú)水(dry out)現(xiàn)象。
圖8是本發(fā)明的高輸出型三維電池的實(shí)施形態(tài)2之一例。本實(shí)施形態(tài)表示將多個(gè)基本組合(在圖8中作為一個(gè)例子采用4個(gè))并列組裝于其中以構(gòu)成電池的情況。制作在第1實(shí)施形態(tài)說(shuō)明過(guò)的蛇狀的單位單元作為基本組合52。4個(gè)基本組合52并列填充于電池單元的正極集電體48和負(fù)極集電體50之間以構(gòu)成電池。
圖9是本發(fā)明的高輸出型的三維電池的實(shí)施形態(tài)3的一個(gè)例子。本實(shí)施形態(tài)是多個(gè)基本組合(在圖9中作為一個(gè)例子采用4個(gè))并列組裝于其中的構(gòu)件多個(gè)(在圖9中作為一個(gè)例子采用4個(gè))層疊以構(gòu)成電池的情況。制作在第1實(shí)施形態(tài)說(shuō)明過(guò)的蛇狀的單位單元作為基本組合52。4個(gè)基本組合52并列填充于電池單元中，隔著隔板54將其4層疊層構(gòu)成電池。將單元串聯(lián)疊層構(gòu)成高壓電池。作為隔板54，可使用鎳金屬板、鎳金屬箔、碳素、鍍鎳的鐵或不銹鋼等、鍍鎳碳素等。
如上述實(shí)施形態(tài)2、實(shí)施形態(tài)3所述，通過(guò)在電池單元中充填多個(gè)蛇狀單位單元，容易實(shí)現(xiàn)大型化，而且由于不存在使電阻增大的焊接處，不會(huì)發(fā)生由于大型化而導(dǎo)致性能下降。又可以減少制造成本和制作時(shí)間。
圖10是本發(fā)明的高輸出型的三維電池的實(shí)施形態(tài)4的一個(gè)例子。本實(shí)施形態(tài)是僅用基本組合構(gòu)成電池的情況，比第1實(shí)施形態(tài)時(shí)增加了活性物質(zhì)的厚度，形成體積能量密度大的電池。例如在鎳氫二次電池的情況下，作為一個(gè)例子，將2000克氫氧化鎳粉末、200克EVA樹脂、300克導(dǎo)電性填料(碳黑和碳纖維)混合之后用0.1MPa的壓力加壓成型，制作100mm×30mm×12mm厚的板狀的正極活性物質(zhì)40。同樣，作為一個(gè)例子，將6000克吸氫合金粉末、200克EVA樹脂、300克導(dǎo)電性填料(碳黑和碳纖維)混合之后用0.1MPa的壓力加壓成型，制作100mm×30mm×8mm厚的板狀的負(fù)極活性物質(zhì)42。與第1實(shí)施形態(tài)的情況相同，在用離子通過(guò)型集電體44覆蓋正極活性物質(zhì)40、負(fù)極活性物質(zhì)42的表面(作為一個(gè)例子，是4個(gè))之后，夾著隔離層46蛇狀地將正極活性物質(zhì)40、負(fù)極活性物質(zhì)42組裝于其中。這樣制得的基本組合與電解質(zhì)溶液一起充填于電池單元中的正極集電體48和負(fù)極集電體50之間以構(gòu)成電池。
如上所述使活性物質(zhì)的厚度增加，隔離層46和離子通過(guò)型集電體44的比例因此相對(duì)減少，因此電池的每單位容積的輸出下降，但是能夠得到體積能量密度大的電池。另一方面，在要求電池具有高輸出性能的情況下，在上述實(shí)施形態(tài)中，通過(guò)減少活性物質(zhì)的厚度，隔離層46和離子通過(guò)型集電體44的比例相對(duì)增加，因此體積能量密度下降，但是能夠得到高輸出的電池。這樣，僅通過(guò)活性物質(zhì)厚度的增減，就能夠任意變更電池規(guī)格，容易得到所希望的規(guī)格的電池。
圖11、圖12是本發(fā)明的高輸出型三維電池的第5實(shí)施形態(tài)的一個(gè)例子。本實(shí)施形態(tài)是在作為基本組合的蛇狀單位單元中，夾著隔離層組裝于其中的正極活性物質(zhì)和負(fù)極活性物質(zhì)中的任意一方多一個(gè)，多的一方的活性物質(zhì)配置于單位單元的兩端部的情況。
圖11中，作為一個(gè)例子，表示夾著蛇狀的隔離層46在正極活性物質(zhì)40的兩側(cè)配置負(fù)極活性物質(zhì)42的基本組合。其他結(jié)構(gòu)和作用與第1實(shí)施形態(tài)的情況相同。還有，本實(shí)施形態(tài)的蛇狀單位單元可以在圖11所示的最小單位的單元到任意數(shù)目的單元中適當(dāng)選擇制作。
在將圖11所示的蛇狀單位單元并列充填實(shí)現(xiàn)大型化的情況下，必須如圖12所示組裝。
圖13～圖17是本發(fā)明的高輸出型三維電池的第6實(shí)施形態(tài)的一個(gè)例子。本實(shí)施形態(tài)是在正極活性物質(zhì)、負(fù)極活性物質(zhì)的任意處所設(shè)置離子通過(guò)型集電體的產(chǎn)物。圖13是以離子通過(guò)型集電體44覆蓋板狀的負(fù)極活性物質(zhì)42的3個(gè)面的例子，表示可以用離子通過(guò)型集電體44覆蓋正極活性物質(zhì)40、負(fù)極活性物質(zhì)42的任意面。圖14～圖17是在負(fù)極活性物質(zhì)42表面和內(nèi)部設(shè)置離子通過(guò)型集電體44的情況的例子，表示可以將離子通過(guò)型集電體44設(shè)置于正極活性物質(zhì)40、負(fù)極活性物質(zhì)42的任意處所。將離子通過(guò)型集電體設(shè)置于正極活性物質(zhì)、負(fù)極活性物質(zhì)內(nèi)部的情況下，也是活性物質(zhì)與集電體的距離變近，電子的移動(dòng)距離變短，同時(shí)集電面積變大，能夠?qū)崿F(xiàn)電阻小的高性能電池。
其他結(jié)構(gòu)和作用與第1實(shí)施形態(tài)～第5實(shí)施形態(tài)的情況相同。
工業(yè)應(yīng)用性本發(fā)明如上所述構(gòu)成，因此能夠?qū)崿F(xiàn)電池組裝用的零部件數(shù)目少，減少了組裝時(shí)間，降低了組裝成本的三維電池及其電池結(jié)構(gòu)，而且容易實(shí)現(xiàn)大型化，能夠得到不因大型化而性能下降的高輸出的三維電池。
權(quán)利要求
1.一種三維電池，在通過(guò)不通電離子能夠通過(guò)的隔離層連接的2個(gè)單元中的一個(gè)單元內(nèi)的電解質(zhì)溶液中充填釋放電子的活性物質(zhì)的粉末、顆粒狀或者板狀成型體；在另一個(gè)單元內(nèi)的電解質(zhì)溶液中充填吸收電子的活性物質(zhì)的粉末、顆粒狀或者板狀成型體形成的電池的構(gòu)成單位，通過(guò)將與活性物質(zhì)接觸的離子不能通過(guò)的導(dǎo)電性集電體設(shè)置于2個(gè)單元內(nèi)構(gòu)成1組，或者所述電池的構(gòu)成單位隔著離子不能通過(guò)的導(dǎo)電性隔板進(jìn)行多組層疊，并且在兩端的單元中設(shè)置與活性物質(zhì)相接觸的離子不能通過(guò)的導(dǎo)電性集電體構(gòu)成，其特征在于，具備將導(dǎo)電性填料和樹脂添加在引起電池反應(yīng)的材料中使其硬化的活性物質(zhì)與隔離層、隔板以及集電體中的至少1種成型為一整體結(jié)構(gòu)的電極結(jié)構(gòu)。
2.一種三維電池的電極結(jié)構(gòu)，是一種將釋放電子的活性物質(zhì)的粉末、顆粒或者成型體裝填于通過(guò)隔離層連接的2個(gè)單元中的一個(gè)單元內(nèi)的電解質(zhì)溶液中，且將吸收電子的活性物質(zhì)的粉末、顆粒或者成型體裝填在另一個(gè)單元內(nèi)的電解質(zhì)溶液中形成的電池的構(gòu)成單位，通過(guò)將與活性物質(zhì)接觸的集電體設(shè)置于2個(gè)單元內(nèi)并構(gòu)成1組的三維電池，或者所述電池的構(gòu)成單位隔著隔板進(jìn)行多組層疊，并且在兩端的單元設(shè)置與活性物質(zhì)相接觸的集電體的三維電池的電板結(jié)構(gòu)，其特征在于，將導(dǎo)電性填料和樹脂添加于引起電池反應(yīng)的材料中使其硬化的活性物質(zhì)與隔離層成型為一整體構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的三維電池的電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，隔離層是在堿性電解液中不變質(zhì)，能夠?qū)崿F(xiàn)電絕緣，離子能夠通過(guò)的材料，是四氟乙烯樹脂、聚乙烯、聚丙烯、及尼龍中的至少任一種構(gòu)成的織物或無(wú)紡布，或膜濾器。
4.一種三維電池的電極結(jié)構(gòu)，是一種將釋放電子的活性物質(zhì)的粉末、顆?；蛘叱尚腕w裝填于通過(guò)隔離層連接的2個(gè)單元中的一個(gè)單元內(nèi)的電解質(zhì)溶液中，且將吸收電子的活性物質(zhì)的粉末、顆?；虺尚腕w裝填在另一個(gè)單元內(nèi)的電解質(zhì)溶液中的電池構(gòu)成單位，隔著隔板進(jìn)行多組層疊，并且在兩端的單元上設(shè)置與活性物質(zhì)相接觸的集電體的三維電池的電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，將導(dǎo)電性填料和樹脂添加在引起電池反應(yīng)的材料中使其硬化的活性物質(zhì)與隔板成型為一整體結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的三維電池的電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，隔板是在堿性電解液中的不發(fā)生變質(zhì)的離子不能通過(guò)的具有導(dǎo)電性的隔板，是例如鎳金屬板、鎳金屬箔材、碳、鍍鎳的鐵、鍍鎳不銹鋼、以及鍍鎳碳素中的至少任一種材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的三維電池的電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，隔板的形狀是平面狀或者具有針狀、板狀、波紋狀、顆粒狀等有突起的形狀。
7.根據(jù)權(quán)利要求4或5或6所述的三維電池的電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，隔板是內(nèi)部具有通以致冷劑的冷卻構(gòu)造的隔板。
8.一種三維電池的電極結(jié)構(gòu)，是一種將釋放電子的活性物質(zhì)的粉末、顆?；蛘叱尚腕w裝填于通過(guò)隔離層連接的2個(gè)單元中的一個(gè)單元內(nèi)的電解質(zhì)溶液中，且將吸收電子的活性物質(zhì)的粉末、顆?；蛘叱尚腕w裝填在另一個(gè)單元內(nèi)的電解質(zhì)溶液中的電池構(gòu)成單位，通過(guò)將與活性物質(zhì)接觸的集電體設(shè)置于2個(gè)單元內(nèi)構(gòu)成1組的三維電池，或者所述電池的構(gòu)成單位隔著隔板進(jìn)行多組層疊，并且在兩端的單元設(shè)置與活性物質(zhì)相接觸的集電體的三維電池的電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，將導(dǎo)電性填料和樹脂添加在引起電池反應(yīng)的材料中使其硬化的活性物質(zhì)與集電體成型為一整體。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的三維電池的電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，集電體是在堿性電解液中不變質(zhì)，離子不能通過(guò)而具有導(dǎo)電性的材料，是鎳金屬板、鎳金屬箔、碳素、鍍鎳的鐵、鍍鎳不銹鋼以及鍍鎳碳素中的至少任意一種。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的三維電池的電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，在與活性物質(zhì)接觸的集電體上附加內(nèi)部具有空隙，離子能夠通過(guò)，具有導(dǎo)電性的離子通過(guò)型集電體。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的三維電池的電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，離子通過(guò)型集電體是鎳金屬網(wǎng)、碳纖維、鍍鎳的鐵或不銹鋼等構(gòu)成的網(wǎng)狀體、發(fā)泡金屬鎳、鍍鎳的發(fā)泡樹脂、鍍鎳的碳纖維、二氧化硅、氧化鋁等無(wú)機(jī)纖維鍍鎳的材料、有機(jī)纖維鍍鎳的材料、毛氈鍍鎳的材料以及云母等無(wú)機(jī)箔材上鍍鎳的材料中的至少任意一種。
12.根據(jù)權(quán)利要求8～11中的任一項(xiàng)所述的三維電池的電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，在集電體的形狀為平面狀或具有針狀、板狀、波紋狀、顆粒狀等形狀的有突起的形狀。
13.根據(jù)權(quán)利要求8～12中的任一項(xiàng)所述的三維電池的電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，集電體內(nèi)具有內(nèi)部能夠流通致冷劑的冷卻結(jié)構(gòu)。
14.一種三維電池的電極結(jié)構(gòu)，是將釋放電子的活性物質(zhì)的粉末、顆粒或者成型體裝填于通過(guò)隔離層連接的2個(gè)單元中的一個(gè)單元內(nèi)的電解質(zhì)溶液中，且將吸收電子的活性物質(zhì)的粉末、顆?；蛘叱尚腕w裝填在另一個(gè)單元內(nèi)的電解質(zhì)溶液中形成的電池的構(gòu)成單位，通過(guò)將與活性物質(zhì)接觸的集電體設(shè)置于2個(gè)單元內(nèi)并構(gòu)成1組的三維電池，或者所述電池的構(gòu)成單位隔著隔板進(jìn)行多組層疊，并且在兩端的單元設(shè)置與活性物質(zhì)相接觸的集電體的三維電池的電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，使將導(dǎo)電性填料和樹脂添加在引起電池反應(yīng)的材料中并使其硬化的活性物質(zhì)與隔離層、隔板以及集電體中的至少2種成型為一整體結(jié)構(gòu)。
15.根據(jù)權(quán)利要求2～14中的任一項(xiàng)所述的三維電池的電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，作為活性物質(zhì)的材料是氫氧化鎳、吸氫合金、氫氧化鎘、鉛、二氧化鉛、鋰、木料、石墨、碳、鐵礦石、鐵碳化合物、鐵的硫化物、鐵的氫氧化物、鐵的氧化物、煤、木炭、沙、砂礫、二氧化硅、爐渣(slag)、以及稻殼中的任一種。
16.根據(jù)權(quán)利要求2～15中的任一項(xiàng)所述的三維電池的電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，添加于活性物質(zhì)中的導(dǎo)電性填料是碳纖維、碳纖維鍍鎳的材料、二氧化硅、氧化鋁等無(wú)機(jī)纖維鍍鎳的材料、有機(jī)纖維鍍鎳的材料、云母等無(wú)機(jī)箔材鍍鎳的材料、碳素顆粒、碳素顆粒鍍鎳的材料、纖維狀鎳、鎳顆粒以及鎳箔中的任意一種或它們的組合。
17.根據(jù)權(quán)利要求2～16中的任一項(xiàng)所述的三維電池的電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，添加于活性物質(zhì)中的樹脂是軟化溫度為120℃以下的熱可塑性樹脂、硬化溫度從常溫到120℃的樹脂、蒸發(fā)溫度在120℃以下的溶劑中溶解的樹脂、在可溶于水的溶劑中溶解的樹脂、或在可溶于乙醇的溶劑中溶解的樹脂。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的三維電池的電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，軟化溫度為120℃以下的熱可塑性樹脂是聚乙烯、聚丙烯和乙烯醋酸乙烯共聚物的至少任一種。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的三維電池的電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，硬化溫度從常溫到120℃的樹脂是環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、聚氨酯樹脂以及不飽和聚酯樹脂中的至少一種。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的三維電池的電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，溶劑于蒸發(fā)溫度為120℃以下的溶劑的樹脂是聚乙烯、聚丙烯和乙烯醋酸乙烯共聚物的至少任一種。
21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的三維電池的電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，溶解于可溶于水的溶劑的樹脂是聚醚砜樹脂、聚苯乙烯、聚砜、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚酰胺、聚酰亞胺，溶解于可溶于乙醇的溶劑的樹脂是醋酸纖維素、氧化亞苯醚。
22.根據(jù)權(quán)利要求2～21中的任一項(xiàng)所述的三維電池的電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，活性物質(zhì)是粉末狀、顆粒狀、板狀、鱗片狀、圓柱棒狀、多角柱棒狀、球狀、色子狀、立方體狀、以及不定形顆粒狀中的至少任一種形狀的活性物質(zhì)。
23.一種三維電池的電極材料的制造方法，是將釋放電子的活性物質(zhì)的粉末、顆?；蛘叱尚腕w裝填于通過(guò)隔離層連接的2個(gè)單元中的一個(gè)單元內(nèi)的電解質(zhì)溶液中，且將吸收電子的活性物質(zhì)的粉末、顆?；虺尚腕w裝填在另一個(gè)單元內(nèi)的電解質(zhì)溶液中形成的電池的構(gòu)成單位，通過(guò)將與活性物質(zhì)接觸的集電體設(shè)置于2個(gè)單元內(nèi)并構(gòu)成1組的三維電池，或者所述電池的構(gòu)成單位隔著隔板進(jìn)行多組層疊，并且在兩端的單元設(shè)置與活性物質(zhì)相接觸的集電體的三維電池的電極材料的制造方法，其特征在于，將在引起電池反應(yīng)的材料中添加導(dǎo)電性填料和樹脂使其硬化的活性物質(zhì)與隔離層加以組合并成型為一整體。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的三維電池的電極材料的制造方法，其特征在于，作為隔離層采用四氟乙烯樹脂、聚乙烯、尼龍以及聚丙烯中的至少任意一種構(gòu)成的織物、無(wú)紡布或膜濾器等在堿性電解液中不變質(zhì)，能夠?qū)崿F(xiàn)電絕緣而且離子能通過(guò)的材料。
25.一種三維電池的電極材料的制造方法，在通過(guò)隔離層連接的2個(gè)單元中的一個(gè)單元內(nèi)的電解質(zhì)溶液中充填釋放電子的活性物質(zhì)的粉末、顆粒或者成型體；在另一個(gè)單元內(nèi)的電解質(zhì)溶液中充填吸收電子的活性物質(zhì)的粉末、顆粒或者成型體形成的電池的構(gòu)成單位，隔著隔板進(jìn)行多組層疊，并且在兩端的單元設(shè)置與活性物質(zhì)相接觸的集電體，其特征在于，使將導(dǎo)電性填料和樹脂添加在引起電池反應(yīng)的材料中使其硬化的活性物質(zhì)與隔板組合形成一體。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的三維電池的電極材料的制造方法，其特征在于，作為隔板，采用鎳金屬板、鎳金屬箔、碳素、鍍鎳的鐵、鍍鎳不銹鋼、或鍍鎳碳素等在堿性溶液中不變質(zhì)，離子不能夠通過(guò)，具有導(dǎo)電性的材料。
27.根據(jù)權(quán)利要求25或26所述的三維電池的電極材料的制造方法，其特征在于，在隔板上形成針狀、板狀、波紋狀、顆粒狀等形狀的突起。
28.一種三維電池的電極材料的制造方法，是將釋放電子的活性物質(zhì)的粉末、顆?；蛘叱尚腕w裝填于通過(guò)隔離層連接的2個(gè)單元中的一個(gè)單元內(nèi)的電解質(zhì)溶液中，且將吸收電子的活性物質(zhì)的粉末、顆粒或者成型體裝填在另一個(gè)單元內(nèi)的電解質(zhì)溶液中形成的電池的構(gòu)成單位，通過(guò)將與活性物質(zhì)接觸的集電體設(shè)置于2個(gè)單元內(nèi)并構(gòu)成1組的三維電池，或者所述電池的構(gòu)成單位隔著隔板進(jìn)行多組層疊，并且在兩端的單元設(shè)置與活性物質(zhì)相接觸的集電體的三維電池的電極材料制造方法，其特征在于，使將導(dǎo)電性填料和樹脂添加在引起電池反應(yīng)的材料中并使其硬化的活性物質(zhì)與集電體組合成型為一整體。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的三維電池的電極材料的制造方法，其特征在于，作為集電體，采用鎳金屬板、鎳金屬箔、碳素、鍍鎳的鐵、鍍鎳不銹鋼、或鍍鎳碳素等在堿性溶液中不變質(zhì)，離子不能夠通過(guò)，具有導(dǎo)電性的材料。
30.根據(jù)權(quán)利要求28或29所述的三維電池的電極材料的制造方法，其特征在于，在與活性物質(zhì)接觸的集電體上附加內(nèi)部具有空隙，離子能夠通過(guò)，具有導(dǎo)電性的離子通過(guò)型集電體。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的三維電池的電極材料的制造方法，其特征在于，作為離子通過(guò)型集電體，采用鎳金屬網(wǎng)、碳纖維、鍍鎳的鐵或不銹鋼等形成的網(wǎng)狀體、發(fā)泡的金屬鎳、鍍鎳的發(fā)泡樹脂、鍍鎳的碳纖維、二氧化硅、氧化鋁等無(wú)機(jī)纖維的鍍鎳材料、有機(jī)纖維鍍鎳材料、毛氈鍍鎳材料以及云母等無(wú)機(jī)箔材鍍鎳材料中的至少任意一種。
32.根據(jù)權(quán)利要求28～31中的任一項(xiàng)所述的三維電池的電極材料的制造方法，其特征在于，在集電體上形成針狀、板狀、波紋狀、顆粒狀等形狀的突起。
33.一種三維電池的電極材料的制造方法，是將釋放電子的活性物質(zhì)的粉末、顆粒或者成型體裝填于通過(guò)隔離層連接的2個(gè)單元中的一個(gè)單元內(nèi)的電解質(zhì)溶液中，且將吸收電子的活性物質(zhì)的粉末、顆?；蛘叱尚腕w裝填在另一個(gè)單元內(nèi)的電解質(zhì)溶液中形成的電池的構(gòu)成單位，通過(guò)將與活性物質(zhì)接觸的集電體設(shè)置于2個(gè)單元內(nèi)并構(gòu)成1組的三維電池，或者所述電池的構(gòu)成單位隔著隔板進(jìn)行多組層疊，并且在兩端的單元設(shè)置與活性物質(zhì)相接觸的集電體的三維電池的電極材料的制造方法，其特征在于，使將導(dǎo)電性填料和樹脂添加在引起電池反應(yīng)的材料中并使其硬化的活性物質(zhì)與隔離層、隔板以及集電體中的至少2種成型為一整體。
34.根據(jù)權(quán)利要求23～33中的任一項(xiàng)所述的三維電池的電極材料的制造方法，其特征在于，在將活性物質(zhì)與隔離層、隔板、集電體組合形成一體時(shí)，進(jìn)行加壓成型或/及利用與導(dǎo)電性填料混合的樹脂進(jìn)行成型。
35.根據(jù)權(quán)利要求23～34中的任一項(xiàng)所述的三維電池的電極材料的制造方法，其特征在于，作為活性物質(zhì)，使用粉末狀、顆粒狀、板狀、鱗片狀、圓柱棒狀、多角柱棒狀、球狀、色子狀、立方體狀、以及不定形顆粒狀中的至少任一種形狀的活性物質(zhì)。
36.一種高輸出型三維電池，其特征在于，在相對(duì)設(shè)置的正極集電體和負(fù)極集電體之間配置蛇狀的隔離層，并使其交互接近兩集電體，在蛇狀的隔離層與正極集電體形成的空間中充填電解液，同時(shí)充填正極活性物質(zhì)的粉末或成型體，在蛇狀的隔離層與負(fù)極集電體形成的空間中充填電解液，同時(shí)充填負(fù)極活性物質(zhì)的粉末或成型體，正極活性物質(zhì)與負(fù)極活性物質(zhì)夾著隔離層交叉裝入。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的高輸出型三維電池，其特征在于，夾著蛇狀的隔離層交叉充填的至少一種正極活性物質(zhì)和至少一種負(fù)極活性物質(zhì)構(gòu)成的單位單元，并聯(lián)裝入形成于正極集電體和負(fù)極集電體之間的單元中。
38.一種高輸出型三維電池，其特征在于隔著隔板將權(quán)利要求36或37所述的電池串聯(lián)疊層。
39.根據(jù)權(quán)利要求36～38中的任一項(xiàng)所述的高輸出型三維電池，其特征在于，充填的正極活性物質(zhì)和負(fù)極活性物質(zhì)的形態(tài)是粉末狀或顆粒狀、板狀、塊狀或棒狀的成型體、或?qū)㈩w粒二次成型為塊狀或板狀的成型體、或是將粉末或顆粒做成糊狀的形態(tài)。
40.根據(jù)權(quán)利要求36～39中的任一項(xiàng)所述的高輸出型三維電池，其特征在于，夾著蛇狀隔離層裝入的活性物質(zhì)的任意處設(shè)置離子通過(guò)型集電體。
41.根據(jù)權(quán)利要求36～39中的任一項(xiàng)所述的高輸出型三維電池，其特征在于，夾著蛇狀隔離層裝入的活性物質(zhì)的表面的任意面用離子通過(guò)型集電體覆蓋。
42.根據(jù)權(quán)利要求41所述的高輸出型三維電池，其特征在于，夾著蛇狀的隔離層裝入的正極活性物質(zhì)和負(fù)極活性物質(zhì)是用離子通過(guò)型集電體覆蓋活性物質(zhì)形成一體的材料。
43.根據(jù)權(quán)利要求40、41或42所述的高輸出型三維電池，其特征在于，離子通過(guò)型集電體是內(nèi)部具有空隙，離子能通過(guò)具有導(dǎo)電性的材料，是發(fā)泡的金屬鎳、鎳金屬網(wǎng)、鍍鎳沖孔金屬、鋼板網(wǎng)等金屬、鍍鎳聚氨酯等發(fā)泡樹脂、鍍鎳聚乙烯、聚丙烯、尼龍(nylon)、棉、碳纖維等的多孔材料、二氧化硅、氧化鋁等無(wú)機(jī)纖維的鍍鎳材料、有機(jī)纖維鍍鎳的材料、毛氈鍍鎳材料以及云母等無(wú)機(jī)箔材鍍鎳材料中的至少任意一種。
44.根據(jù)權(quán)利要求36～43中的任一項(xiàng)所述的高輸出型三維電池，其特征在于，隔離層是在堿性電解液中不變質(zhì)，能夠?qū)崿F(xiàn)電絕緣而且離子能通過(guò)的材料，是四氟乙烯樹脂、聚乙烯、聚丙烯、及尼龍等至少任意一種構(gòu)成的織物、無(wú)紡布或膜濾器等。
45.根據(jù)權(quán)利要求36～44中的任一項(xiàng)所述的高輸出型三維電池，其特征在于，正極集電體和負(fù)極集電體是在堿性電解液中不變質(zhì)，離子不能通過(guò)而具有導(dǎo)電性的材料，是鎳金屬板、鎳金屬箔、碳素、鍍鎳的鐵、鍍鎳的不銹鋼以及鍍鎳碳素中的至少任意一種。
46.根據(jù)權(quán)利要求38所述的高輸出型三維電池，其特征在于，隔板是在堿性電解液中不變質(zhì)，離子不能通過(guò)而具有導(dǎo)電性的材料，是鎳金屬板、鎳金屬箔、碳素、鍍鎳的鐵、鍍鎳的不銹鋼以及鍍鎳碳素中的至少任意一種。
47.根據(jù)權(quán)利要求36～46中的任一項(xiàng)所述的高輸出型三維電池，其特征在于，活性物質(zhì)是使電池反應(yīng)發(fā)生的材料中添加導(dǎo)電性填料和樹脂，使其硬化的材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及隔著隔離層設(shè)置負(fù)極單元和正極單元，在負(fù)極單元與電解質(zhì)溶液一起充填負(fù)極活性物質(zhì)，在正極單元與電解質(zhì)溶液一起充填正極活性物質(zhì)，在這些單元中設(shè)置集電器的，三維電池及其電池結(jié)構(gòu)以及三維電池的電極材料的制造方法。制作三維電池時(shí)，預(yù)先依序組裝隔離層和集電體等，維持單元的組裝，然后在該單元中充填粉末狀等形狀的活性物質(zhì)，但是在依序組裝的情況下存在零部件數(shù)目多，組裝時(shí)間和組裝成本增大等問(wèn)題。本發(fā)明通過(guò)將在作為活性物質(zhì)的粉末中添加導(dǎo)電性填料和樹脂使其硬化的活性物質(zhì)成型體與隔離層、隔板、集電體中的至少其一形成整體結(jié)構(gòu)，以解決上述問(wèn)題。
文檔編號(hào)H01M10/28GK1555588SQ02818299
公開日2004年12月15日 申請(qǐng)日期2002年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月19日
發(fā)明者堤香津雄, 西村和也, 光田進(jìn), 谷川貴仁, 也, 仁 申請(qǐng)人:川崎重工業(yè)株式會(huì)社, 大阪瓦斯株式會(huì)社