CN1290971A - 碱性蓄电池及其制造方法 - Google Patents

碱性蓄电池及其制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN1290971A
CN1290971A CN00124951A CN00124951A CN1290971A CN 1290971 A CN1290971 A CN 1290971A CN 00124951 A CN00124951 A CN 00124951A CN 00124951 A CN00124951 A CN 00124951A CN 1290971 A CN1290971 A CN 1290971A
Authority
CN
China
Prior art keywords
metal material
porous metal
battery
active material
lead plate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN00124951A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1162932C (zh
Inventor
矢野尊之
武江正夫
山胁章史
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
FDK Corp
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sanyo Electric Co Ltd filed Critical Sanyo Electric Co Ltd
Publication of CN1290971A publication Critical patent/CN1290971A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN1162932C publication Critical patent/CN1162932C/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/24—Alkaline accumulators
    • H01M10/28—Construction or manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/70—Carriers or collectors characterised by shape or form
    • H01M4/72—Grids
    • H01M4/74—Meshes or woven material; Expanded metal
    • H01M4/742—Meshes or woven material; Expanded metal perforated material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/70—Carriers or collectors characterised by shape or form
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/70—Carriers or collectors characterised by shape or form
    • H01M4/72—Grids
    • H01M4/74—Meshes or woven material; Expanded metal
    • H01M4/745—Expanded metal
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/70—Carriers or collectors characterised by shape or form
    • H01M4/80—Porous plates, e.g. sintered carriers
    • H01M4/808—Foamed, spongy materials
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

用活性材料浆填充多孔金属材料10，然后烘干并辊压成预定的厚度。辊压致使网状构架形成的空隙在辊压方向(图1(a)中的箭头方向)被拉伸,形成类似于有长轴的椭圆或变形椭圆的形状。随后,切割多孔金属材料,使形状类似于有长轴的椭圆或变形椭圆的空隙12的纵向与电极板的横向(垂直辊压方向的方向)重合。辊压处理致使在平行于图1(c)所示辊压方向的方向上以极小的间距形成数个压痕14。

Description

碱性蓄电池及其制造方法
本发明涉及一种碱性蓄电池，如镍氢蓄电池和镍镉蓄电池。尤其涉及一种碱性蓄电池的改进及其制造方法，其中该碱性蓄电池包括一种通过螺线形环绕非烧结电极而得到的电极块，非烧结电极具有一种多孔金属材料，该金属材料配备有填充了活性材料的三维连续网状构架，具有一个带有***其间的隔离物的反电极。
作为一种组合到碱性蓄电池如镍镉蓄电池和镍氢蓄电池中的镍电极，迄今使用的是一种所谓的非烧结电极板，该电极板包括一种具有填充了活性材料的三维连续网状构架的多孔金属材料(活性材料保持架)。这类具有三维连续网状构架的多孔金属材料拥有高达95％的空隙度，并因而能够高密度地填充活性材料，使得能够获得一种高容量的电池。同时，由于此类非烧结电极板可以通过用活性材料填充多孔金属材料，所以可以消除对很麻烦的处理活化性的要求，使得能够很容易地生产蓄电池。对活化性的处理包括产生活性电极材料的步骤和浸入活性电极材料的步骤。
近年来，对提高电池容量的需求有所增长。这种对提高电池容量的需求已通过提高活性材料的填充密度来满足。但是，活性材料填充的增加导致活性材料填充密度的增加或促使电极***的电极板的增加。所以，在螺线形缠绕时，电极板表现出可弯曲性的剧烈下降，降低了产品的产量和电池的质量。日本专利申请JP-A-60-246561(“JP-A”在此处为“未审公开的日本专利申请”)、JP-A-62-136760和JP-A-10-223215中提出的一种方法包括提供一种可灵活填充活性材料以提高可弯曲度的电极板。
在上述引证的专利中提出的方法包括用活性材料填充具有三维连续网状构架的多孔金属材料，以预定的压力按压多孔金属材料，并再通过设置有多个滚子的矫平机传递多孔金属材料。通过传递填充了被矫平机压过的活性材料的电极板，在电极板的表面上产生很多压痕，提高了电极板的柔韧性并使得能够平滑地缠绕电极板。
根据上述引证的方法所提出的方法，再对具有填充了被辊压的活性材料的三维连续网状构架的多孔金属材料在与辊压方向相同的方向上进行辊子处理。因此，产生的压痕方向平行于缠绕轴。作为必然的结果，电极板的辊压方向与螺线产生的方向一致。
因此，要在填充活性材料、辊压和辊子处理的每个步骤中不断地给具有三维连续网状构架的多孔金属材料在相同的方向上施加负荷。因此，构成多孔金属的三维连续网状构架发生弹性形变，导致加工硬化。结果是，即使电极板经过辊子处理，使得在电极板中产生压痕，也难于提高其可弯曲性。
欲通过在电极板中加入压痕而提高电极板的可弯曲性，须给电极板在电极板的缠绕方向以很小的间距提供压痕。但因为通过三维连续网状构架而在多孔金属材料中形成的孔隙被拉伸，以致于最终的平面形状在辊压方向有一个长轴。被拉伸以致产生长轴的孔隙的产生使得难于提供间距减小的压痕，因此电极板可弯曲性提高。
因此，为解决上述问题而提出本发明。研究了填充有活性材料的电极板的辊压方向和辊子处理方向之间的关系。结果发现，当这些方向彼此垂直时，可以提高电极板的可弯曲性。根据上述认识制定了本发明。本发明的第一个目的在于得到一种具有电极板弯曲性得以改善的电极体，并因而提供一种具有良好的高速放电性的高容量蓄电池。本发明的第二个目的在于提供一种制造具有电极板弯曲性得以改善的电极体的制造方法。
本发明的提出实现了上述目的。为了实现本发明的第一个目的，根据本发明的蓄电池具有这样的结构：在多孔金属材料的一个平面上由网状构架形成的孔隙被拉伸成具有类似于有长轴的椭球或变形椭球的平面形状，在非烧结电极中平行于孔隙纵向的方向形成压痕，电极板被螺线形缠绕，其结构使得压痕平行于缠绕轴取向。
最好压痕在孔隙的横向以非常小的间距分布。
所以，当在平行于被拉伸成具有类似于有长轴的椭球或变形椭球形状的孔隙纵向形成压痕时，这些压痕在被拉伸成具有类似于椭球或变形椭球形状的孔隙的横向，以非常小的间距分布。因此，通过在平行于这些压痕的缠绕轴上螺线形缠绕此电极板，可以形成基本上为圆形的电极芯。最终可以提高电极板的可弯曲性，使得能够获得大容量和高质量的蓄电池。
另外，形成的压痕间距非常小。压痕被精细地划分。同时，因为圆形螺线形电极块导致结构的压力发散，所以可以避免压痕导致的短路。与此同时，因为电极板在网状构架形成的孔隙的横向为圆形，所以可以减小缠绕其间施加到多孔金属材料的负荷，避免电极板的局部伸长并由此防止诸如在多孔金属材料中网状构架的破裂这种缺陷的产生。其结果是可以提高汇集性能，使得到大容量和高质量的蓄电池成为可能。
另外，所属压痕以非常小的间距分布在孔隙的横向。小间距处于2．10和2．30的范围内。
最好形成螺线形缠绕的电极块以真实的提高圆度。
最好，所述的多孔金属体最好由镍制成。为了实现本发明的第二个目的，本发明制造碱性蓄电池的方法包括一个辊压步骤，在网状构架中填充具有活性材料的多孔金属材料以形成非烧结电极并把非烧结电极辊压成预定厚度的，一个辊子处理步骤，传递在辊压步骤中经垂直于辊压方向的一系列辊子辊压成预定厚度的非烧结电极，以致在平行于辊压方向的方向上形成以非常小的间距取向在垂直于辊压方向方向上的压痕，和一个缠绕步骤，缠绕非烧结电极，使得在辊子处理步骤中形成的压痕取向于平行缠绕轴。
当多孔金属材料的网状构架中填充活性材料的非烧结电极在辊压步骤中被辊压成预定厚度时，网状构架形成的孔隙被拉伸成具有类似于有长轴的椭圆或变形椭圆的平面形状。随后，当非烧结电极通过一系列辊子以致于形成的压痕取向在垂直于辊压方向的方向时，压痕取向在被拉伸成具有类似于椭圆或变形椭圆的形状的孔隙横向。所以压痕以非常小的间距形成。
然后，当在缠绕步骤把非烧结电极缠绕成压痕的方向平行于缠绕轴时，缠绕可以很容易地进行，使得能够形成基本上为圆形的电极芯。同时，因为非烧结电极在孔隙的横向上缠绕，所以可以减小缠绕其间施加到多孔金属材料上的负荷，避免电极板伸长，并因而防止诸如多孔金属材料中网状构架的破裂这种缺陷的发生。结果是可以提高汇集性能，使得到大容量和高质量的蓄电池成为可能。
在具有三维连续网状构架的多孔材料的重量为恒定的情况下，当每英寸长度的多孔金属材料平面上由网状构架形成的孔隙数量即PPI下降时，孔隙的直径增大并且压痕的间距增大。相反，当PPI增大时，孔隙的直径减小并且压痕间距也减小。因此，当本发明应用到配置具有PPI等于或小于200的三维网状构架的多孔金属材料的非烧结电极时，可以得到基本上为圆形螺线电极体更进一步地发挥作用。
另外，当高密度地填充活性材料时，可以得到大容量的蓄电池。但是，当活性材料的填充密度提高时，电极板***。另一方面，当活性材料的填充密度下降时，电极板不***，同时提高了可弯曲性。为了获得能够在由网状构架形成的孔隙平面的横向上缠绕非烧结电极，考虑到提高电量和可弯曲性的能力，活性材料的填充密度最好为2．6g／cm3-孔隙或更大。在此使用的“活性材料的填充密度(g／cm3-孔隙)”表示在不包括配置有三维连续网状构架的多孔金属材料中金属部分的单位体积中填充的活性材料的重量。
该方法最好还包括一个截取步骤，其中用活性材料填充多孔金属材料，以致在辊压步骤之后和辊子处理步骤之前具有预定的宽度。
图1是关于制造方法实例的电极板示意图，其中图1(a)是活性材料保持架部分的平面图，图1(b)是通过截取被辊压过的活性材料保持架所得到的电极板片状况平面图，和图1(c)是经过辊子处理的电极板状况示意图；
图2是关于制造方法比较例的电极板示意图，其中图2(a)是活性材料保持架部分的平面图，图2(b)是通过截取被辊压过的活性材料保持架所得到的电极板片状况平面图，和图2(c)是经过辊子处理的电极板状况示意图；
图3是关于制造方法比较例的电极板示意图，其中图3(a)是活性材料保持架部分的平面图，图3(b)是通过截取被辊压过的活性材料保持架所得到的电极板片状况平面图；
图4是关于制造方法比较例的电极板示意图，其中图4(a)是活性材料保持架部分的平面图，图4(b)是通过截取被辊压过的活性材料保持架所得到的电极板片状况平面图；和
图5是用负电极板螺线形缠绕电极板所得到的芯的状况透视图。
下面将参考本发明应用到镍氢蓄电池的情况及其附图对本发明的应用实施例进行描述。本发明不应局限于下列实施例，而是可以应用在适当修改的实施例中，只要它不脱离本发明的范围。
图1是关于制造方法实例的电极板示意图，其中图1(a)是活性材料保持架部分的平面图，图1(b)是通过截取被辊压过的活性材料保持架所得到的电极板片状况平面图，和图1(c)是经过辊子处理的电极板状况示意图。
图2是关于制造方法比较例的电极板示意图，其中图2(a)是活性材料保持架部分的平面图，图2(b)是通过截取被辊压过的活性材料保持架所得到的电极板片状况平面图，和图2(c)是经过辊子处理的电极板状况示意图。
图3是关于制造方法比较例的电极板示意图，其中图3(a)是活性材料保持架部分的平面图，图3(b)是通过截取被辊压过的活性材料保持架所得到的电极板片状况平面图。
图4是关于制造方法比较例的电极板示意图，其中图4(a)是活性材料保持架部分的平面图，图4(b)是通过截取被辊压过的活性材料保持架所得到的电极板片状况平面图。
图5是用负电极板螺线形缠绕电极板所得到的芯的状况透视图。1．正镍电极的制备(1)实例
混合100重量份的主要由氢氧化镍(包含少量的锌和钴)组成的活性材料粉、40重量份的0．2wt-％的羟丙基纤维素水溶液和1重量份的PTFE悬浮物以制备出一种活性材料浆。
然后用活性材料浆填充包括一种发泡的镍材料(配置有三维连续网状构架)的多孔金属材料(活性材料保持材料)10，该多孔金属材料的空隙度为97％，厚度约为1．5mm，多孔金属材料的填充量应为辊压后活性材料填充密度达到2．8g／cm3-void。如图1(a)所示，多孔金属材料10具有由网状构架在其平面上形成的数个细孔11。这些细孔11的PPI(每英寸长度上的孔隙数)被调节到50。
烘干多孔金属材料10，并再将其厚度辊压成约0．7mm。如图1(b)所示，辊压导致网状构架形成的细孔11在辊压的方向(图1(a)中箭头所示)拉伸，形成形状类似于具有长轴的椭圆或变形椭圆的细孔12。然后以这样的方式切割多孔金属材料10：具有类似于有长轴的椭圆或变形椭圆形状的细孔12纵向与电极板的横向重合，形成一个镍电极板13。
之后，对形成有预定形状的镍电极板13进行经过纵向(垂直于辊压方向)一系列辊子的辊压处理。通过这种方式，在平行于辊压方向的方向上形成数个压痕14，以制备本实例的镍电极板13，如图1(c)所示。在细孔12的横向形成数个压痕14，如图1(c)所示。因此，这些压痕14以很小的间距形成。(2)比较例1
然后用与前述例1中制备的相同的活性材料浆填充包括一种发泡的镍材料(配置有三维连续网状构架)的多孔金属材料(活性材料保持材料)20，该多孔金属材料的空隙度为97％，厚度约为1．5mm，多孔金属材料的填充量应为辊压后的活性材料填充密度达到2．8g／cm3-void。如图2(a)所示，多孔金属材料20具有由网状构架在其平面上形成的数个细孔21。这些细孔21的PPI(每英寸长度上的孔数)被调节到50。
烘干多孔金属材料20，并再将其厚度辊压成约为0．7mm。如图2(b)所示，辊压导致网状构架形成的细孔21在辊压的方向(图2(a)中箭头所示)拉伸，形成形状类似于具有长轴的椭圆或变形椭圆的细孔22。然后以这样的方式切割多孔金属材料20：具有类似于有长轴的椭圆或变形椭圆形状的细孔22纵向与电极板的横向重合，形成一个镍电极板23。
之后，对形成有预定形状的镍电极板23进行经过纵向(垂直于辊压方向)一系列辊子的辊压处理。通过这种方式，在平行于辊压方向的方向上形成数个压痕24以制备比较例1的镍电极板23，如图21(c)所示。在沿细孔22的长轴方向形成数个压痕24，如图2(c)所示。因此，这些压痕14以长间距形成。(3)比较例2
然后用与前述实例中制备的相同的活性材料浆填充包括一种发泡的镍材料(配置有三维连续网状构架)的多孔金属材料(活性材料保持材料)30，该多孔金属材料的空隙度为97％，厚度约为1．5mm，多孔金属材料的填充量应为辊压后活性材料填充密度达到2．8g／cm3-孔隙。如图3(a)所示，多孔金属材料30具有由网状构架在其平面上形成的数个细孔31。这些细孔31的PPI(每英寸长度上的孔隙数)被调节到50。
烘干多孔金属材料30并再将其厚度辊压成约为0．7mm。如图3(b)所示，辊压导致网状构架形成的孔隙31在辊压的方向(图3(a)中箭头所示)拉伸，形成形状类似于具有长轴的椭圆或变形椭圆的孔隙32。然后以这样的方式切割多孔金属材料30：具有类似于有长轴的椭圆或变形椭圆形状的孔隙32纵向与电极板的横向重合，形成一个镍电极板33。(4)比较例3
然后用与前述实例中制备的相同的活性材料浆填充包括一种发泡的镍材料(配置有三维连续网状构架)的多孔金属材料(活性材料保持材料)40，该多孔金属材料的空隙度为97％，厚度约为1．5mm，多孔金属材料的填充量应为辊压后活性材料填充密度达到2．8g／cm3-孔隙。如图4(a)所示，多孔金属材料20具有由网状构架在其平面上形成的数个孔隙41。这些孔隙41的PPI(每英寸长度上的孔隙数)被调节到50。
烘干多孔金属材料40并再将其厚度辊压成约为0．7mm。如图4(b)所示，辊压导致网状构架形成的孔隙41在辊压的方向(图4(a)中箭头所示)拉伸，形成形状类似于具有长轴的椭圆或变形椭圆的细孔42。然后以这样的方式切割多孔金属材料40：具有类似于有长轴的椭圆或变形椭圆形状的细孔42纵向与电极板的横向重合，形成一个镍电极板43。2．负电极的制备
以1∶3．4∶0．8∶0．2∶0．6的比例混合Amischmetal(Mn：稀土元素的混合物)、镍、钴、铝和锰。然后在氩气气氛下的高频感应炉中对该混合物进行感应加热以形成熔融合金。把由此得到的熔融合金注入模具中，然后通过已知的方法进行冷却，以制备氢封闭的合金锭，该合金由组合式Mn1．0Ni3．4Co0．8Al0．2Mn0．6表示。
然后对氢封闭的合金锭机械研磨，以形成一种平均颗粒直径约为50μm的氢封闭的合金粉。将由此获得的氢封闭的合金粉与粘合剂如聚环氧乙烷及适量的水混合以制备出氢封闭的合金糊。把由此制备的合金糊施用到由两侧的模压金属制成的活性材料保持材料，施加量达到辊压后活性材料密度达到预定值，烘干、辊压并切割成预定的大小以制备出氢封闭的合金负电极50。3．镍氢电池的制备
把实例的镍正电极板13和比较例1至3的镍正电极23、33、43都用上述制备的氢封闭的合金负电极螺线形缠绕，在其间***一个由无纺聚丙烯或尼龙布制成的隔离物60(厚度：约0．15mm)，由此分别制得一个螺旋电极块a，x，y和z。由镍正电极板13制备的块标记为螺旋电极块a，镍正电极板23制备的块标记为螺旋电极块x，由镍正电极板33制备的块标记为螺旋电极块y，由镍正电极板43制备的块标记为螺旋电极块z。
分别在形状类似于有长轴的椭圆或变形椭圆的细孔12和32的横向上缠绕实例的镍正电极板13和比较例2的镍正电极33。分别在形状类似于有长轴的椭圆或变形椭圆的细孔12和32的纵向上缠绕比较例1的镍正电极板23和比较例3的镍正电极板43。
把由此制备的各个螺旋形电极块的负电极板终端50a分别连结到负电极集流器。把各个镍正电极板13、23、33和43的终端13a、23a、33a和43a分别连结到正电极集流器。然后，把各个电极***到端部闭合的柱状金属外管壳中。然后，把负电极集流器点焊到金属外管壳的底部。之后，把从正电极集流器延伸出的引线板焊接到密封材料的底部。
之后，向这些外管壳中注入电解液(包含氢氧化铝(LiOH)和氢氧化钠(NaOH)的7．5N氢氧化钾(KON)水溶液)。然后把这些密封材料填塞到外管壳的开孔处，外管壳带有一个***其间的密封垫。通过这种方式制备额定电量为1，200mAH的柱状镍氢蓄电池A1(包括螺旋电极块a)、X1(包括螺旋电极块x)、Y1(包括螺旋电极块y)和Z1(包括螺旋电极块z)。4．电池测试(1)电极块圆度的测定
对于由此制备的各个螺旋电极块a、x、y和z测量其长轴长度和短轴长度。从这些测定结果中，计算短轴长度与长轴长度的比例，以确定圆度。结果列于表1。(2)短路测试
对所制备的电池A1、X1、Y1和Z1制备100份样品。然后测量100份电池A1、X1、Y1和Z1样品的电池电压。当测定的电池电压等于或小于0．1V时，判定为电池短路。然后确定短路样品数量。结果列于表1表1
从上述表1中可以看出，比较例1至3的电池X1、Y1和Z1分别具有较低的圆度，因而在缠绕其间易于破裂或破碎，穿透隔离物，造成内部短路。相反，实例的电池A1包括一个几乎为圆形的芯，因而在缠绕其间电极板不易破裂或损坏，不导致短路。对于这种现象的原因考虑如下。
换言之，关于实例的电池A1，在沿电极板13横向的方向上辊压多孔金属材料(见图1)。因此，在多孔金属材料10中由网状构架形成的孔隙11被在沿电极板13横向的方向上拉伸，使得这些孔隙12的短轴取向于电极板13的纵向。在这种结构中，多孔金属材料在电极板13被缠绕的方向即电极板13的纵向上保持柔韧性。另外，该处理导致压痕14以很小的间距取向于电极板13的纵向(缠绕方向)。在这种结构中，即使电极板13的密度或厚度增大，缠绕其间施加到电极板13的负荷也可以扩散。因此，可弯曲性得以提高，给出提高的圆滑度并因而减少短路的发生。
另一方面，关于比较例1的电池X1，在沿电极板23纵向的方向上辊压多孔金属材料(见图2)。因此，当在电极板23的纵向(缠绕方向)给多孔金属材料施加负荷时，多孔金属材料20发生弹性形变，导致在电极板23的缠绕方向上加工***。另外，即使辊压处理可以致使压痕24浸入电极板23的横向，在多孔金属材料20中由网状构架形成的孔细21也取向于电极板23的纵向，使得细孔22的长轴取向于电极板23的纵向。因此，电极板23纵向中压痕24之间的间距根据细孔22的长轴而增大。所以，最终的可弯曲性减弱，给出降低的圆度并因而增多短路的发生。
关于比较例2的电池Y1，在电极板33的横向滚动多孔金属材料(见图3)。然后，在电极板的横向拉伸多孔金属材料30中由网状构架形成的细孔31，使得细孔32的短轴取向于电极板33的纵轴。在这种结构中，多孔金属材料在电极板33被缠绕的方向，即，电极板33的纵向上保持柔韧性。但是，因为不进行辊压处理，所以缠绕其间施加到电极板33上的负荷不能随着电极板密度或厚度的增大而扩散。所以，最终的可弯曲性减弱，给出降低的圆度，并因而增多短路的发生。
关于比较例3的电池Z1，在电极板43的纵向滚动多孔金属材料(见图4)。当在电极板43的纵向(缠绕方向)给多孔金属材料施加负荷时，多孔金属材料40发生弹性形变，导致在电极板43的缠绕方向上加工***。另外，因为不进行辊压处理，所以缠绕其间施加到电极板33上的负荷不能扩散。所以，最终的可弯曲性减弱，给出降低的圆度，并因而增多短路的发生。(3)基本电量的测定
在室温(环境温度25℃)下对制备的每个电池A1，X1，Y1和Z1用120mA(0．1C)的电流充电16小时。停止1个小时后，再用24mA(0．2C)的电流对每个电池放电，直到电池电压达到1．0V。之后，停止1小时。进行三次这种循环以激励电池A1，X1，Y1和Z1。在第三次循环时测得的放电量定义为基本电量。(4)高速放电率的测试
以上述方式，测定每个电池A1，X1，Y1和Z1的基本电量。然后在室温(环境温度25℃)下对每个电池用120mA(0．1C)的电流充电16小时。停止1个小时后，再用3，600mA(3C)的电流对每个电池放电，直到电池电压达到1．0V为止。然后测量放电量。把该放电量和前述基本电量之比确定为3C时的高速放电率。结果列于表2。
另外，在室温(环境温度25℃)下，对每个电池用120mA(0．1C)的电流充电16小时。停止1个小时后，再用6，000mA(5C)的电流对每个电池放电，直到电池电压达到1．0V。然后测量放电量。把该放电量和前述基本电量之比确定为5C时的高速放电率。结果列于表2。在表2中，比较例电池X1，Y1和Z1的高速放电率相对于实例的电池A的高速放电率表示成100。表2
电池的种类 在3C时的高速放电率 在3C时的高速放电率
A1 100 100
X1 85 64
Y1 89 72
Z1 81 62
从表2中可以看出，比较例1至3的所有电池X1，Y1和Z1显示出减弱的高速放电率，而实例的电池A1显示出优良的高速放电率。用实例的电池A1来解释这种现象的原因，当缠绕时施加到电极板13上的负荷较小。所以电极板的局部拉伸减小，避免了多孔金属材料10内网状构架中缺陷或损伤的产生，并因而使得保持多孔金属材料10很高的集流性能成为可能。
另一方面，关于比较例1和3的电池X1和Z1，分别给多孔金属材料20和40仅在电极板23和43的纵向施加辊压负荷。因此，多孔金属20和40中网状构架发生弹性形变，导致加工歪曲或断裂。其结果是多孔金属表现出减弱的集流性能和减弱的高速放电率。关于比较例2和3的电池Y1和Z1，因为多孔金属30和40不经过辊压处理，所以缠绕其间的应力不能扩散。因而在多孔金属30和40的网状构架中发生局部缺陷或断裂，减弱多孔金属30和40的集流性能和高速放电率。(5)循环寿命测试
在25℃的环境温度下，用1．2A(1C)的电流对电池A1，X1，Y1和Z1每个进行充电。记录下每个电池在充电结束时的电压峰值。当以电池电压显示出从峰值下降一个预定值时为基准，终止充电。停止充电1小时后，用1．2A(1C)的电流对每个电池放电，直到电池电压达到1．0V。停止1小时。然后继续循环寿命的测试。当放电量达到初始电流的60％时，判定电池结束其寿命。结果列于表3。表3
电池种类 循环寿命
A1 800周期
X1 650周期
Y1 680周期
Z1 580周期
从表3中可以看出，比较例1至3的电池X1，Y1和Z1均显示出减弱的循环寿命，而实例的电池A1显示出良好的循环寿命。
用实例的电池A1解释这种现象的可能原因，在多孔金属材料10的网状构架中没有发生缺陷或断裂。所以，多孔金属材料10的集流性能可以保持在很高水平，加速在正电极板上的均匀的充放电反应，并因而使活性正电极材料增长。于是，循环寿命延长。另一方面，关于比较例1、2和3的电池X1，Y1和Z1，在多孔金属材料20、30和40的网状构架中发生局部缺陷或断裂，减弱了多孔金属材料20、30和40的集流性能，并因而防止了在正电极板上的均匀的充放电反应。所以循环寿命缩短。5．PPI和圆度之间的关系
在保持多孔金属材料的重量(单位面积)恒定时，研究PPI值(多孔金属材料平面上单位长度的多孔金属材料中网状构架形成的空隙数)和圆度之间的相互关系。
按照与实例的电池A1相同的方式用PPI值为50(实例的A1)、100、200和250的多孔金属材料制备实例电池A1的电极块。然后测量这些电池的圆度(电极块短轴长度而长轴长度之比)，测量的结果列于表4。
按照与比较例的电池X1相同的方式用PPI值为50(比较例1的X1)、100、200和250的多孔金属材料制备实例电池X的电极块。然后测量这些电池的圆度(电极块短轴长度而长轴长度之比)，测量的结果列于表4。表4
电池的种类 %圆滑度
50PPI 100PPI 200PPI 250PPI
A 99.5 99.6 99.3 99.4
X 96.0 96.9 97.5 99.0
通过降低多孔金属材料的的PPI值，可以进行高密度地填充而不减少活性材料的填充。因此作为一种提高电量的的方法，需要利用包括减小PPI值的方法。但是，从表4中可以看出，具有PPI值等于或小于200的比较例电池X表现出与实例电池A相比剧烈下降的圆度。相反，实例电池A没有表现出圆度的下降，既使PPI值等于或小于200。这就证明多孔金属材料的PPI值最好等于或小于200，以增大能够生产出高电量和高质量电池的作用。
6．活性材料的填充密度和圆度之间的关系
按照与实例的电池A1相同的方式，以变化的活性材料填充密度2．5g／cm3-孔隙，2．6g／cm3-孔隙，2．7g／cm3-孔隙，2．8g／cm3-孔隙(实例的电池X1)和2．9g／cm3-孔隙制备比较例电池X的电极块。然后，测量这些电池的圆度(电极块短轴长度而长轴长度之比)。测量的结果列于下表5。
分别按照与比较例1的电池X1相同的方式，以变化的活性材料填充密度2．5g／cm3-孔隙，2．6g／cm3-孔隙，2．7g／cm3-孔隙，2．8g／cm3-孔隙(比较例1的电池X1)和2．9g／cm3-孔隙制备比较例电池X的电极块。然后测量这些电池的圆度(电极块短轴长度而长轴长度之比)。测量的结果列于下表5。表5
电池的种类 %圆度
2.5g/cm3-孔隙 2.6g/cm3-孔隙 2.7g/cm3-孔隙 2.8g/cm3-孔隙 2.9g/cm3-孔隙
A 99.5 99.6 99.3 99.4 99.2
X 96.0 96.9 97.5 99.0 99.5
要增大电池的电量，必须高密度地填充活性材料。但高密度地填充会造成电极板的加工硬化，导致可弯曲性减弱(圆滑度下降)。从表5中可以看出，当活性材料的填充密度增大超过2．6g／cm3-孔隙时，比较例的电池X圆度剧烈下降。另一方面，既使在活性材料的填充密度增大超过2．6g／cm3-孔隙时，实例电池A也表现出很小的或没有圆度下降。这证明活性材料的填充密度最好等于或大于2．6g／cm3-孔隙，以增大能够生产出可弯曲性提高的高电量电池的作用。
如上所述，在本发明中，当在平行于空隙的纵向形成压痕时，其中空隙被拉伸成具有类似于有长轴的椭圆或变形椭圆的平面形状，压痕取向于这些空隙的横向，以极小的间距分布。因此，通过在平行于这些压痕的缠绕轴上螺线形缠绕电极板，可以形成基本上为圆形的电极芯。结果是电极板的可弯曲性提高，使获得大电量和高质量的蓄电池成为可能。
另外，因为压痕以极小的间距形成，并且在压痕形成的方向缠绕电极板，所以可以避免短路。同时，因为在网状构架形成的空隙的横向缠绕电极板，所以可以减小缠绕其间施加到多孔金属材料的负荷，避免电极板的局部伸长，并避免诸如多孔金属材料中网状构架的断裂等缺陷的发生。最终可以提高集流性能，使获得大容量和高质量的蓄电池成为可能。
以上将有关把厚度为1．5mm的用活性材料填充的多孔金属材料辊压成0．7mm的情况对本发明的应用实施例进行了描述。但采用的多孔金属材料(发泡的镍)的厚度和多孔金属材料应辊压成的厚度可以根据所需的电极板厚度适当地预定。
以上还关于把本发明应用到镍氢蓄电池的情况对本发明的应用实施例进行了描述。但很明显，本发明并不局限于镍氢蓄电池，还可以应用到其它的蓄电池，如镍镉蓄电池。

Claims (11)

1．一种碱性蓄电池，包括一种通过螺线形环绕非烧结电极而得到的电极块，非烧结电极具有一种多孔金属材料，该金属材料配备有填充以活性材料的三维连续网状构架，具有一个带有***其间的隔离物的反电极，其特征在于在多孔金属材料的一个平面上由网状构架所形成的孔隙被拉伸成具有类似于有长轴的椭球或变形椭球的平面形状，在非烧结电极中平行于孔隙纵向的方向形成压痕，电极板被螺线形缠绕，其结构使得压痕平行于缠绕轴取向。
2．如权利要求1所述的碱性蓄电池，其特征在于压痕在空隙的横向上以恒定的间距分布。
3．如权利要求1所述的碱性蓄电池，其特征在于由网状构架在多孔金属材料的平面上形成的空隙数量在每英寸长度上等于或小于200(200PPI)的孔。
4．如权利要求1所述的碱性蓄电池，其特征在于非烧结电极中活性材料的填充密度等于或大于2．6g／cm3-孔隙。
5．如权利要求1所述的碱性蓄电池，其特征在于形成螺线形缠绕的电极块以真实地提高圆度。
6．如权利要求1所述的碱性蓄电池，其特征在于多孔金属材料由发泡的镍制成。
7．一种制造碱性蓄电池的方法，包括在具有网状构架的多孔金属材料中填充活性材料以形成非烧结电极的步骤，和螺线形缠绕所述电极的步骤，所述电极具有一个反电极，隔离物***其间形成一个电极块，其特征在于该方法还包括下述步骤：
把具有填充了活性材料的多孔金属材料网状构架的非烧结电极辊压成预定厚度；
辊压处理步骤，传递在辊压步骤中经垂直于辊压方向的一系列辊子辊压成预定厚度的非烧结电极，以致在平行于辊压方向的方向上形成以非常小的间距取向在垂直于辊压方向方向上的压痕；和
缠绕步骤，缠绕非烧结电极，使得在辊压处理步骤中形成的压痕取向于平行缠绕轴。
8．如权利要求7所述的碱性蓄电池制作方法，其特征在于辊压处理步骤包括一个利用级跃辊子形成压痕的步骤。
9．如权利要求7所述的碱性蓄电池制作方法，其特征在于辊压步骤包括把多孔金属材料的网状构架形成的空隙拉伸成类似于有长轴的椭圆或变形椭圆的平面形状，并调节在电极板平面上网状构架形成的空隙数，使每英寸长度的空隙数等于或小于200(200)PPI。
10．如权利要求7所述的碱性蓄电池制作方法，其特征在于多孔金属材料以2．6g／cm3-void的填充密度填充活性材料。
11．如权利要求7所述的碱性蓄电池制作方法，还包括一个截取步骤，其中用活性材料填充多孔金属材料，以致在辊压步骤之后和辊压处理步骤之前具有预定的宽度。
CNB001249517A 1999-09-30 2000-09-26 碱性蓄电池及其制造方法 Expired - Lifetime CN1162932C (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP277996/1999 1999-09-30
JP27799699A JP3653425B2 (ja) 1999-09-30 1999-09-30 アルカリ蓄電池およびその製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1290971A true CN1290971A (zh) 2001-04-11
CN1162932C CN1162932C (zh) 2004-08-18

Family

ID=17591184

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB001249517A Expired - Lifetime CN1162932C (zh) 1999-09-30 2000-09-26 碱性蓄电池及其制造方法

Country Status (7)

Country Link
US (1) US6682848B1 (zh)
EP (1) EP1089367B1 (zh)
JP (1) JP3653425B2 (zh)
KR (1) KR100545954B1 (zh)
CN (1) CN1162932C (zh)
DE (1) DE60022145T2 (zh)
TW (1) TW490870B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102094225A (zh) * 2011-03-03 2011-06-15 常德力元新材料有限责任公司 多孔金属材料及制备方法
CN102169993A (zh) * 2011-04-07 2011-08-31 先进储能材料国家工程研究中心有限责任公司 碱性二次电池及其生产方法
CN102903972A (zh) * 2012-10-23 2013-01-30 浙江凯恩电池有限公司 一种高功率镍氢电池及其制备方法
CN106953100A (zh) * 2017-05-08 2017-07-14 宁波必霸能源有限公司 正极集流体、正极饼、扣式电池及正极集流体加工方法

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4644336B2 (ja) * 2000-05-10 2011-03-02 パナソニック株式会社 アルカリ蓄電池用正極の製造方法
US7976982B2 (en) 2005-01-06 2011-07-12 Panasonic Corporation Alkaline storage battery
JP4774232B2 (ja) * 2005-04-13 2011-09-14 パナソニック株式会社 非水電解質二次電池用電極およびその製造方法
CN100361755C (zh) * 2005-12-29 2008-01-16 赵恒祥 蓄电池极板辊轧机
JP5569971B2 (ja) * 2010-12-24 2014-08-13 Ｆｄｋトワイセル株式会社 負極板の製造方法、負極板、該負極板を備えた円筒形電池
CN103380522B (zh) * 2011-02-18 2016-01-20 住友电气工业株式会社 包括具有三维网状结构的铝多孔部件的电极、以及包括该电极的非水电解质电池、使用非水电解液的电容器和使用非水电解液的锂离子电容器
CN103299462B (zh) * 2011-02-18 2016-06-22 住友电气工业株式会社 集电体用三维网状铝多孔体、使用了该铝多孔体的电极、以及使用了该电极的电池、电容器和锂离子电容器
JP6414545B2 (ja) * 2013-02-28 2018-10-31 三洋電機株式会社 非水電解質二次電池
US9969030B2 (en) * 2016-05-12 2018-05-15 Pacesetter, Inc. Laser drilling of metal foils for assembly in an electrolytic capacitor
WO2018048126A1 (ko) 2016-09-08 2018-03-15 주식회사 엘지화학 균일한 품질을 가지는 전극들의 제조 방법 및 이를 포함하는 전극조립체 제조 방법
CN106654155B (zh) * 2016-12-30 2020-02-28 深圳市豪鹏科技有限公司 一种二次电池的电极制作方法及电池负极
EP3499615A4 (en) * 2017-10-25 2020-02-05 Sumitomo Electric Toyama Co., Ltd. FUEL CELL AND METHOD FOR MANUFACTURING POROUS METAL BODIES

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60246561A (ja) 1984-05-18 1985-12-06 Matsushita Electric Ind Co Ltd アルカリ蓄電池用極板の製造法
JPS62136760A (ja) 1985-12-10 1987-06-19 Matsushita Electric Ind Co Ltd 電池用電極の製造法
US5849430A (en) 1995-05-31 1998-12-15 Samsung Display Devices Co., Ltd. Structure of an electrode of a secondary battery
US5940946A (en) * 1995-10-17 1999-08-24 Sanyo Electric Co., Ltd. Alkali storage cell employing a spongelike metal substrate
KR100404658B1 (ko) * 1996-03-27 2004-03-24 산요덴키가부시키가이샤 니켈-금속수소화물축전지및그제조방법
JPH10223215A (ja) 1997-02-10 1998-08-21 Matsushita Electric Ind Co Ltd アルカリ蓄電池の製造法
FR2763427B1 (fr) 1997-05-15 1999-07-23 Alsthom Cge Alcatel Electrode negative metal-hydrure en feuillard perfore enduit
JP3561631B2 (ja) * 1998-04-16 2004-09-02 三洋電機株式会社 アルカリ蓄電池用非焼結式ニッケル極及びそれを用いたアルカリ蓄電池

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102094225A (zh) * 2011-03-03 2011-06-15 常德力元新材料有限责任公司 多孔金属材料及制备方法
CN102169993A (zh) * 2011-04-07 2011-08-31 先进储能材料国家工程研究中心有限责任公司 碱性二次电池及其生产方法
CN102169993B (zh) * 2011-04-07 2013-06-26 先进储能材料国家工程研究中心有限责任公司 碱性二次电池及其生产方法
CN102903972A (zh) * 2012-10-23 2013-01-30 浙江凯恩电池有限公司 一种高功率镍氢电池及其制备方法
CN102903972B (zh) * 2012-10-23 2015-09-02 浙江凯恩电池有限公司 一种高功率镍氢电池及其制备方法
CN106953100A (zh) * 2017-05-08 2017-07-14 宁波必霸能源有限公司 正极集流体、正极饼、扣式电池及正极集流体加工方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR100545954B1 (ko) 2006-01-26
EP1089367A1 (en) 2001-04-04
DE60022145D1 (de) 2005-09-29
TW490870B (en) 2002-06-11
JP2001102084A (ja) 2001-04-13
CN1162932C (zh) 2004-08-18
JP3653425B2 (ja) 2005-05-25
KR20010030548A (ko) 2001-04-16
US6682848B1 (en) 2004-01-27
EP1089367B1 (en) 2005-08-24
DE60022145T2 (de) 2006-06-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1162932C (zh) 碱性蓄电池及其制造方法
US5556720A (en) Sealed zinc secondary battery and zinc electrode therefor
CN1101286C (zh) 吸氢合金粉末及其制造方法
US6805995B2 (en) Sealed cylindrical nickel-metal hydride storage battery
CN1084934C (zh) 用于金属氢化物碱电池的吸氢合金电极
JPH0676819A (ja) 円筒電池用極板とその製造方法
CN1149696C (zh) 使用海绵状金属基体的碱性蓄电池
CN1106049C (zh) 吸氢合金电极、吸氢合金电极的制造方法及碱性二次电池
CN1176503C (zh) 碱性蓄电池
JP6551012B2 (ja) 鉛蓄電池用負極および鉛蓄電池
JP2546638B2 (ja) 電池用極板の製造法
CN1292580A (zh) 碱性蓄电池及其制造方法
WO2011077640A1 (ja) 制御弁式鉛蓄電池
CN1551386A (zh) 用于碱性蓄电池的镍正极板及其制造方法
JP2003178794A (ja) シール形鉛蓄電池の製造法
JP3708350B2 (ja) アルカリ蓄電池用焼結式ニッケル正極
JP3744677B2 (ja) 焼結式カドミウム負極の製造方法
CN2570999Y (zh) 碱性二次电池
JP3851022B2 (ja) アルカリ蓄電池用ニッケル極及びアルカリ蓄電池
JP2002008645A (ja) 水素吸蔵合金負極及びその製造方法
JP3702107B2 (ja) アルカリ蓄電池用焼結式ニッケル電極の製造方法
JPS63126163A (ja) アルカリ蓄電池
JP2568624B2 (ja) アルカリ蓄電池用カドミウム負極およびその製造法
JP3490858B2 (ja) アルカリ蓄電池用非焼結式カドミウム負極
JPH10172559A (ja) アルカリ蓄電池用ニッケル活物質およびその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
ASS Succession or assignment of patent right

Owner name: FDK CORPORATION

Free format text: FORMER OWNER: SANYO ELECTRIC CO., LTD.

Effective date: 20100409

C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
COR Change of bibliographic data

Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: OSAKA, JAPAN TO: TOKYO, JAPAN

TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20100409

Address after: Tokyo, Japan, Japan

Patentee after: Fdk Corporation

Address before: Japan Osaka

Patentee before: Sanyo Electric Co., Ltd.

CX01 Expiry of patent term
CX01 Expiry of patent term

Granted publication date: 20040818