CN1180940A

CN1180940A - 电池

Info

Publication number: CN1180940A
Application number: CN97119046A
Authority: CN
Inventors: 河村浩
Original assignee: Japan Storage Battery Co Ltd
Current assignee: Yuasa Corp
Priority date: 1996-10-21
Filing date: 1997-10-21
Publication date: 1998-05-06
Also published as: EP0843373A2; EP0843373A3; JPH10125348A; US6132898A

Abstract

本发明在于提供将正极4的镍纤维毡和冲孔金属板5,以极板的50%以上面积进行连接,通过该冲孔金属板,进行高效地集电,上部集电板10和电池盖3与正极端子容易连接,可提高电池生产率。在由载持正极活性物质的带状镍纤维毡构成的正极4上,重叠带状的冲孔金属板5,通过隔板6,将其与负极7卷绕,构成发电元件2。此时,冲孔金属板5的上缘部,从发电元件2的上端突出,焊接上部集电板10。

Description

电池

本发明涉及使用在发泡状金属和无纺布状金属等三维多孔体上载持活性物质的电极的电池。

对于电池的电极，为了提高活性物质充填密度，增大电池容量，常有使用发泡状金属和无纺布状金属等的三维多孔体。例如，对于镍氢二次电池的正极，使用发泡镍(发泡状金属)和镍纤维毡(无纺布状金属)等的。发泡镍的制作是在含碳导电性的聚氨酯泡沫上进行镀镍后烧成，赶出聚氨酯和碳成分，只留下发泡状的金属镍等，构成多个镍骨架相互三维地结合成网状的多孔度极大的三维多孔体。另外，镍纤维毡状是将通过高频振动等制造的镍的细纤维，烧固成毡状(无纺布状)，而构成多个镍纤维片相互三维地结合成网状的多孔度极大的三维多孔体。因此，只要在这些三维多孔体上，将作为活性物质的氢氧化镍粉末(不溶性)，分散在水等的分散剂中后，涂敷、干燥，就可在结合在网状的多个骨架和结维间确实载持大量活性物质，和提高活性物质充填密度，所以可大幅度地增大电池容量。

可是，上述三维多孔体，为了与电池端子连接，需要通过导电性的集电体进行集电。但是，在载持了活性物质的三维多孔体上直接焊接集电体，进行连接时，由于该活性物质妨碍焊接和三维多孔体骨架和纤维的机械强度低，所以是很困难的。

可是，以往，是将三维多孔体的一部分，予先挤压后，载持活性物质，在该挤压部分焊接集电体进行压接的。即，只要将三维多孔体挤压，由于该挤压部分的骨架和纤维被挤压成为金属板状，所以几乎不附着活性物质。因此，即使在该三维多孔体上载持活性物质后，在挤压部分，也可焊接集电体，进行确实的连接。另外，也可在三维多孔体上，一旦载持了活性物质后，在该三维多孔体的一部分，加上超声波振动，除去活性物质，在该除去部分上焊接集电体。

可是，以往的技术，由于必须将上述的三维多孔体的一部分予先挤压，除去活性物质后，焊接、压接集电体，而且每一个电极都需要这些工序，所以存在着电池生产率低的问题。

另外，对于三维多孔体，只要稍微加些挤压力，骨架就崩解，而纤维间密接，只要稍微加些接伸力，网状部分就被拉伸，整个变薄，所以不能充分载持活性物质。而且，若加大该拉伸力，容易断裂，而不能使用。为此，若如以往那样将集电体，如焊接、挤压在三维多孔体上，有装电池的操作和使用电池时的振动，对该集电体加上力，也会产生在三维多孔体的焊接部和压接部易断裂的问题。进而，集电体只在三维多孔体的一部分进行焊接和压接，所以存在着从该集电体脱开部分的电阻增大的问题。

本发明就是鉴于这种情况进行的，其目的在于提供将导电性薄板与三维多孔体相接，通过该导电性薄板，高效地集电可容易地与电池端子进行相接的电池。

即，本发明为了解决上述课题，是在具有①由通过介入隔板紧邻配置正负两个电极，其中至少任何一个电极具有载持活性物质的三维多孔体构成的发电元件，其特征在于由载持活性物质的三维多孔体构成的电极极板的50％以上面积上相邻配置导电性薄板的同时，使该导电性薄板的任何一端从发电元件的端部突出。

按照①的方法，其特征是将电极的三维多孔体与导电性薄板电连接，所以可通过该导电性薄板高效地进行集电。另外，该导电性薄板的任何一个端缘部是从发电元件卷绕的端部突出，所以与烧结式电极时相同，可通过电阻焊接等，将集电体与该突出部相接，也容易与端子相接。因此，在每个电极上，由于予先挤压三维多孔体的一部分除去活性物质，在进行卷绕等之前，可省略焊接集电体的工序，所以可提高电池的生产率。

另外，②的方法在具有通过隔板紧邻配置正负两个电极，其中至少任何一个电极具有载持活性物质的三维多孔体构成的发电元件，其特征是在由载持活性物质的三维多孔体构成的电极极板的50％以上面积上相邻配置导电性薄板的同时，在该导电性薄板上形成从任何一个端缘部引到发电元件外部的引线部。

按照②的方法，其特征是由于电极的三维多孔体与导电性薄板电气地相接，所以通过该导电性薄板可高效地进行集电。另外，由于该导电性薄板可从任何端缘部引出引线部，所以通过该引线部，可容易地连接端子等。

进而，③的特征是上述①和②的导电性薄板在与电极相接面上具有多个开口孔。

按照③的方法，由于通过多个开口孔，可确保通过导电性薄板的电极间的电解液的离子传导，所以可以减少电池的内部电阻。

进而，④的方法是上述③的导电性薄板是将相接的电极的三维多孔体咬入各开口孔而整体配置的。

按照④的方法，由于电极的三维多孔体咬住导电性薄板的各开口孔，所以此三维多孔体和导电性薄板的电气连接更加可靠。另外，将易拉伸易裂的三维多孔体与此导电性薄板一体化可以简化电池组装的作业。

⑤的特征是上述①～④的导电性薄板，是在与电极的相接面上，形成多个向着该电极侧的突起部。

按照⑤的方法，其特征是由于导电性薄板的突起部咬入电极的三维多孔体内，所以该导电性薄板与三维多孔体是更确切地电气连接。另外，由于三维多孔体与该导电性薄板一体化使组装电池的操作更加容易。而且在导电性薄板的开口孔边缘上设有翅片状的突起部能确保该开口孔的离子传导的同时，使导电性薄板和三维多孔体相互咬合，成为一体，而更牢固。

进而，⑥的特征是上述①～⑤的发电元件，通过介入隔板，将正负两个电极卷绕配置成邻近螺旋状的卷绕型，上述导电性薄板相对于相接的电极，配置在卷绕的内侧面，而且该导电性薄板的开始卷起端，相对于相接的电极的开始卷绕端，错位到卷入方向的后方进行配置。

按照⑥的方法，由于通过电极的三维多孔体复盖导电性薄板的开始卷起端(始端)的外周侧；所以可避免具有某些程度刚性的该导电性薄板的始端突破外周侧的隔板与另一个电极接触引起短路的危险。另外，只要将另一个电极的始端，从较导电性薄板的始端，错位到卷入方向的后方，即使该导电性电极的始端突破内周侧的隔板，也不会产生与另一个电极接触，引起短路的危险。

进而，⑦的特征是在上述⑥的导电性薄板的开始绕起附近的卷绕内周侧面上形成绝缘体层。

按照⑦的方法，例如由于与导电性薄板不相接方的电极是使用具有某种程度的刚性的芯棒，所以即使该电极的始端突破外周侧的隔板时，由于在导电性薄板的内周侧面上被形成的绝缘体层遮盖，所以不会发生短路。

图1是表示本发明的一个实施方案，是表示发电元件结构的斜视图。

图2是表示本发明的一个实施方案，是表示镍氢二次电池结构的纵断面图。

图3是表示本发明的一个实施方案，是表示发电元件的卷绕工序的最初阶段图。

图4是表示本发明的一个实施方案，是表示在发电元件的卷绕工序中，使卷轴半旋转的阶段图。

图5是本发明的一个实施方案，是表示在发电元件的卷绕工序中，旋转1次卷轴的阶段图。

图6是表示本发明的实施例和比较例的比较结果，是表示放电率和放电中间电压关系图。

以下，参照附图说明本发明的实施方案。

以使用卷绕型的发电元件的镍氢二次电池，说明本实施方案。如图2所示，该镍氢二次电池是在电池槽1内，装入发电元件2后，充填电解液，通过绝缘体的电池盖3密闭内部的。在镍氢二次电池的场合，电解液使用氢氧化钠水溶液。

如图1所示，发电元件2是通过将正极4与冲孔金属板5重合相接，用隔板6，将其与负极7一起卷绕而构成。正极4是在带状的镍纤维毡状上，载持以氢氧化镍为主体的正极活性物质的。冲孔金属板5是在比该正极4稍微宽的带状镍薄板上，通过挤压贯穿多个开口孔5a的。另外，负极7是在与冲孔金属板5相同构成的负极用冲孔金属板的两面上，将由吸留氢合金等构成的负极活性物质7a，作成膏状，涂敷、干燥而载持的。而且，隔板6是可通过电解液的绝缘性带状无纺布。

在发电元件2的卷绕工序中，使用如图3所示的卷轴8。卷轴8是将断面半圆形棒状体留有间隙重合在一起的，在这些间隙缝8a内，夹入带状隔板6的状态旋转的。而且，通过从该卷轴8的两侧，供给带状的正极4和负极7，夹入隔板6，卷绕这些正极4和负极7。另外，冲孔金属板5沿着正极4，从该正极4卷绕的内周侧(在图3中，由于卷轴8向左旋转，所以是正极4的上方)供给。该冲孔金属板5的开始卷起端(始端)，是与正极4的始端，仅以距离d(其比卷轴8短一周侧，约数mm左右)移位到卷入方向的后方供给。而且在与该冲孔金属板5的始端部附近的正极4不相接侧面(内周面)上，涂敷绝缘性树脂，形成绝缘体层9。另外，该绝缘体层9也可以是粘贴绝缘性树脂带而形成的。

如图4所示，若旋转上述卷轴8，在该卷轴8的周围，将隔板6大致卷绕半周后，卷入正极4和负极7的始端。另外，冲孔金属板5的始端比该正极4稍慢地卷入。因此，由于该冲孔金属板5的始端是在外周侧，被正极4的镍纤维毡复盖，所以没有突破该外周侧的隔板6而与负极7相接，引起短路的危险。而且，由于该冲孔金属板5的始端，通过内周侧多个重叠的隔板6和卷轴8，与负极7对置，所以即使取出卷轴8后，也不会与负极7接触而引起短路。但是，如图5所示，若进一步旋转卷轴8，通过外周侧的隔板6，使负极7的始端，与冲孔金属板5的始端部附近的内周面重合，如图5的虚线所示，有突破隔板6而与冲孔金属板5接触的危险。可是，由于在该冲孔金属板5的始端部附近的内周面上形成上述绝缘体层9，所以不会有负极7的始端直接与冲孔金属板5接触而产生短路的危险。

另外，在上述卷绕工序中，隔板6是将相同材质的，夹入到卷轴8的开口8 a的部分为中心，从两侧供给卷绕的，但也可从这两侧，分别供给不同材质的隔板6。而且，在该场合，可将与正极4的外周面相接侧的隔板6，作成比与冲孔金属板5的内周面相接侧的隔板6薄的材质。这是由于与该正极4外周面相接侧的隔板6不与冲孔金属板5相接，就没有突破该始端等的危险的原故。若将这样的隔板6变薄，就具有将电池作成小型，相应地将正极4和负极7变大，可增加电池容量的优点。

对于上述卷绕工序，如图2所示，通过将冲孔金属板5负极7的端部，分别稍微移位到卷轴8的轴方向的状态卷绕，在发电元件2的上侧作成只是使冲孔金属板5的上缘部突出，在下端侧只是使负极7的下缘部突出。因此，在该发电元件2的上端，只是配置焊接上部集电板10，就可将该上部集电板10与冲孔金属板5的上缘部，容易地连接固定。另外，突出到该发电元件2的下端侧的负极7的下缘部，也可同样容易地连接固定下部集电板11。然后，分别通过引线片等，将这些集电板10、11，与电池盖3的内面和电池槽1的内侧底面相接，该电池盖3的中央突起成为正极端子、电池槽1的底面成为负极端子。另外，在电池盖3上，安装排气用的橡胶阀体3a。

按照上述构成的镍氢二次电池，由于正极4的镍纤维毡与冲孔金属板，大致全面地电气地相接，所以该镍纤维毡从正极活性物质微观地进行集电的同时，通过与冲孔金属板5的电气连接，可宏观地高效地进行集电。而且由此，即使大电流充放电时，电池内部的电压降低也少。另外，在发电元件2的上端侧，突出冲孔金属板5的上缘部，所以在此可焊接上部电板10，与电池盖3的正极端子容易连接。而且，在该发电元件2的上端侧上，全长地突出冲孔金属板5的螺旋状上缘部，所以可通过点焊，短时间内多处焊接连接上部集电板10，在该冲孔金属板5和上部集电板10之间的电阻变小的同时，可将其牢固地连接固定。

另外，在上述实施方案中，将冲孔金属板5与正极4的镍纤维毡的大致整个面相接，只要将冲孔金属板5，与该镍纤维毡表面的50％到100％(优选地，从75％到100％)的面积相接，可得到充分的电气连接。

另外，在上述实施方案中，对于镍氢二次电池加以说明，但本发明只要是将三维多孔体至少用于正负任何一个电极的电池，作成什么样的形式都可同样实施。

进而，在上述实施方案中，作为正极4的三维多孔体，使用镍纤维毡，但只要是三维的多孔性的导电体，就不局限于此，例如也可用发泡镍等。而且导电体的种类不限于这样的镍，可根据电池和电极种类任意选择。

进而，在上述实施方案中，作为导电性薄板，使用镍薄板的冲孔金属板5，但只要是具有任意形状及任意大小的多个开口孔的导电性的薄板，哪一种都可以，例如也可以使用具有多孔金属和金属网等类的大开口孔的和具有将发泡状金属或无纺布状金属压缩成金属板状的微细开口孔的。这样的开口孔，需要确保与导电性薄板的内面侧的离子传导性。因此，只要可以牺牲一定程度的离子传导性，该导电性薄板就不一定具有开口孔。而且，导电体的种类也不限于这样的镍，可根据电池和电极的种类，任意选择。

但是，只要上述冲孔金属板5等的导电性薄板具有开口孔，就可将正极4的镍纤维毡等咬入该开口孔中，使其一体化。若将这样的正极4和冲孔金属板5等一体化，就可更确实地在其之间进行电气连接，将该冲孔金属板5等作为支承体，容易地使用正极4的镍纤维毡。此时，将正极4和冲孔金属板5等相接时，也可经过有目的的挤压，咬入镍纤维毡等，进行一体化，在组装电池后，也可自然地一体化。对于本实施方案的卷绕型发电元件2，通常，由于将正极4和冲孔金属板5等强硬卷绕，所以在冲孔金属板5的开口孔5a上，某种程度地咬入正极4的镍纤维毡。

另外，在上述冲孔5等导电性薄板的表面上也可以形成多个突起部。这些突起是通过在导电性薄板的表面上绕结金属粉末或金属纤维或者进行金属溶射处理和粗加工而形成的。此时，导电性薄板可以是具有开口孔的，也可以是不具有开口孔的。另外，在如冲孔金属板5那样的，通过挤压加工，贯穿开口孔时，也可将该开口孔的边缘部产生的毛刺作为突起部。由于这样的导电性薄板的突起部，咬入正极4的镍纤维毡等，所以它们之间成为一体，能更确实地进行电气连接。

进而，上述冲孔金属板5等的导电性薄板和正极4的镍纤维毡等两个相接面或其中任何一个的相接面，也可用钴化合物或金属钴复盖。这样，若用钴化合物或金属钴复盖相接面，可更确实进行电气连接。这是由于若将正极4充电，该钴化合物或金属钴，从2价或0价被氧化成3价以上的高级氧化物。而且，该高级氧化物，在苛性碱电解液中是稳定的，且在氢氧化镍电极的工作电位中，不能还原到3价以下，即使分极到比其可逆电位低的值，也不容易还原的缘故，另外，也是由于具有高导电性性质的缘故。

进而，上述冲孔金属板5等的导电性薄板，当从端缘部形成引出到发电元件2的外部的引线部，使上缘部从发电元件2的上端侧突出，不焊接上部集电板10，通过该引线部，也可与电池盖3的正极端子直接连接。进而，若在冲孔金属板5等形成这样的引线部，则卷绕工序等的操作性变差。而且，若从多个位置不引出粗引线部，电阻也变大。

进而，在上述实施方案中，显示了用于圆筒型电池的卷绕型发电元件2，但本发明于用于方柱型电池的叠层型发电元件2等也可同样实施。作成叠层型时，正极4和冲孔金属板与负极7和隔板6，不是带状的，而是使用多个平板状的。

实施例

用如下所示的实施例和比较例的电池进行比较。

实施例和比较例

实施例1

·SC型Ni-MH电池

·正极板尺寸：188mm(长)×31.5mm(宽)×0.73mm(厚)

·负极板尺寸：235mm(长)×31.5mm(宽)×0.43mm(厚)

·电解液：溶解30g/l的氢氧化锂(LiOH)的氢氧化钾的31wt％(重量％)水溶液

·公称容量：2.5Ah

·导电性薄板：188mm(长)×34mm(宽)×0.06mm(厚)

将导电性薄板与正极极板大致100％的面积相接。

实施例2

·导电性薄板：141mm(长)×34mm(宽)×0.06mm(厚)

·其他项目与实施1相同导电性薄板与正极极板纵方向的75％相接。

实施例3

·导电性薄板：94mm(长)×34mm(宽)×0.06mm(厚)，

·其他项目与实施例1相同地，导电性薄板与正极极板纵方向的50％相接。

比较例1

·正极板尺寸：188mm(长)×31.5mm(宽)×0.76mm(厚)

(除去活性物质，超声波焊接集电端子)

·导电性薄板：不使用

·其他项目与实施例1相同。

比较例2

·导电性薄板：47mm(长)×34mm(宽)×0.06mm(厚)，

·其他项目与实施例1相同。导电性薄板，与正极极板长方向的25％相接。

若按照以往制造方法制作比较例1的电池，只能制造5个电池/分钟(每1分钟为5个电池)，但实施例1～3的电池，由于可省略除去每1个电极的活性物质和焊接集电端子工序，所以可制造12电池/分钟，从而提高了生产率。

另外，在实施例1～3和比较例2的电池中，分别改变放电率，测定放电中间电压的结果，如图6所示。若提高电池的放电率，由于电池的内部电阻引起的电压下降变大，所以，放电中间电压降低。另外，实施例1～3和比较例2中，导电性薄板长度对于正极极板长度的比例，按照100％、75％、50％、25％的顺序变小，该比例越小，正极和导电性薄板间的电阻越大。因此，实施例1～3和比较例2的电池，随着放电率变高，放电中间电压降低的比例也顺次变大。但是只要导电性薄板长度的比例是50％以上时，放电中间电压的降低就较平稳，可得到十分良好的结果。

如以上所述，按照本发明的电池，由于电极的三维多孔体与导电性薄板电气地相接，所以通过该导电性薄板，可高效地进行集电。另外，通过该导电性薄板的端缘部和引线部，可与端子等容易地相接。因此，在每个电极上，将三维多体的一部分进行予挤压，除去活性物质后，在进行卷绕等之前，省略了焊接集电体的工序，所以可提高电池的生产率。

进而，由于通过导电性薄板的开口孔，确保离子传导，所以可使电池的内部电阻变小。另外，通过在该开口孔中咬入电极的三维多孔体、在三维多孔体上咬入导电性薄板的突起部，可使电极与导电性薄板一体化，达到确实电气连接的同时，可提高三维多孔体的机械强度，容易使用。

进而，通过将导电性薄板开始卷起端(始端)移位，避免该始端突破隔板，与另一个电极发生短路的危险。另外，只要在该导电性薄板的始端附近形成缘体层，就不会产生另一个电极突破隔板，与导电薄板短路的危险。

Claims

1.电池，正负两方的电极是通过隔板相邻配置的，其中至少任何一方的电极具有用载持活性物质的三维多孔体构成的发电元件，其特征是在载持活性物质的三维多孔体构成的电极极板的50％以上面积上，相邻配置导电性薄板的同时，该导电性薄板的任何一个端部从发电元件的端部突出。

2.电池，正负两方的电极是通过隔板相邻配置的，其中至少任何一方的电极具有用载持活性物质的三维多孔体构成的发电元件，其特征是在载持活性物质的三维多孔体构成的电极极板的50％以上面积上，相接配置导电性薄板的同时，在该导电性薄板上形成从其中任何一端部引出到发电元件外部的引线部。

3.权利要求1或权利要求2所述的电池，其特征是所述导电性薄板在与电极的相接面上具有多个开口孔。

4.权利要求3所述的电池，其特征是所述导电性薄板是将相接电极的三维多孔体咬入到各开口孔中，整体地进行配置。

5.权利要求1～4中任何一项所述的电池，其特征是所述导电性薄板是在与电极相接面上，对该电极侧形成多个突起部。

6.权利要求1～5中任何一项所述的电池，其特征是所述发电元件是通过介入隔板将正负两方电极螺旋状地卷绕，相邻配置所述导电性薄板，相对于相接的电极，配置在卷绕的内周侧，而且，该导电性薄板的开始卷绕端，相对于相接电极开始卷绕端，错位配置在卷入方向的后方。

7.权利要求6所述的电池，其特征是在所述导电性薄板的开始卷绕附近的卷绕内周侧面上形成绝缘体层。

8.权利要求1所述的电池，其特征是导电性薄板设置在具有由三维多孔体组成的所述发电元件的所述电极的电极板相接处75％到100％面上。