TW490870B - Alkaline storage battery and process for the production thereof - Google Patents

Description

490870 wff 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 9gJ\28修正 阜補充

五、發明說明（1 ) [發明領域] 本發明係關於鹼性電池，如 创、止古，土 . 鎳風電池及鎳鎘電池及苴 κ方法。更特別的是，本發明係關於包括 - 三維連續網狀骨架構成且充填活性材料之卜曰屡具有以 未經燒結電極，與其間裝設分隔 ：:，屬材料之 在一叔迤尸夕φ 4 相對电極螺旋狀捲繞 製于之電極封端之驗性電池，及其製造方法。[相關技藝之敘述] 使用於驗性電池，如鎳錢電也 …八盔"电池及鎳虱電池中之鎳電極 ^為止均使用所謂未經燒結之電極板，該電極板具有充 填活性材料之三維連續網狀骨架之多孔性材料（立餘之活 性材料）。此類具有三維連續網狀骨架之多孔性金㈣料之 孔隙度高至約95%，且因此可在高密度下充填活性材料， 使之可製得高容量之電池。同時，由於此類未經燒結之電 極板可藉由以活性材料充填多孔性金屬材料，因此可去除 活化所須之棘手的處理，使其容易製成電池。活性化處理 包括之步驟為產生電極活化材料之步驟’以及將電極浸潰 在活性材料中之步驟。 近年來，持續的要求電極容量之提昇。電極容量提昇 之要求已藉由提高活性材料之充填達成。然而，增加活性 材料之充填會導致活性材料充填密度增加，或導致造成電 極硬化之電極板增加。因此，當螺旋捲繞時，電極板顯示 急遽下降之捲繞性’使得產率及電池之品質下降。因此， JP-A-60-246561(此處所用、、JP_A" 一詞意指、未經審查公 告之日本專利申請案"）、jp_A_62-13676〇、及jP-A-1〇- ^------ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 參· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公餐） I (修正頁） 31U57

五、發明說明（2 ) 2232 1 5號中曾提出改盖盆 供一#、.目> ,了捲磽性之方法，該方法包括提 Μ “可知曲性之活性材料充填電極板。 (請先閱讀背面之注*事項再填寫本頁) 上述專利中所提出之方法包括以 維連續網狀骨架之多孔性金屬 针兄異，、有一 … 廣材竹，在預定之壓力下壓著 該夕孔性金屬材料，接著传兮 之4夕扎性金屬材料通過裝置許 夕滾筒之平整裝置。由於使娘 '便、&過座耆之充填活性材料之電 極板通過平整器，因此在雷搞此 此在私極孜之表面上會產生許多裂 恨’可提升電極板之可撓曲神， ^ 且因此可順利的捲繞電極 板。 士然而，依據上述申請案中所提&之方法，經過滾廢之 充真/在i±材料之具有二維連續網狀骨架之多孔性金屬材料 接著以與滾動方向相同之方向進行滾壓處理，所造成之裂 痕會與滾動之々向坐直。據此，裂痕產生之方向係與捲繞 轴坐旦。必然之結果為電極板滾動之方向係與螺旋捲繞之 方向一致。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 因此’負荷經吊1乐在活性材料之充填、滾動及滾筒處 理各步騍中，以相同之方向施加於具有三維連續網狀骨架 之多孔金屬材料之上。據此，構成多孔金屬材料之三維連 續網狀骨架會遭受塑性變形，導致加工硬化。結果，即使 使電極板進行滾筒處理，使得電極板中產生裂痕，但改善 其可捲繞性並不容易。 為了藉由使電極板產生裂痕改善電極板之可捲繞性， 因此需要使電極板產生電極板捲繞方向極小間距之裂痕。 然而’由於在多孔性金屬材料中介由三維連續網狀骨架形 2 (修正頁） 311&57 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 490870 互、發明說明（3 ) 成之孔隙經拉伸，使得所得之平面形狀在滚動方向具有長 軸。經拉伸使之具有長軸之孔隙之產生不容易產生小間距 之裂痕，且因此不容易改善電極板之可捲繞性。 因此，本發明係用於解決上述之問題。研究充填活性 材料之電極板之滚動方向與滾筒處，理之·方向間之關聯性。 結果發現當此等方向相互垂直時，可改善電極板之可捲繞 性。本發明乃依據該認知而進行。本發明之第一^目的係 製得具有改善之電極板可捲繞性1，且因此提供具有極高儲 電篁之蓄電池。本發明之第二目的係提供具有改善之電極 板可捲繞性之電極體之製造方法。 本發明係為了達成上述之目的而研創。為了達成本發 明之第一個目的，依據本發明之鹼電池之排列係使得在其 平面上藉由多孔性金屬材料中之網狀骨架形成之孔隙經拉 伸至具有與橢圓形或具有長轴之變形橢圓形相似平面形 狀，因此會在未經燒結之電極上形成與孔隙之縱向方向平 行之裂痕，且電極板依此排列螺旋捲繞，使得裂痕與捲繞 軸平行定向。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 裂痕最好係以極小之間距，與孔隙交叉之方向排列。 因此，當依與經拉伸使之具有類似橢圓形或具長軸之 變形橢圓形形狀之孔隙縱轴方向平行形成裂痕時，此等裂 痕係依經拉伸使之具有類似橢圓形或具長軸之變形橢圓形 形狀之孔隙橫向方向定向，因此係以極小之間距定向。據 此’藉由將該電極板旋轉捲繞在與此等裂痕平行之捲繞軸 上，可行成實質上為圓形形狀之電極線圈。結果，可改善 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 3 311857 490870 r ' ' ； ，r 年7] 允丨 五、發明說明（4 ) 電極板之可捲繞性’使之可得到高容量與高品質之電池。 再者，裂痕係以極小之間距形成。裂痕分的極細。同 時，由於捲繞電極封端為圓形，以分散結構壓力，可避免 由於龜裂造成之短路。同時，由於電極板係依藉由網狀骨 架形成之孔隙之橫向方向捲繞，因此可降低捲繞過程中施 加於多孔性金屬材料上之負荷，且使電極板不會有區域性 伸長，且因此可避免缺陷之產生，如多孔性金屬材料中之 網狀骨架之斷裂。因此，可改善累積之性質，使之可得到 高容量與高品質之電池。 再者’該裂痕係依該孔隙之橫向方向，在極小之間距 ，該電極封端螺旋捲繞之形成係使其可確實提昇 較好，該多孔性金屬材料形成之鎳製成。為了達成本 發明之第二個目的，本發明鹼性電池之製造方法包括以活 性材料充填其網狀骨架中之多孔性金屬材料，形成未經燒 結之電極之步驟，且使未經燒結之電極滾壓至預定厚度之 滾壓步驟，使經滾壓制預定厚度之未經燒結電極依與滾壓 步騾之滾壓方向垂直之方向通過一系列滾筒，使得依與滾 壓方向垂直之方向，在極小間距下定向之裂痕以與滾壓方 向平行之方向开> 成之滾筒處理步驟，以及將未經燒結之電 極排列捲繞，使得在滾壓處理步驟下形成之裂痕以與捲繞 軸平行之方向定向之捲繞步驟。 當具有在其網狀骨架中充填以活性材料之多孔性金屬 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） 4 (庐正--- — ： ： 7--訂--------- (請先間讀背面之注意事項再填寫本頁) 490870

‘2· 2¾¾ 年月日補充丨 A7 B7 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4 格（21〇 x 297公爱 五、發明說明（f 材料之未經燒結電極在滾壓步驟中滾壓至預定厚度時，由 網狀骨架升多成之孔隙經拉# ϋ有與擴_或具有長轴之 變形橢圓形類似平面形狀。接著，當未經燒結之電極通過 一系列滾筒，使得所形成之裂痕依與滾壓方向垂直之方向 疋向岭，裂痕係依與經拉伸至具有與橢圓形或變形橢圓形 類似形狀之孔隙之橫向方向定向。因此，裂痕會以極小間 距形成。 接著，當未經燒結之電極在裂痕方向係與捲繞軸平行 之排列之捲繞步驟下捲繞時，可輕易的進行捲繞，使之可 形成實質上為圓形形狀之電極線圈。此時，因為未經燒結 之電極板係以孔隙之橫向方向捲繞，因此可降低捲繞過程 中施加灰多孔性金屬材料上之負荷，避免電極板之區域性 拉伸，因此可防止發生多孔性金屬材料中網狀骨架斷裂之 缺陷。因此，可改善累積之性質，使之可得到高容量與高 品質之電池。 ' 當具有三維連續網狀骨架之多孔性金屬材料之重量固 定時，每英吋長度之多孔性金屬材料之平面上由網狀骨架 形成之孔隙數量，亦即PPI降低時，孔隙之直徑增加，且 裂痕間之間距增加。相反的，當ρρι增加時，孔隙之直庐 降低，且裂痕間之間距降低。據此，當本發明用於為 200或更低之裝置有具有三維網狀骨架之多孔性金屬材料 之未經燒結電極時，可得到實質上為圓形之螺旋狀電極 體’以進行進一步之應用。 再者，當在高密度下充填活性材料時。可得到高容量 (修正頁）311857 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ^--------^---------線、 490870

經 濟 部 智 慧 財 產 局 消 費 合 作 社 印 製 五、發明說明（6 ) 電池。然而，當活性材料之充填密度增加時，電極板會變 硬。另一方面當活性材料之充填密度降低時。電極板不 會變硬，因此可改善其可捲繞性。為了達到可以依藉由其 :面上之網狀骨架形成之孔隙之橫向方向捲繞未經燒結: 電極，活性材料之充填密度依據提昇其容量以及捲繞性之 能力：言’較好為2.6克/立方公分_孔隙或更高。此處所 用之、舌性材料之充填密度(克/立方公分_孔隙)"一詞意指 除以三維連續網狀骨架提供之多孔性金屬材料中之金屬部 分外，每體積孔隙充填之活性金屬之重量。 ，較好此製程尚包括切割其中充填該活性材料之該多孔 性^屬材料，使其在滾壓步驟之後以及滾筒處理步驟之前 具有預定之寬度之步驟。 [圖式之簡要說明] 第1圖為圖示說明依據製造方法之實例之電極板 圖’其中第1⑷圖為圖示的說明一部分活性材料載具 ⑽ve她rialretainer)之平面圖第}咖為圖示的說 明藉由切割經過滾壓之活性材料載具所得電極板片之狀況 之+面圖，且第1⑷圖為圖示的說明已經進行過滚筒處理 之電極板狀況之圖； 第2圖係圖示的說明依據製生 極㈣甘“ 方依據裝k方法之比較例1之電 圖’：、中第2⑷圖係圖示的說明一部分活性材料載呈 之平面圖，第2(b)圖為圖示的說明藉由切割經過滾壓之活 =材料載具所得電極板片之狀況之平面圖，且第2⑷圖為 I β不的^明已經進行過滾筒處理之電極板狀況之圖. 本紙張尺度適用 國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公餐 6 (修正頁） 311857 I. ^ t--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 Β7 五、發明說明（7 第3圖係圖示的說明依據製造方法之比較例2之電 極板圖，其中第3⑷圖係圖示的說明一部分活性材料載具 平面圖第3 (b)圖為圖示的說明藉由切割經過滾壓之活 性材料載具所得電極板片之狀況之平面圖； 第4圖係圖示的說明依據製造方法之比較例3之電極 板圖’其中第4(a)圖係圖示的說明—部分活性材料載具之 平面圖，第4(b)圖為圖示的說明藉由切割經過滾壓之活性 材料載具所得電極板片之狀況之平面圖；及 第5圖係圖示的說明藉由螺旋捲繞具有負電極板之 電極板製浔之線圈狀況之剖面圖。 [元件符號說明 多孔性金屬材料 孔隙 ^橢圓形孔隙 錄電極板 裂痕 封氫合金負電極板 50a 端子 10 、 20 、 30 、 40 11 、 21 、 31 、 41 12 、 22 、 32 、 42 13 、 23 、 33 、 43 14、2450 13a 、 23a 、 33a 、 43 ^--------t--------λ (請先:/53讀背面之注意事項再填寫本頁) 經 濟 部 智 慧 財 產 局 消 費 合 社 印 製 [較佳具體例之敘述] 本發明相關之具體例將參照將本發明應用於鎳電处 之個案，及其相關之附圖敘述。本發明應不受下列具體例 及適當改良之具體例限制，因此並不至於超越其範圍。 逄極fe之製_ (1)實例 將100重量份之主要由氫氧化鎳（含小量辞及鈷）組成 之活性材料粉末，40重量份之羥基丙基纖維素之〇 2重量 —及1重量份之PTFE分散液混合在一起，以製備 本紙張尺度中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） : ---- 311857 A7 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 B7 五、發明說明（8 ) 活性材料漿料。 接著以活性材料漿料斧埴 ， 0/ 。 "匕括孑匕隙度（porosity)為97 %丘厚度約丨.5毫米之發泡鎳 w為 到2 8' 兄填里為使活性材料經滾壓後之充填密度達 1 # tM〇 ° ^ Ua)® ® -^ ^ ^^ 屬材柯10係藉由1芈而μ h， , ^ 上之網狀骨架形成之許多孔隙 lP〇res)l 1形成。此等許多 …m 之PPI(每英忖長度之孔 丨眾數目）經調金至5〇。 多孔性金屬材料1 〇經忸钕 ^ ^ ^ 古 、、工九、矻，接著滾壓至厚度約為〇 7 t 米（mm)。如第 1 m 同-^ _ ^ J曰圖不所不，該滾壓會造成由網狀骨 朱形成之孔隙11依滾壓之方 展壓之乃叼（以第1(a)圖之箭號表示）拉 伸’形成形狀類似橢圓形或具有長轴之變形橢圓形之孔隙 A接著將多孔隙金屬材料1G依與電極板橫向方向一致之 形狀類似橢圓形或變形橢圓形之孔隙12之縱軸方向方式 切割，形成錄電極板13。 隨後’使所形成之具有預定形狀之鎮電極板13依縱相 方m興滾Μ方向垂直之方向），經過__系列滾筒進行滾筒 處理。依此方式，如箆Η Ρ、回π _ 八 > 弟ΐ(〇Η所不，會依與滾壓方向平行 之方向形成許多裂痕14,以製備本實例之錄電極板13。如 第1(c)圖所示，眾多之裂痕14係依孔隙12之橫向形成。 因此’此等裂痕1 4會以極小間距形成。 (2)比較例1 以上面實例中製備之活性材料漿料充填包括孔隙度為 k紙張尺度帽國家標準（C_A4規格⑵〇 X 297公i" 8 (修正頁）311857 C ^----1 -----^^---------^9 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 490870

五、發明說明（9 97% ，且厚度約1.5毫米之發泡鋅# 骨牢接供b夕 赞泡鎳材枓（具有三維連續網狀 金屬材科(活性材料保持之材料)2。，該 活材料漿料之充殖詈為 達到28^ 為使活性材料經滚麼後之充填密度 克立方公分·孔隙。如第2 一 金屬材料2。係藉由其平面上之圖，…“，多孔性 7 1 Λ、 上之網狀骨架形成之許多孔隙 21形成。此等許多孔隙21之 夕礼[承 經調整至50。 （母夬吋長度之孔隙數目） 夕孔性金屬材料2 〇經烘乾，接荽蔽 毫米。如第糊圖示所示乾該滾接/會^至厚度約為0.7 成之孔隙2!依滾磨之方向“成由網狀骨架形 形成形狀類似橢圓形或且有圖之箭號表示)拉伸， 訂 ^接著將多孔隙金屬材二:::， Ψ ^ m J tefe Γ-. (，、包極板橫向方向一致之 形狀類似橢圓形或變形擴圓致之 切割’形錢電極板23。 孔"22之縱軸方向方式 方向（與㈣方向平行之方向 依縱相 處理。依此方式，如第2(c) 仃艰同 經 ，濟 部· 智 慧 財 產 局 員 X 消 費 合 作 社 印 製 夕t ^上、一 口所不會依與滾壓方向垂直 之方向形成許多裂痕24，以製 莖罝 如第⑹圖所示，眾多之裂# 24:較例之錄電極板23。 夕 < 髮痕24係沿著孔隙22 向固定。因此，此等裂痕24 長軸方 ⑺比較例2 會…間距形成。 Λ±* t H t 97%，且厚度約u毫米之發泡錄材料(具有 L_ -__^ (含輕㈣之㈣）3〇,該活性材 本紙狀㈣財開爾-- 9 ig'正頁）ΤΠ857 490870

五、發明說明（10 ) 料漿料之充填量為使活性材料經滾屢後之充填密度達到 2·8克/立方公分-孔隙。如第3⑷圖圖示所示，多孔性金屬 材料30係藉由其平面上之網狀骨架形成之許多孔隙形 成。此等許多孔隙31之m(每英叶長度之孔隙數目）經調 整至50 〇 一多孔性金屬材料30經棋乾，接著滾壓至厚度約為〇·7 宅米。如第3(b)圖圖示所示’該滾虔會造成由網狀骨架形 成之孔隙31依滾麼之方向（以第3⑷圖之箭號表示）拉伸’ 形成形狀類似橢圓形或具有長轴之變形橢圓形之孔隙 32。接著將多孔隙金屬材料3〇依與電極板橫向方向一致之 訂 形狀類似橢圓形或變形擴圓形之孔隙32之縱|^向方式 切割，形成鎳電極板3 3。 (4)比較例3 以上面實例中製備之活性材料漿料充填包括孔隙度為 m ’且厚度約“毫米之發泡料料（具有三維連續網狀 骨架）之多孔性金屬材料（活性材料保持材料 matenal retannng material)4〇，該活性材料漿料之充填量 為使活性材料經滾壓後之充填密度達到2 8克/立方公分^_ 孔隙。如第4⑷圖圖示所示，多孔性金屬材料4〇係藉由其 平面上之網狀骨架形成之許多孔隙41形成。此等許多孔隙 41之PPI(每英吋長度之孔隙數目）經調整至5〇。 多孔性金屬材料40經烘乾，接著滾壓至厚度約為〇 7 毫米。如第4(b)圖圖示所示，該滾廢會造成由網又狀骨架形 成之孔隙41依滾壓之方向（以第4(a)圖之箭號表示）拉伸， 本纸張尺度適用中關冢標準（CNS)A_4規格（ χ 297公爱） _ w (修正^ JII857 490870 印、d8修、正 年月 猶‘ 五、發明說明（η ) 形成形狀類似橢圓形或具有長軸之變形橢圓形之孔隙 42。接著將多孔隙金屬材料40依與電極板橫向方向一致之 形狀類似橢圓形或變形橢圓形之孔隙42之縱相方向方式 切割，形成錄電極板43。 2·負電極之製備 將阿米士奇金屬（Amischmetal，Μη ··稀土元素之混 合物）、錄、姑、銘及錳依〗3.4 : 0.8 : 0 2 : 〇 6之比例混 合在一起。混合物在於氮氣下，於高頻感應爐中進行感應 加熱，形成熔融合金。將所得之熔融合金澆鑄入模具中， 接著以已知之方法冷卻，製備以組成物式Mn2 qNi^c〇〇 8 Α1ο.2Μη0 6表示之封氫合金模製塊。 封氫合金之模製塊經機械粉碎成粒狀，接著以機械研 磨至平均粒徑約50微来。接著使所得之封氫合金粉末與結 :劑如聚餐氧乙院及適當量之水混纟，以製備封氣合金漿 料將所製備之漿料依據滾壓後_活性材料之密度會達到預 定值之量，塗佈在由經槌擊金屬組成之含活性材料之材料 兩，上，經烘乾、滾壓，接著切割至預定之尺寸，以製備 封氫合金負電極板50。 3·鎳氫電池之製備 將所製備之實例之鎳i電極板13與比較例！至3之 鎮正電極板23' 33及43以配置在其間之由不織布聚丙稀 龍製成之分隔材60(厚度：約〇15毫米)，分別與上面 製備之封氫合金負電極螺旋捲繞在一起， 正電極板13製備之電極=

(CNS)A4 ^ (210 .lifTF ’ 11 (修正頁

I A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（12 ) 為：旋電極塊a，以錄正電極板23製借之電極塊稱之為螺 旋：極塊X，以錄正電極板33製備之電極塊稱之為螺旋電 广，且以錄正電極板43製備之電極塊稱之為螺旋電極 實施例之錄正電極板13及比較例2之鎳正電極板33 分別以與形狀類似橢圓形或具有長軸之變形橢圓形之孔隙 12及32之橫向方向捲繞。比較例1之錄正電極板23及比 較例3之錄正電極板43分別依沿著形狀類似橢圓形或具有 長軸之變形橢圓形之孔隙22與42之長軸方向捲繞。 將所製傷之各螺旋電極塊負電極板之端子心分別與 負電極收集器相連。各鎳正電極板13、23、33及43之端 子 23a 33a及43a分別與各正電極收集器相連，以 製備各種電極。接著’將各電極分別***密封端之圓柱型 金屬外罐中奴後，將由正電極收集器延伸之鉛版焊接在 密封材料之底部。 隨後，此等外罐中分別注入電解質溶液（含氫氧化鋰 (LiOH)及氫氧化納（Na〇H)之氫氧化鉀（k〇h)7 水溶 液）°接著再以密封材料密封插在其間之密封墊之外罐開 口，使外罐密封。依此方式，可製備公稱容量為12〇〇mAH 之圓柱型鎳氫電池A1(包括螺旋電極塊a)、X1(包括螺旋電 極塊X)、Y1(包括螺旋電極塊幻及(包括螺旋電極塊z)。 4.電池測試 (1)電極塊圓度之測量 針對長軸長度及短軸長度分別測量依此製備之各螺旋 請 閱 讀 背 意 事 項 再 填 寫 本 頁 I ♦ 4 1 I 訂 I ί 秦 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 297公釐） 12 311857 五、發明說明（13 :極塊a、"及2。由此等測量計算短軸長 度之比，以測定其圓度。結果列於表i中。μ長抽長 (2)短路試驗 針對所製備之電池Α1、χι、γι 八 個樣品。電池A1、χι、γ 刀別製備100 及知此等100個檨σ 對其電池電壓測量。當所測量之電池電壓為ο lv: :於:判斷該電池短路。接著測定短路樣品量-列於表1中。 里結澤 AL ~χΓ 免ϋ色^數量 0/100 6/100 95.5 由上表1中可看出，比 :1易之二度均較低’因此電極板在***分隔物捲繞之過程 谷 4或龜裂，造成内部短路。相對的，實例之電池/ 乎圓形之線圈’因此電極板在捲繞過程中不容易_ 裂或文知，因而不會造成短路。 該現象之原因據推想如下。 荖雷之’參照實例之電池Α1，多孔性金屬材料係们 板13之橫向方向滾壓（見第J圖）。因此，由多孔七 金：材料10中之網狀骨架形成之孔隙η會沿著電極板/ 之檢向方向拉深，使得此等孔隙12之短轴依電極板υ之 向方向疋向。依此排列，多孔性金屬材料可以在電極拓 _ 13之^^向（電極板13之捲繞方向）維持可撓性。再者， 本紙&度翻規格⑵0 χ 297公髮） 年 五、發明說明（w ) 滾筒處理將使裂痕 加，仍可分散掉搂结程1使電極板lj之检度或厚度增 此，改善捲繞性可；㈣施加於電極板13之負荷。因 一 奴开丹圓度，且因此降低短路之發生。 係依另電一極方板:^^^ 極板23之縱向方向:很凌（兄弟2…。因此，當依電 時，多孔性金屬材；It回）對多孔性金屬材料施加負荷 之捲繞方向產生加I;:塑 電趣拓Η夕比， 茶，即從滾筒處理可造成依 问乃向產生之裂痕24，但由 訂 # =中之網狀骨架形成之孔隙21係依電極板23之^向材方 此會使孔隙22產生依電極板23之縱向方向定 :2長神。板此’電極板23之縱向方向之裂痕 ==之長轴向增加。因此，會使最終之捲㈣ -從圓度呷低且因此增加内部短路之發生率。 ”參照比較例2之電池Y1，多孔性金屬材料係依雷極版 :::價向方向滾壓(見第3圖)。因此’由多孔性金屬材料 Μ中之網狀骨架形成之孔隙31會沿著電極板”之 本紙張^適財國國家標準（CNS)A4規格（210x297公f 向拉伸，使得此等孔隙32之短轴依電極板”之縱向方向 定向。依此排列’多孔性金屬材料可以在電極板Μ之縱向 方向（電極板33之捲繞方向）維持可捷性。然而’由於未進 行滾筒處自，因此當電純33之密度或厚度增加，並益法 分散掉捲繞過程中施加於電極板33之負荷。因此，會使最 終之捲繞性減低，使圓度降低且因此增加内部短路^發2 'Ί i i857 (修正頁） 經濟部>慧財產局員工消費合作社印製 490870 A7 -__B7 ---------—_ 五、發明說明（15 ) 率。 參照比較例3之電池Z1，多孔性金屬材料係依電極板 43之縱向方向滚壓（見第4圖）。當依電極板43之縱向方向 (捲繞方向）對多孔性金屬材料施加負荷時，多孔性金屬材 料40會遭受到塑性變形，導致依電極板43之捲繞方向產 生加工硬化。再者，由於未進行滾筒處理，因此無法分散 掉捲繞過程中施加於電極板43之負荷。因此，會使最終之 捲繞性減低，使圓度降低且因此增加内部短路之發生率。 (3) 基本容量之測量 所致被之電池Al、XI ' Y1及Z1分別在室溫（常溫： 25°C)下，以120毫安培（〇. 1C)之電流充電16小時。中斷 一小時後，此等電池分別以24毫安培（0.2C)之電流放電， 直到電池之電壓達到1 ·〇伏特為止。隨後，中斷一小時。 重複此循環三次，使電池Al、XI、Y1及Z1活化。定義 第三次循環所測量之放電容量當作基本容量。 (4) 高速放電性試驗 依上述之方式分別測量電池A卜XI、Y1及Z1之基本 容量。此等電池分別在室溫（常溫：25°C )下，以120毫安 培（0.1C)之電流充電16小時。中斷一小時後，此等電池分 別以3600毫安培c)之電流放電，直到電池之電壓達到 1 ·〇伏特為止。接著測量放電容量。再測定放電容量對前 述基本容量之比當作在3C下之高速放電性。結果列於表2 中 〇 接著，使此等電池分別在室溫（常溫：25°C )下，以120 ； ^--------^---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） 15 311857 490870 A7 五、發明說明（16 ) 毫安培（0· 1C)之電流充電16小時。中斷一小時後，此等電 池分別以6000 .毫安培（5C)之電流放電，直到電池之電壓達 到1 · 0伏特為止。接著測量放電容量。再測定放電容量對 月J述基本谷1之比當作在5C下之尚速放電性。結果列於 表2中。表2中，以相對於實例之電池A1之高速放電性 當作100代表比較例之電池X卜Y1及Z1之高速放電性。 表 2 由表2可看出，比較例1至3之電池 呈現不良之高速放電性，但實例之電池A1則呈現極佳之 高速放電性。針對實例之電池A1解釋此現象可能之理由， 當捲繞時，電極板13施加較低之負荷。因此，會減低電極 板之區域性伸長，防止多孔性金屬材料中之網狀骨架中產 生缺陷或受損，且因此可能可以維持多孔性金屬材料ι〇 之南累積性質（collecting properties)。 另一方面，參照比較例1至3之電池XI、γι及Zl， 滚壓負荷僅依電極板23及43之縱向方向分別施加於多孔 性金屬材料20及40之上。因此，多孔性金屬材料2〇及 40之網狀骨架均會遭受塑性變形，致使料件拉緊或受損。 結果’多孔性金屬材料20及40顯現不良之累積性質，且 因此使高速放電性不良。參照比較例2及3之電池及 Z1’由於多孔性金屬材料30及40並未進行滾筒處理，因 1本紙張尺度適用巾國國家標準（CNS)A4規格（210x 297公爱） 10 311857 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

A7 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（Π =過程:並無法使其應力分散。…會在多孔性 壞，Γ::二40中.之網狀骨架中產生區域性缺陷或損 :、貝降他且因時低多孔性金屬材料 <阿速放電性。 〜 (5)循環耐用期試驗 下以化之電池A1、X1、Y1、ZU25°c_ … ）之電流分別充電。記住充電結束時之雷、、也雪 螘取鬲值。當電池電壓顯現由最高值 去π -、 识疋之值時（如來 考，不），則停止充電。中斷一小時後，此 " 1挪C)之電流放電，直到電池之電壓達到1〇 =㈣ 接著中斷-小時。再進行循環对用期試驗。當放雷容:到 達起初容量之6G%時，衫電池達到其循環耐 1 列於下表3中。 …果 ----—---- 由上表3中可看出，比較例1 Y1 Z1均呈現不良之循環耐用期，但實例之電池A〗則呈現 佳之循環耐用期β 解釋實例之電池Α1之該現象可能之理由，係多孔十 金屬材料10之網狀骨架中並未產生缺陷或受損。因此/ 孔性金屬材料1 0可維持高的累積性質，可加速正電極板 充電-放電反應之均勻’且因此使活性正電極村料择大 ^紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公災) ----- 17 (修正頁）31 · I I ------I-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 -- ---- -—.^ —____B7_ 五、發明說明（18 ) ^ 〜 此，會喂長循環耐用期，換言之，參照比較例1、2及3 之電池Χ1、γ1及Z1，多孔性金屬材料20、30及40中之 網狀骨架中會產生區域性缺陷或受損，因此會使多孔 屬材料20、30及40之累積性質減低，且因此防止正電極 板上凡笔-放電之均勻。因此，會降低其循環而十用期。 5.ΡΡΙ及圓度間之關聯性 接著研究在多孔性金屬材料之重量（每單位面積）維持 一定時，ΡΡΙ值（多孔性金屬材料之平面上每單位長度之多 孔性金屬材料之網狀骨架所行成孔隙之數量）及圓度之間 之關聯性。 依製備實例之電池Α1所用相同之方式，自ρρί值為 50(實例之Α1)、1〇〇、200及250之多孔性金屬材料製倚〒 例之電池Α用之電極塊。再分別針對圓度（電極塊之短轴 長度對長軸長度之比）測量此等電極塊。結果列於下表4 tj? 〇 另外，依製備比較例]之電池XI所用相同之方式， 自PPI值為50(比較例1之XI)、100、200及250之多孔 性金屬材料製備實例之電池X用之電極塊。再分別針對圓 度（電極塊之短軸長度對長軸長度之比）測量此等電極域。 結果列於下表4中。 裝 ^---:訂·--------' ί請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁} 表 4 電池種類 圓度％ _ 50PPI 100PPI 200PPI μ__250ΡΡΙ A 99.5 99.6 H 99.3 _ 99.4 X 96.0 96.9 1 97.5 99.0 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） 18 (修正頁）311857 -----------^7__ 490870 A7 五、發明說明（) .(.請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) 藉由降低孔性金屬材料之PPI值，可得到高密度充填 而不會降低活性材料之充填。因此，提昇容量之方法需使 用包含使PPI值降低之方法。然而，由上表4可看出， 值為200或更低之比較例電池χ之圓度與實例之電池A比 較成急遽之下降。相反的，實例A之電池A即使其值 為200或更低，其圓度並未下降。此證明多孔性金屬材料 之PPI值較好為200或更低，使製成高容量及高品質電池 之可能性最高。 6 ·活性材料之充填密度與圓度間之關聯性 依製備實例之電池A1相同之方式製備實例之電池A 用之電極塊，且使其活性材料之充填密度改變成2 5克/立 方公分-孔隙、2.6克/立方公分-孔隙、2.7克/立方公分_孔 隙' 2.8克/立方公分_孔隙（實例之電池A1)及2 9克/立方 公分-孔隙。接著測量此等電極塊之圓度（電極塊之短轴長 度對電極塊長軸長度之比）。結果列於下表5中。 經濟部¥慧財產局員工消費合作社印製 另外，依製備比較例1之電池XI相同之方式製備比 較例1之電池X用之電極塊，且使其活性材料之充填密度 改變成2.5克/立方公分_孔隙、2.6克/立方公分-孔隙、2/7 克/立方公分-孔隙、2.8克/立方公分-孔隙（比較例1之電池 XI)及2.9克/立方公分·孔隙。接著測量此等電極塊之圓度 (電極塊之短軸長度對電極塊長軸長度之比）。結果列於下 表5中。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 19 311857 490870 A7 B7 2·9克/立 方公分-孔隙 95.2 五、發明說明（20 ) 表 圓度％ ' 電池 2.5克/立 2.6克/立 2.7克/立 2.8 種類 方公分- 方公分- 方公分- 方公分 孔隙 孔隙 孔隙 孔隙 A 99.7 99.7 99.6 99Tf X 99.6 98.3 97.8 ~ 96^ 為提昇電池之容量，因此需在高密度下充填活性材 料。然而，在咼密度下充填會造成電極板變硬，導致可捲 繞性降低（圓度降低）。由上表5可看出，當活性材料之充

填密度增加超過2.6克/立方公分·孔隙時，比較例之電池X 之圓度會急遽的下降。另一方面，即使活性材料之充填密 度增加超過2,6克/立方公分-孔隙，實例之電池a之圓2 僅稍降或並未下降。此證明活性材料之充填密度較好為2 = 克/立方公分-孔隙或更高，使製成具有高捲繞性之高容旦 電池之可能性為最高。 里 /如上所述’本發明中，當裂痕依與經拉伸至形狀與擴 圓形或具有長軸之變形糖圓形相似平面之孔隙縱向方:平 行开V成時此等裂痕係依與經拉伸至形狀與擴圓形或 橢圓形相似之孔隙之橫向方向定向，因此可以極小之間距 排歹]據此，藉由將電極板螺旋捲繞在與裂痕平行之捲銬 轴之上，可行成實質上為圓形之電極線圈。因此可改盖： 極板之捲繞性，佶5 p t h e A > ^ 使至侍同谷1與兩品質之電池成為可能。 f再者，由於裂痕係以極小之間距形成，且電極板係依 裂痕形成之方向捲燒，因此可避免因斷裂所造成之短路。 同 J 由 4iKL _Lcr 〆 「紙張尺度適用了^家標4架形成岌孔B彳 “良 20 311857 ill.---^----裝-----^---訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 490870 A7 五、發明說明（Ή ) 捲繞，因此可降低捲繞過程中施加於多孔性金屬材料上之 負荷，使電極板不會產生區域性伸長，且因此可避免產生 如多孔性金屬材料中之網狀骨架斷裂之缺陷。因此，可改 善其累積性質，且使高容量及高品質電池之製造成為可 能。 本發明敘述之具體例已參照將充填活性材料之厚度為 1 · 5笔米之多孔性金屬材料（發泡之鎳）滾壓至厚度為〇 7毫 米之例敘述。然而，所用多孔性金屬材料（發泡之鎳）之厚 度以及應經滾壓之多孔性金屬材料之厚度可以依據電極板 所需之容量預先測定。 本發明敘述之具體例亦已經參照在鎳氫電池中應用本 發明之例敘述。然而，可明顯的看出本發明並不限於鎳氫 電池’且亦可應用於其他電池中，如鎳絡電池。 n n ϋ ^1· _ϋ ϋ n" a^i I ·ϋ .ϋ ϋ I * n n n i n ϋ n ，口，I In n I— n I n ·ϋ I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 經濟部智慧財彥局員工消費合作社印製 21 311857

Claims (1)

1. 490870、筆z 2¾ 1 "«Ιψ

   第89120178號專利申請案 申項*專利範圍修正本 1· (90年12月28曰） 一種驗性電 '池，該·電池包括藉*使具有三維連續網狀骨 架且充填活性材料之多孔性金屬材料之未經燒結電極 與以配置在其間之分隔物分離之相對電極螺旋捲繞在 一起製成之電極塊，其中包括在其平面上，由該多孔性 金屬材料中之網狀骨架形成之孔隙之該未經燒結電極 經拉伸芏丹形狀與橢圓形或具有長軸之變形橢圓形相 似，而在該未經燒結之電極中形成與該孔性之縱向方向 平行之裂痕，而該電極板係依使該裂痕與捲繞軸平行定 向之排列螺旋捲練。 2. 如：料利_ i項之鹼性電池’其中，該裂痕係在 一定之間距下，依該孔隙之橫向方向棑列。 3. 如申請專利範圍第丨項之鹼性電池，其中，在其平面上 由該多孔性金屬材料之該網狀骨架形成之每英吋長度 之孔隙數目為200(200PPI)或更低。 經濟部中央標準局員工福利委員會印製 4‘如申請專利範圍帛i項之鹼性電池，其中，該未經燒結 電極中活性材料之充填密度為2.6克/立方公分-孔隙或 更高。 5·如申請專利範圍帛1項之驗性電池，其令，螺旋捲繞之 該電極塊係確實提昇其圓度。 6·如申請專利範圍第丨項之鹼性電池，其中，該多孔性金 屬體系由發泡鎳形成。 本紙張尺度適用中國國家Μ規格⑽Χ 297ϋτ rrTS5T 490870 H3 經濟部中央標準局員工福利委員會印製 7. —種驗性電池之製造方法，包括以活性材料充填三維連 續網狀骨架中之多孔性金屬材料，形成未經燒結電極之 步驟，及使該電極與以裝置在其間之分隔物分離之相對 電極螺旋捲繞，形成電極塊之步驟，其中該方法包括之 步驟為 ： 使具有充填該活性材料之該多孔性金屬材料之該 網狀骨架之未經燒結電極滾壓至預定厚度； 使該經滾壓至預定厚度之未經燒結電極依與滾壓 步驟之滾壓方向垂直之方向，在該滾壓步驟下通過一系 列滾筒，使得依與滾壓方向垂直之方向’以極小間距定 向並以與滾壓方向平行之方向形成裂痕之滾筒處理步 騍； 以及將未經燒結之電極排列捲繞，使得在滾壓處理 步鐵下形成之裂痕以與捲繞軸平行之方向定向之捲繞 步驟。 8. 如申請專利範圍第7項之鹼性電池之製造方法，其中， 滾筒處理步驟包括藉由使用步進式滾筒形成裂痕之步 鱗。 9. 如申請專利範圍第7項之鹼性電池之製造方法，其中， 該滾壓步驟包含使在其平面上藉由該多孔性金屬材料 之該網狀骨架形成之該孔隙拉伸至其形狀與橢圓形或 具有長軸之變形橢圓形相似，且將每英吋長度之該電極 板平面上之該網狀骨架形成之孔隙數目調整至 200(200PPI)或更低。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210 X 297公釐） 1TTS57 490870 H3 10. 如申請專利範圍第7項之鹼性電池之製造方法，其中， 該多孔性金屬材料係以該活性材料，在充填密度為2.6 克/立方公分-孔隙或更高下充填。 11. 如申請專利範圍第7項之鹼性電池之製造方法，其中， 尚包括在滾壓步驟之後及滾筒處理步驟之前，切割充填 該活性材料之該多孔性金屬材料，使之具有預定寬度之 切割步驟。 經濟部中央標準局員工福利委員會印制农 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210 X 297公釐） TTTS37