CN1222060C - 电极、使用该电极的电池以及制造该电极的方法 - Google Patents

电极、使用该电极的电池以及制造该电极的方法 Download PDF

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Abstract

一种用于制造电池电极的方法，用含有活性材料的活性材料填充剂填充一个三维孔隙金属基板。然后，为使得活性材料产生变性或变形向基板上要形成集电极引线部分的预定点施加热能和超声波振动，以清除活性材料填充剂。

Description

电极、使用该电极的电池以及制造该电极的方法
技术领域
本发明涉及一种使用三维孔隙金属基板的电极、一种使用该电极的电池和制造该电池的的方法。
背景技术
一种用于碱性蓄电池的电极结构具有一个三维孔隙金属基板，例如象填充有活性材料的泡沫镍。和具有一个具有金属芯板的烧结电极相比，具有该结构的电极在其基板上的强度和导电率较低。因此这种类型的电极是用下述方法制造而成，该方法包括用活性材料填充整个基板，通过施加超声波振动或者类似能量以把基板上的一部分上的活性材料清除，把一个集电极片焊接到基板的一部分上，然后通过集电极片把基板连接到一个电极接线柱上。
图3A和3B是说明包括前述连接到电极接线柱上的电极结构的例子的一个剖面图。图3A是通过平行于电极的表面的方向切开得到的剖面图。图3B是通过垂直于电极的表面的方向切开得到的剖面图。一个金属集电极片7被焊接到一个金属接线柱板4上，该金属接线柱板4具有一个位于电池内的凸起部分。该具有凸起部分的金属接线柱板4连接到一个正极接线柱1。一个集电极片7连接到金属接线柱板4。在该结构中，电极5通过集电极片7连接到金属接线柱板4上。在图3A和3B中，阴影部分表示电极5的已经清除了活性材料的部分。附图标号2和3分别表示一个绝缘密封件和电池外壳。
为满足需要，电池的功率必须尽可能高而造价要低。上述方法涉及从基板的一部分上清除活性材料，然后，集电极片连接到基板上。因此，该方法不可能有效地利用活性材料被清除的区域。需要另外的方法来连接集电极片也增加了费用。
另外，这种类型的电极可以用相对容易的方法来制造。即使使用了具有较低导电率的活性材料，这种电极具有良好的集电性质。这种电极的另外一个优点是它能够使得电池的功率得到提高。
然而，在填充活性材料之前，不可能在电极上形成用于导入和导出电流的集电极引线部分。因此，一种通常使用的方法包括：用活性材料填充整个基板，在基板的预定区域清除活性材料，然后把集电极元件连接到该区域以形成集电极引线部分。
如果集电极引线部分通过该方法连接，活性材料或者用于保持活性材料的橡胶必须完全从基板的表面上清除。作为优先使用的一种清除活性材料的方法，可以在基板的预定点上施加超声波振动。
为了使生产的电池的电容量密度尽可能大，基板应该填充尽可能多的活性材料。为了满足这种要求，人们研制出了各种对策。例如，调整活性材料的颗粒直径的分布。减少使用的粘结剂树脂的数量。把三维孔隙金属基板进行精细粉碎。降低三维孔隙金属基板的重量。因此填充活性材料的三维孔隙金属基板减少。增加在上述三维孔隙金属基板上填充活性材料的压力。这些对策已经成功地使得电池的电容量逐渐提高。
然而另一方面，当基板上的活性材料的填充密度增加时，在制造过程中产生缺陷的百分比也增加。人们调查了这种现象的原因。结果发现当填充密度增加时，活性材料可以被更结实地保持在基板上。仅仅通过物理方法例如象涉及超声波振动的方法，活性材料不可能完全从基板的预定的表面上清除。连接到基板上的集电极元件的连接强度很差。结果在电池制造方法的后续步骤中可能会发生集电极元件脱落的缺陷。
为了阻止这种缺陷的发生，人们研究了一些方法。也就是说，在清除活性材料时增加超声波振动的强度，并增加用于连接集电极元件的点焊或者超声波焊的能量。
然而，在清除活性材料的过程中增加超声波振动的强度的方法将会导致下列问题。例如，三维孔隙金属基板严重破坏。基板的集电极元件连接处的强度降低。结果，在该连接点附近切割基板时将会导致集电极元件脱落。因此，这种方法不可能解决该问题。而且，该方法涉及增加用于连接集电极元件的能量是另外的一个缺点。也就是说，既然基板或者类似物的强度得到限制，施加的能量的强度也不可能超过某个值。而且，如果能量的强度超过某个值，能量被浪费了。因此，这种方法不可能很好地解决上述问题。而且，人们已经研究了包括单独用溶剂清除粘结剂以降低活性材料的保持力而后清除活性材料的方法。然而，由于在大功率的电极中含有大量的粘结剂，使得活性材料具有很高的填充密度，结果活性材料的大部分保持力取决于压缩基板时的压力，这种涉及处理粘结剂的方法效果不太好。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种电极和一种具有该电极的电池，该电池能够有效利用电极区域，而省去把电极连接到接线柱上的步骤。
本发明的的另外一个目的是提供一种电池用电极的制造方法，该方法能够有效地从填充有活性材料的三维孔隙金属基板上的预定点清除活性材料填充剂。
根据本发明的电极包括一个填充有活性材料填充剂的三维孔隙金属基板，该基板包括一个填充有活性材料填充剂的主体部分和裸露三维孔隙金属基板的夹头部分，所说的耳部分的宽度比主体窄。
根据本发明的电池包括一个填充有活性材料填充剂的三维孔隙金属基板的电极和包括一个具有在电池内凸起部分的金属接线柱板的电极接线柱，所说的电极包括一个填充有活性材料填充剂的主体部分和裸露三维孔隙金属基板的耳部分，所说的耳部分的宽度比主体窄，耳部分连接到金属接线柱板。
一种制造电池的电极的方法，根据本发明包括下列步骤：用含有活性材料的活性材料填充剂填充三维孔隙金属基板；为使得活性材料填充剂产生变性或变形，在基板上形成集电极引线部分的预定位置上施加热能和超声波振动以清除所说的活性材料填充剂。
附图简述
附图中：
图1A和1B是说明镍氢电池中连接正极的结构图，该镍氢电池具有一个焊接到金属接线柱板上的一个电极，该金属接线柱板具有一个位于电池内的凸起部分。
图2A和2B是说明镍氢电池中连接正极的结构图，该镍氢电池具有一个焊接到金属箔中间引线上的一个电极。
图3A和3B是说明具有连接到电极接线柱上的一个具体电极结构的剖面图。
图4A和4B是说明由一个金属镘光件加热的方法的示意图。
图5A和5B是说明施加超声波清除活性材料填充剂的方法的示意图。
图6是说明穿过耳部分的电流密度与放电容量之间的特性曲线图。
图7A和7B是说明通过一个金属镘光件加热分方法的示意图。
图8A和8B是说明施加超声波清除活性材料填充剂的方法的示意图。
图9A和9B是说明如何连接集电极片的示意图。
图10是说明允许加热流体流动到预定点与基板接触的示意图。
图11是说明施加超声波清除活性材料填充剂的方法的示意图。
图12是说明如何连接集电极片的示意图。
图13是说明加热时间与抗拉强度之间的曲线图。
图14是说明具有连接到其上的集电极片的电极的例子的示意图。
图15是说明与具有连接到其上的集电极片的电极同样形状电极结构的例子的示意图。
具体实施方式
参照附图下面详细描述本发明的说明书。
第一实施例
本发明的第一个实施例提供一种具有填充活性材料填充剂的三维孔隙金属基板的电极结构，该电极包括一个填充活性材料填充剂的主体部分和裸露三维孔隙金属基板的耳部分，所说的耳部分的宽度比主体部分窄。
依据该实施例的第一个方面，一个电池包括一个电极和一个电极接线柱。该电极包括一个填充有活性材料填充剂的三维孔隙金属基板。该电极包括一个填充活性材料填充剂的主体部分和裸露三维孔隙金属基板的耳部分。所说的耳部分的宽度比主体部分窄。电极接线柱具有一个金属接线柱板，该金属接线柱板具有一个位于电池内的凸起部分，所说的耳部分连接到该金属接线柱板。
依据该实施例的第二个方面，一个电池包括一个电极和一个电极接线柱。该电极包括一个填充有活性材料填充剂的三维孔隙金属基板。该电极包括一个填充活性材料填充剂的主体部分和裸露三维孔隙金属基板的耳部分。所说的耳部分的宽度比主体部分窄。电极接线柱具有一个位于电池内的金属接线柱板。一个具有厚度不大于0.08mm的金属箔中间引线的一端连接到金属接线柱板上，另外一端连接到电极的耳部分上。
在该实施例中使用的三维孔隙金属基板是由金属骨架式结构制成的基板，该金属骨架式结构具有许多三维设置的孔隙，这些孔隙足够大以填充活性材料填充剂。三维孔隙金属基板的例子包括烧结的金属纤维、金属毡例如象镍毡和泡沫金属。这里所使用的基板的种类可以根据电极的种类来正确选择。如果制造用于镍氢电池的镍氢电极，需要一个具有镍骨架式结构的基板。尤其是特别需要一种具有镍骨架式结构的电镀三维孔隙镍基板，这种镍骨架式结构是通过电镀一层孔隙泡沫产品形成。如果使用电镀三维孔隙镍基板，该基板的镍的重量最好为400到600g/cm2。
填充在上述三维孔隙金属基板内的活性材料填充剂主要由活性材料构成，该活性材料可以选择包括例如象树脂的粘结剂、电导材料和加入到活性材料中的其它添加剂。例如，填充在上述三维孔隙金属基板内的活性材料填充剂主要由活性材料主要由作为活性材料的氢氧化镍(Ni(OH)2)粉末，在氢氧化镍粉末中具有例如象石墨和金属镍的电导材料以及例如象CMC(羧甲基纤维素)和MC(甲基纤维素)的增稠剂或者象添加到活性材料中的PTFE(聚四氟乙烯)等粘结剂树脂，氢氧化镍粉末还可以选择包括添加到氢氧化镍粉末中的象氢氧化正镍(NiOOH)粉末和氢氧化钴粉末。活性材料填充剂的添加过程可以通过用浆液喷涂、浸渍或者喷洒基板来完成，其中浆液是通过用加入活性材料填充剂或者类似方法获得的。然而在实践中，处理后的基板最好经过烘干然后压缩以获得一个具有较高密度的电极。
该实施例的电极的耳部分是作为一个集电极片。为了保证其连接到电极接线柱上的连接性质和连接强度，对电极的耳部分进行压缩，使得和电极的主体部分相比，耳部分的金属骨架式结构的密度提高而厚度减少。然而，如果这种压缩太强，耳部分与主体部分的边界处的强度很弱。因此，压缩作业必须正确进行。压缩时应当保证主体部分与耳部分之间的厚度差不是太大。如果使用一个三维孔隙镍基板，则压缩后的耳部分的密度最好为0.83到5g/cm3，这样的范围取决于电极具有足够导电率的最低允许值和通过压缩易于获得该电极的上限值。
如上所述，该实施例的电极具有一个一体的耳部分，该耳部分提供了一个与集电极片对应的部分。因此，包括这种电极的电池在该电池的制造过程中不需要连接集电极片的步骤。因此简化了电池的制造过程并降低了制造费用。而且，不需要从电极上连接集电极片的预定区域清除活性材料。因此主体部分可以更加有效地作为一个充满活性材料的电极部分。因此使得放电容量提高，活性材料填充剂的利用率提高。
使用该实施例的电极时，通过耳部分的电流密度在构成耳部分的金属的净单位横截面积上不大于800A(例如不大于800A/cm2)。而且如果使用一个电镀三维孔隙镍基板，镍的重量最好为400～600g/cm2，通过耳部分的电流密度在构成耳部分的金属的净单位横截面积上不大于800A(例如不大于800A/cm2)，耳部分的密度为0.83～5g/cm3。
作为三维孔隙金属基板的裸露区域的耳部分几乎不能通过包括下述步骤的方法来完成：制备一个包括一个主体和一个耳部分的三维孔隙金属基板，在除了耳部分的主体部分的三维孔隙金属基板上单独填充活性材料填充剂。因此，优先使用的一种方法包括下述步骤：在一个由一个主体部分和一个宽度窄于主体部分的耳部分形成的三维孔隙金属基板上填充活性材料填充剂而制成一个电极母体，然后从电极母体的耳部分上清除活性材料填充剂。在这个方法中，需要清除活性材料填充剂从而使得三维孔隙金属基板裸露出来，保证基板具有足够的电导性和机械连接性，例如可以在基板上进行焊接。作为更为优先的一种选择，活性材料填充剂完全清除。而且这足以使得基板的耳部分裸露出来。在基板上除了耳部分的区域可以不填充活性材料填充剂。基板除了耳部分之外的区域裸露出来。
从填充有活性材料填充剂的三维孔隙金属基板的耳部分清除活性材料填充剂最好通过包括下述步骤的方法：向电极母体的耳部分施加热能和超声波振动，导致活性材料填充剂变性或变形，从而清除在耳部分上的活性材料填充剂。这样制成的电极呈在耳部分呈现较高的机械强度。该方法要求主体部分填充有活性材料填充剂的孔隙部分不超过30％，特别是要求主体部分填充有活性材料填充剂的孔隙部分不超过28％。
前述的方法就是向耳部分上施加热能，包括：制备一个包括一个主体和其宽度窄于主体部分的耳部分并填充有活性材料填充剂的三维孔隙金属基板的电极母体，向电极母体的耳部分施加热能和超声波振动，导致活性材料填充剂变性或变形，从而从耳部分上清除活性材料填充剂。因此产生热变形或者类似变化从而导致活性材料的接触状态的变化或者类似变化，以降低活性材料的保持力。换句话说，把热能施加到三维孔隙金属基板或者活性材料填充剂上。该三维孔隙金属基板受热膨胀，或者至少活性材料填充剂中的一种组分变性或者变形，从而减少活性材料填充剂相对于三维孔隙金属基板之间的保持力。结果，可以通过超声波振动从三维孔隙金属基板上清除活性材料。上述方法更加有效的方面在于该方法有意使得至少活性材料填充剂中的一种组分产生变性或者变形。
三维孔隙金属基板受热膨胀，因此在三维孔隙金属基板与和其接触的活性材料填充剂之间形成剪切力，从而活性材料填充剂从三维孔隙金属基板的表面上撕裂下来。这使得保持在基板上的整个活性材料填充剂产生摇动，从而产生裂隙，这就降低了活性材料填充剂的保持力。因此，为了提高这种效果，基板的温度最好升高一些。而且为了增加收缩效应，升高温度和冷却的循环最好很短。然而，升高温度所达到合适的值取决于材料的种类，例如象基板的强度和导电率不会降低。
使得活性材料填充剂的至少一种组分变性而产生变化，导致该部分与活性材料填充剂的其它部分之间的连接力降低。因此，活性材料填充剂的保持力降低。而且，至少活性材料填充剂中的一种组分的变性将导致活性材料填充剂的填充状态的变化，或者产生裂隙和移动，从而导致活性材料填充剂从基板上撕裂开来，因而降低了活性材料填充剂的保持力。这种变形不仅产生于受热膨胀和受热收缩而且通过使得基板变性获得。特别是，具有较高比例活性材料的活性材料填充剂被认为是在活性材料的变性或变形中起重要作用。在这种情况下，活性材料的受热氧化或者受热还原反应是非常重要的。因此，温度或者气压例如氧气压力和氢气压力的根据活性材料的种类来调整。
关于施加热能和超声波振动的顺序，作为优先的一种选择，为了施加热能，超声波振动最好不在施加热能之前施加，以提高效率。因此，超声波振动最好同时或者在施加热能之后施加。如果超声波振动在施加热能的同时施加，清除活性材料填充剂的步骤可以在很短的时间内完成而取得良好效果。相反，如果超声波振动是在施加热能之后施加，通过调整施加超声波振动所需时间或者大气温度而形成冷却效应。因此，能够更加高效地清除活性材料填充剂，能够更容易地调整热能施加状态。
有各种热能施加方法，例如象用红外线或者激光束辐照基板、向基板上喷洒燃烧剂的火焰。所施加的热能的温度应当能够使得活性材料填充剂产生变性或变形。如果制造含有活性材料氢氧化镍的氢氧化镍电极，所施加的热能的温度应当不低于100℃，在该温度下可以清除结晶水；这样的热能的温度最好不低于220℃，在该温度下氢氧化镍(Ni(OH)2)变成氧化镍。或者，如果活性材料填充剂中含有某些树脂，所施加的热能的温度最好不低于250℃。这种热能施加是在活性材料填充剂中含有增稠剂例如象CMC和MC，或者粘结剂树脂例如象PTFE。而且，如果基板是有金属镍制成的三维孔隙金属基板热能施加的温度的上限最好不高于650℃。特别是，如果基板是由对泡沫镍进行电镀形成的骨架式结构构成的三维孔隙金属基板，这种温度限制就更需要了。这是因为，如果在这个高于该温度的温度下，热能施加时间延长后，除了导致活性材料填充剂的变性或变形外还会导致基板的变性，导致基板导电率和强度降低。而且，如果使用氢氧化镍(Ni(OH)2)，加热必须在大气压下进行。在这种情况下，所使用的设备得到简化，并能够取得良好效果。
根据该实施例的电池可以通过把一个金属接线柱板连接到该实施例的电极的耳部分制造而成。可以通过使用具有电导性的焊料或者树脂把金属接线柱板连接到电极上。然而在实践中，可以使用点焊、超声波焊或者激光焊。为了使得这种焊接坚固而不损害导电率，耳部分的表面应当尽可能清洁，没有例如象氧化层的导电率障碍膜。这是因为形成这样一个表面能够实现一个坚固的连接，并具有良好的电导性，降低了连接所需的能量。因此，参考上述的该实施例的电极，要求该电极用下述方法制成：制备一个包括一个主体和其宽度窄于主体部分的耳部分并填充有活性材料填充剂的三维孔隙金属基板的电极母体，向电极母体的耳部分施加热能和超声波振动，导致活性材料填充剂变性或变形，从而从耳部分上清除活性材料填充剂。在这种情况下，三维孔隙金属基板最好是电镀的三维孔隙镍基板，活性材料最好是氢氧化镍。
该实施例的电池最好设计为流过耳部分的电流的密度在构成耳部分的金属的每净单位面积上的电流密度不超过800A(例如不超过800A/cm2)。而且，如果使用包括三维孔隙镍基板的电极，镍的重量最好为400～600g/cm2，流过耳部分的电流的密度在构成耳部分的金属的每净单位面积上的电流密度不超过800A(例如不超过800A/cm2)，耳部分的密度为0.83～5g/cm3。
在根据实施例的第二个方面的电池中，该实施例前述的电极通过一个金属箔中间引线连接到金属接线柱板上。既然金属箔中间引线包围在电池内，电极的耳部分承受金属箔中间引线的弯曲和压缩所形成的应力。因此，如果该应力太大，电极的耳部分就会变形，制造出有缺陷的电池。为了使得该应力减少为足够小，所用由镍制成的金属箔中间引线的厚度不超过0.08mm。电极的最佳形式类似于根据该实施例的第一个方面的电极。因此，使用厚度不超过0.08mm的金属箔中间引线能够制成质量良好的电池。特别是，如果使用由三维孔隙镍基板制成的电极，镍的重量最好为400～600g/cm2，金属箔中间引线的厚度不超过0.08mm，特别是不超过0.05mm。
该实施例的电池最好设计为流过耳部分的电流的密度在构成耳部分的金属的每净单位面积上的电流密度不超过800A(例如不超过800A/cm2)。而且，如果使用包括三维孔隙镍基板的电极，镍的重量最好为400～600g/cm2，流过耳部分的电流的密度在构成耳部分的金属的每净单位面积上的电流密度不超过800A(例如不超过800A/cm2)，耳部分的密度为0.83～5g/cm3。
实施例
实施例1
该实施例中电池将进一步在下面的例子中进行描述。
90重量份平均粒径为10μm的氢氧化镍(Ni(OH)2)活性材料颗粒与10重量份平均粒径为5μm的氢氧化钴颗粒分散在0.5％重量百分比的羧甲基纤维素(CMC)水溶液中以制成浆液。制备的浆液被施加到孔隙度为95％、比重为500g/cm2(商标名：Cermet，由Sμmitomo Electric Indrstries有限公司制造)的泡沫镍上，使得泡沫镍充满浆液。然后烘干泡沫镍、压缩使其具有较高填充密度，然后冲压印成其上包括有一个耳部分的矩形，从而制成电极母体。该电极母体的尺寸为15mm×60mm。耳部分的尺寸为3mm(根部)×5mm。未压缩的泡沫镍的厚度为1.6mm。压缩后的泡沫镍的厚度为0.7mm。压缩后的泡沫镍的孔隙度为26％。
随后，利用金属镘光件向电极的耳部分施加一个可以使得活性材料填充剂变性或变形的热能。超声波振动施加到该耳部分上以清除其上的活性材料填充剂。图4A和4B表示根据该实施例通过金属镘光件进行加热的方法的示意图。图5A和5B是说明该例子中应用超声波振动清除活性材料填充剂的方法的示意图。图4A和5A分别表示一个电极的剖面图。图4B和5B分别表示一个电极的平面图。该例子将参照这些附图作进一步描述。
如图4A所示，准备两个金属镘光件31、32。允许金属镘光件31、32与耳部分6接触，该耳部分6是作为一个集电极片，该耳部分6被夹持在两个镘光件之间。金属镘光件31、32与电极接触的表面是平面，其形状是矩形。金属镘光件31、32前端的温度保持在480℃。在这种条件下，金属镘光件31、32与耳部分6在空气中接触3秒钟。热处理后，耳部分的颜色由绿色变为微黑色。
然后，允许耳部分6冷却到室温。如图5A所示，一个钛电极臂41挤压到耳部分6上从而施加超声波振动。在这种方式下，活性材料填充剂完全从耳部分6上清除下来。结果在泡沫镍骨架式结构上形成一个非常洁净的表面。清除了活性材料填充剂的耳部分6的厚度和密度分别为0.6mm和0.83g/cm3。处理后的耳部分6的抗拉强度不小于0.8kgf，撕裂强度不低于0.5kgf。在该实施例中，由于超声波振动施加到耳部分上，填充剂可以从三个侧面除去。因此和超声波施加到电极主体部分的方法相比，填充剂可以更有效被清除。
该实施例的电池参考把上述电极作为正极的例子进行描述。
图1A和1B是说明一个镍氢电池中用于连接正极的结构的示意图，该镍氢电池具有一个焊接到一个金属接线柱板上的电极，该金属接线柱板具有一个位于电池内的凸起部分。图1A是表示沿着平行于电极表面方向切开的平面图，图1B是通过沿着垂直于电极表面方向切开的电极的平面图。如图1A和1B所示，金属接线柱板4上连接到正极1上，该金属接线柱板4具有一个位于电池内的凸起部分。作为集电极片的耳部分6通过超声波焊连接到金属接线柱板4上。在这种设计中，电极5通过耳部分6连接到金属接线柱板4上。阴影部分表示电极5上的耳部分上的活性材料已经被清除，附图标号2表示一个绝缘密封，3表示电池外壳。
在图1A和1B中，没有表示出负极、分离隔膜等等。然而该例子中的电池包括作为正极的三片电极5和四片负极，每个正极包围在一个袋形分离隔膜(由聚烯烃的无纺布制成)中；一个负极放置在电极5与该电极侧面的电极5之间，在电池中充满氢氧化钾水溶液。通过把90重量份的氢封留的合金颗粒与1重量份的碳颗粒分散在1wt％的羧甲基纤维素水溶液中制成浆液，把浆液施加到镀镍的带孔金属铁中，对喷涂的金属烘干，把喷涂的金属压缩到预定厚度，去除活性材料后冲压印成同样形状的电极来制成。
在电池的制造过程中，没有由于耳部分切削导致的缺陷。如果使用泡沫镍，耳部分的抗拉强度不小于0.2kgf，优先不小于0.5kgf，保证该实施例的第一个方面不会出现强度问题。还发现，如果使用泡沫镍，耳部分的厚度为0.10mm～0.6mm的范围可以防止连接到金属接线柱板上的强度出现问题。
图6是说明流过耳部分6的电流密度与放电容量之间的特性曲线。电流密度定义为在构成耳部分的金属的每净单位横截面上的电流量。电流密度可以通过下式来计算：
(电流密度)＝(流过耳部分的电流)/(耳部分的宽度×净厚度)
(净厚度)＝(1cm2单位面积上的重量)/(金属的密度)
在该实施例中，耳部分的宽度和净厚度分别为3mm和0.05(重量)/8.9(镍的密度)。这些值用于计算电流密度。为评价电池特性，使用前述的电池。更详细地讲，电池放电容量是在23℃的温度下测量从电池中流出的电流的不同值。曲线的纵坐标表示放电容量。曲线的横坐标表示把上述的电流除以3得到的值作为用前述公式计算的流过耳部分(作比较的电池中的集电极片)的电流值。
在曲线中，方点表示使用集电极片而没有任何耳部分制造的作为比较的电池的特性曲线。黑点表示本实施例的特性曲线。作为比较的电池除了具有一个集电极片以外其它完全相同。作为集电极片，使用一个厚度为30μm的镍箔，一个突出的部分形成一个宽3mm长5mm的电极。
如曲线所示，在流过耳部分的电流密度不超过800A/cm2的范围内，本例中的电池相对于作为比较的电池具有良好的放电容量。和作为比较的电池相比，该实施例中电池表现出更大的放电容量，因为没有必要清除集电极片连接区域(4mm×4.5mm)的活性材料。在曲线中，作为比较的电池使用了一个修正系数(电容量/0.98)，以便更好地理解电流密度与放电容量之间的关系。
图2A和2B是说明用于在镍氢电池中连接正极的结构的示意图，该电池通过把上述的电池连接到一个金属箔中间引线上而制成。图2A是沿着平行于电极表面的方向切开的平面图，图2B是沿着垂直于电极表面的方向切开的平面图。如图2A和2B所示，电池内的金属接线柱板4连接到一个正极1上。金属箔中间引线的一端连接到金属接线柱板4上。金属箔中间引线8的另外一端通过超声波焊连接到上述电极5的耳部分6上。其它的结构与前面如图1A和1B所示的例子中的相同。
作为金属箔中间引线8，是一个宽度为3mm的镍箔。当使用厚度为0.1mm的镍箔时，耳部分将承受变形从而导致使电池产生某些缺陷。当使用厚度为0.05mm的镍箔时不会产生变形和缺陷。而且，当使用厚度为0.08mm的镍箔时，没有缺陷产生，但是中间引线太硬而不具有良好的操作性能。所使用的镍箔的厚度偏离所需值0.01mm。例如，一组具有0.08mm的镍箔中通常包括一些厚度0.09mm的试样。
使用该实施例中的电极使得能够有效地利用电极区域而消除了把电极连接到接线柱板上步骤。而且，使用该实施例中电极使得能够制造高放电容量的电池，和常规的电池的制造相比所需的制造步骤也少。
第二实施例
根据第二个实施例的第一个方面，按照下述方法制造电池的电极。首先，用活性材料填充剂填充三维孔隙金属基板。然后，在基板上施加主要是使得活性材料填充剂变性或变形的热能以及主要清除活性材料填充剂的超声波振动。然后，一个集电极片电连接到基板上被清除了活性材料填充剂的区域上。
换句话说，第二个实施例的本质是在三维孔隙金属基板的预定点上施加热能，然后产生受热膨胀，导致活性材料的接触状态发生变化或者类似变化，从而减少活性材料的保持力。换句话说，热能施加到三维孔隙金属基板或者活性材料填充剂上使得三维孔隙金属基板受热膨胀。或者，至少活性材料填充剂中的一种组分产生变性或者变形，降低了活性材料填充剂相对于三维孔隙金属基板的保持力。结果，通过超声波振动可以从三维孔隙金属基板上清除活性材料填充剂。上述方法是有效地使得活性材料填充剂的至少一种组分发生变性或变形。
三维孔隙金属基板受热膨胀，因此在三维孔隙金属基板与和其接触的活性材料填充剂之间形成剪切力，从而活性材料填充剂从三维孔隙金属基板的表面上撕裂下来。这使得保持在基板上的整个活性材料填充剂产生摇动，从而产生裂隙，这就降低了活性材料填充剂的保持力。因此，为了提高这种效果，基板的温度最好升高一些。而且为了增加收缩效应，升高温度和冷却的循环最好很短。然而，升高温度所达到合适的值取决于材料的种类，例如需要使得基板的强度和导电率不会降低。
活性材料填充剂主要包括具有例如象树脂的活性材料(可以选择只包括活性材料)、电导材料和其它添加剂。至少活性材料填充剂中的一种组分发生变性，导致活性材料填充剂中的一种组分与另外一种组分之间的连接力降低。因此，活性材料填充剂的保持力下降。而且，至少活性材料填充剂中的一种组分的变性将导致活性材料填充剂的填充状态的变化，或者产生裂隙和移动，从而导致活性材料填充剂从基板上撕裂开来，因而降低了活性材料填充剂的保持力。这种变形产生于受热膨胀和受热收缩而且通过使得基板变性。特别是，具有较高比例活性材料的活性材料填充剂被认为是在活性材料的变性或变形中起重要作用。在这种情况下，活性材料的受热氧化或者受热还原反应是非常重要的。因此，温度或者气压例如氧气压力和氢气压力可以根据活性材料的种类来调整。
关于施加热能和超声波振动的顺序，作为优先的一种选择，为施加热能而提高效率，超声波振动最好不在施加热能之前施加。因此，超声波振动最好同时或者在施加热能之后施加。如果超声波振动在施加热能的同时施加，清除活性材料填充剂的步骤可以在很短的时间内完成而取得良好效果。相反，如果超声波振动是在施加热能之后施加，通过调整施加超声波振动所需时间或者大气温度而形成冷却效应。因此，能够更加高效地清除活性材料填充剂，能够更容易地调整热能施加状态。
在据该实施例的第二个方面的用于电池的电极的制造方法中，热能施加到板上固体加热件与基板接触的预定点上以使得主要是活性材料填充剂发生变性或变形。换句话说，该实施例的第二个方面的方法的特征就在于是使用加热方法。固体热能加热件的使用使得能够很容易确定加热点的尺寸。因此，能够防止其它多余的点受到加热。而且，固体加热件容易控制在一个预定值。因此施加热能的温度很容易控制，因此提高了热处理的可靠性。
第二个实施例将参考一个用于镍氢电池的镍氢电池等等进行描述。
烧结金属纤维或者泡沫金属可以作为三维孔隙金属基板使用。通过该实施例的方法制造镍氢电极，Sumitomo电子工业株式会社制造的泡沫镍最好用于该实施例。
活性材料填充剂主要由作为活性材料的氢氧化镍(Ni(OH)2)粉末构成，在氢氧化镍(Ni(OH)2)粉末中加入有例如象石墨和金属镍以及钴化合物(例如氢氧化钴、金属钴等)的导电材料以及通过各种方法加入例如象CMC和MC的增稠剂或者象添加到活性材料中的PTFE等粘结剂树脂，氢氧化镍(Ni(OH)2)粉末还可以选择包括添加到氢氧化镍(Ni(OH)2)粉末中的象氢氧化正镍(NiOOH)粉末。水或者类似物加入到活性材料填充剂中制成浆液，该浆液然后施加到三维孔隙金属基板上，使得基板内充满浆液。基板经过烘干后压缩以获得一个具有较高密度的电极。因此就制成了电极。例如100重量份的氢氧化镍(Ni(OH)2)粉末，15重量份的氢氧化正镍(NiOOH)和0.4wt％的羧甲基纤维素水溶液混合制成浆液。浆液施加到一个泡沫镍基板上然后烘干和压缩。
随后，把一个作为集电极片由镍箔制成的集电极元件电连接到上述电极上。集电极元件与电极的电连接可以通过使用导电性焊料或树脂来完成。然而在实践中，可以使用点焊、超声波焊或者激光焊。为了使得这种焊接坚固而不损害导电率，活性材料必须完全从连接点上清除，使得连接点处的基板裸露出来。连接点表面应当尽可能清洁，没有例如象氧化层的导电率障碍膜。这是因为形成这样一个表面能够实现一个坚固的连接，并具有良好的导电性，降低了连接所需的能量。
在该实施例中，一个固体加热件与基板在集电极元件需要连接的点接触，从而使得基板受热而清除活性材料填充剂。热能可以通过用红外线或者激光束或者向基板上喷洒燃烧剂火焰来完成。然而，上述方法是使用固体加热件。
考虑到用于连接集电极元件要留有余地，热能所施加的基板区域最好稍大于集电极元件的连接点区域。因此，与基板接触的固体热能加热件的表面的面积最好大于集电极元件的连接点的面积。与基板接触的固体热能加热件的形状最好与集电极元件连接点的形状类似，以减少产生的多于区域。而且，从生产效率的角度来讲集电极元件的形状最好为矩形。因此，与基板接触的固体加热件的表面也最好是矩形的。
所施加的加热温度最好应当使得活性材料填充剂产生变性或变形。如果制造一个含有活性材料氢氧化镍的镍氢电池，所施加的加热温度应当不低于100℃，在该温度下可以清除结晶水，这样的加热的温度最好不低于220℃，在该温度下氢氧化镍(Ni(OH)2)变成氧化镍。或者，如果活性材料填充剂中含有某些树脂，所施加的热能的温度最好不低于250℃。这种热能施加是在活性材料填充剂中含有增稠剂例如象CMC和MC，或者粘结剂树脂例如象PTFE。而且，如果基板是有金属镍制成的三维孔隙金属基板热能施加的温度的上限最好不高于650℃。特别是，如果基板是由对泡沫镍进行电镀形成的骨架式结构构成的三维孔隙金属基板，这种温度限制就更需要了。这是因为，如果在这个高于该温度的温度下，加热施加时间延长后，除了导致活性材料填充剂的变性或变形外还会导致基板的变性，导致基板导电率和强度降低。而且，如果使用氢氧化镍，加热必须在大气压下进行。在这种情况下，所使用的设备得到简化，并能够取得良好效果。
在该方法中允许两个固体加热件与基板在预定点上接触，因此基板垂直夹持在加热件之间。这个方法能够在短时间内把热能施加到活性材料填充剂上。因此这可以减少热能施加到不需要加热的区域。而且，该方法可以沿着垂直方向均匀地施加热能。因此，能够对活性材料填充剂进行均匀的热处理，保证活性材料填充剂可以被完全清除。
而且当施加热能后，在三维孔隙金属基板的一个垂向侧面上施加超声波振动主要清除活性材料填充剂。在一个预定的时间间隔内活性材料填充剂从另外一个侧面吸走。该方法是必须的，因为它能够增加一个冷却效应，提高活性材料填充剂清除的百分比，防止活性材料填充剂分散开来。
接着，超声波振动施加到施加热能后的连接点以清除保持力已经降低的活性材料填充剂。超声波振动施加到基板上的面积最好稍大于热能施加到基板上覆盖的区域的面积，以保证不留下变性的活性材料填充剂。因此，如果当一个固体超声波施加装置例如象金属电极臂在预定点挤压到基板上施加超声波超声波时，与基板接触的固体超声波施加装置的表面大于基板与固体热能加热件接触的面积。固体超声波施加装置的表面的形状最好类似于与基板接触的固体加热件的形状，以减少产生多余的区域。而且，从生产效率的角度讲，集电极元件的形状最好为正方形。因此，与基板接触的固体加热件的表面最好为正方形。而且，与基板接触的固体超声波施加装置的表面的形状最好为正方形。而且当压缩三维孔隙金属基板以有效清除活性材料填充剂时最好施加超声波振动。另外，固体热能加热件最好能够与基板接触到一定程度，从而使得热能可以被传递到基板上。
另外，同时也作为固体超声波施加装置的固体加热件需要同时施加热能和超声波振动。因此这可以减少所需的步骤。在这种情况下，通过与三维孔隙金属基板的一个垂向侧面接触的固体加热件同时施加热能和超声波振动，而活性材料填充剂从另外一个侧面吸走。优先使用该方法因为该方法能够提高分离下来的活性材料清除的百分比，因此能够防止活性材料分散开来。
上述的处理能够有效地、完全地清除活性材料填充剂，能够保证连接元件被有效连接。而且如果制造一个使用泡沫电镀的三维孔隙金属基板的镍氢电极，该电极在压缩后使得该实施例可以产生显著的效果，其孔隙度不超过30％，尤其不超过28％。因此使用该实施例的方法能够显著降低出现缺陷的百分比。当孔隙度不超过28％时这种效果更为显著。
实施例2
该实施例将参考下面的例子进行描述。
将90重量份平均粒径为8μm的氢氧化镍(Ni(OH)2)活性材料颗粒与10重量份平均粒径为6μm的氢氧化钴颗粒分散在0.4wt％的羧甲基纤维素(CMC)水溶液中以制成浆液。制备的浆液被施加到孔隙度为95％(商标名：Cermet，由Sumitomo电子工业株式会社制造)的泡沫镍上，使得泡沫镍充满浆液。然后烘干泡沫镍、压缩使其具有较高填充密度，然后使得其最初的厚度压缩到一半形成一个氢氧化镍电极。制造的电极的孔隙度为27％。
通过利用该实施例，一个镍箔制造的集电极片用超声波焊接到电极上。
图7A和7B是说明根据本实施例使用一个金属镘光件作为固体加热件进行加热的方法的示意图。图8A和8B是说明根据本实施例施加超声波振动清除活性材料填充剂的方法的示意图。图3A和3B是说明集电极片如何连接的示意图。图1A、2A和3A都是剖面图，而图1B、2B和3B都是电极的平面图。该实施例将参照附图作进一步描述。
在该例子中，准备两个金属镘光件131、132。允许金属镘光件131、132与阴影所示的电极101的预定点接触，电极101(亦即基板)被夹持在两个镘光件之间。金属镘光件131、132与电极接101触的表面是平面，其形状是矩形。金属镘光件131、132前端的温度保持在480℃。在这种条件下，金属镘光件131、132与电极101在空气中接触3秒钟。热处理后，与金属镘光件几乎相同形状区域的颜色由绿色变为微黑色。
然后，允许电极101冷却到室温。如图8A所示，一个钛电极臂41挤压到电极101上从而施加超声波振动。在这种方式下，电极101被压缩，活性材料填充剂完全从电极101清除下来。在这个步骤中，分离下来的活性材料填充剂通过一个真空吸收通道105吸走。与电极101接触的钛电极臂104的表面是平面并且几乎是正方形。在图2A和2B中阴影部分表示钛电极臂104与电极101接触的区域，网格区域表示加热区域。在这种方式下，阴影所示区域内有微量活性材料填充剂而网格区域则形成一个非常洁净的泡沫镍骨架式结构，不含有任何活性材料填充剂。
在不含任何活性材料填充剂的网格区域上焊接一个集电极片102。为对比起见，没有前面的热处理而只是通过施加超声波清除活性材料填充剂。然后把一个集电极片连接到电极上。然后，对各种条件进行优化。然后测量形成的该作为对比的电极的集电极片的连接强度。测量结果，然后与本例中的电极进行对比。结果，本例中的集电极片的连接强度三倍于该常规电极。根据本例的电极然后安装到一个电池中。结果由于集电极片的误连接导致出现缺陷的百分比只是常规方法的一半。而且，本例的方法生产的电极的放电容量和密度比以往更高。
另外，接着上述试验进行下述步骤，但是加热时间从3秒钟改为30秒钟。结果，获得了同样的连接强度。关于金属镘光件的温度，在加热时间固定的情况下，400℃～500℃的温度范围能够获得最高的连接强度。
依据该实施例，用最小的能量把一个集电极元件连接到三维孔隙金属基板构成的电极上而不降低基板的强度，在三维孔隙金属基板中填充有含有活性材料的活性材料填充剂。而且，施加超声波振动清除活性材料所需能量降低到常规水平。而且，减少了在电池组装的后续步骤中由于集电极元件脱落而导致的出现缺陷的机率。而且，可以进行热处理而不破坏基板。该工作方法是安全的。在热处理中可以进行精确的尺寸控制。
而且如果该实施例应用于金属镍作为填充氢氧化镍主要活性材料的三维孔隙金属基板而制成的电极的生产，该实施例的效果将会更加显著，因为氢氧化镍承受氧化而导致活性材料变性或变形，因此，基板几乎不受到热处理的影响而能够取得良好效果。另外，与只是使用超声波进行处理的常规方法相比，清除活性材料后能够获得一个非常洁净的表面，尽管原因是未知的。
第三实施例
在依据该实施例的第一个方面的电池电极的制造方法中，含有活性材料的活性材料填充剂填充三维孔隙金属基板，向基板上施加热能主要使得基板上与加热流体接触的预定点上活性材料填充剂产生变性或变形，向基板上施加主要用于清除活性材料填充剂的超声波振动以清除活性材料填充剂，然后一个集电极元件在活性材料填充剂已经被清除的预定点连接。
该实施例的主要思想是向三维孔隙金属基板的预定点上施加热能，导致活性材料的接触状态发生变化或者类似变化，从而减少活性材料的保持力。也就是说，热能施加到三维孔隙金属基板或者活性材料填充剂上使得三维孔隙金属基板受热膨胀。或者，至少活性材料填充剂中的一种组分产生变性或者变形，降低了活性材料填充剂相对于三维孔隙金属基板的保持力。结果，通过超声波振动可以从三维孔隙金属基板上清除活性材料填充剂。上述方法是有效地使得活性材料填充剂的至少一种组分发生变性或变形。
关于该实施例中三维孔隙金属基板的受热膨胀类似于第二个实施例。
关于在该实施例中的活性材料填充剂类似于第二个实施例中填充剂。
关于施加热能和超声波振动的顺序类似于第二个实施例中的顺序。
在据该实施例的第二个方面的用于电池的电极的制造方法中，热能施加到板上基板与加热流体接触的预定点上以使得主要是活性材料填充剂发生变性或变形。换句话说，该实施例的第二个方面的方法的特征就在于是使用加热方法。加热流体的使用使得能够很容易对基板施加很高的温度，因此能够对较大电极的待处理表面进行处理。
该实施例将参考用于镍氢电池的氢氧化镍电极等的例子进行描述。
该实施例将参照一个用于镍氢电池的镍氢电极的例子进行描述。
在该实施例中使用的三维孔隙金属基板类似于第二个实施例。
活性材料填充剂及其制造方法类似于第二个实施例。
连接到上述电极上的集电极元件类似于第二个实施例。
在该实施例中，热能施加到基板上需要连接集电极元件的区域以清除活性材料填充剂。考虑到用于连接集电极元件要留有余地，热能所施加的基板区域最好稍大于集电极元件的连接点区域。热能施加方法包括用红外线或者激光束辐照基板、向基板上喷洒燃烧剂的火焰。作为优先的一种选择，该实施例使用一个例如象燃烧剂火焰的加热流体。另外，如果金属镍用作三维孔隙金属基板，氢氧化镍作为主要的活性材料，加热流体最好是燃烧气体的火焰。作为更为优先的一种选择，燃烧气体的火焰与基板接触的时间不超过15秒钟。在这种情况下，即使基板的软化点不超过700℃，而所用火焰的温度大约为1300℃，而基板既不会降低强度也不会形成不必要的氧化层。
施加热能的温度类似于第二个实施例。然而本实施例特别是使用一个燃烧气体的火焰使得能够减少对基板的影响并能够获得较高的温度。而且，如果主要的活性材料为氢氧化镍，加热必须在空气中进行。在这种情况下，使用的设备可以得到简化而能够获得良好效果。
接着，超声波振动施加到施加热能后的连接点以清除保持力已经降低的活性材料填充剂。超声波振动施加到基板上的面积最好稍大于热能施加到基板上覆盖的区域的面积，以保证不留下变性的活性材料填充剂。另外，上述的热处理方法与后面的施加超声波振动之间最好相距一定时间间隔。而且同时进行抽吸，以便提高活性材料清除的百分比，防止活性材料分散开来。在这种情况下，作为优先的一种选择，超声波振动在三维孔隙金属基板的一个垂向侧面施加而在其另外一个侧面吸走活性材料填充剂。上述处理能够更有效地、完全地清除活性材料填充剂，保证连接元件得到有效地连接。
另外，如果制造一个使用泡沫电镀的三维孔隙金属基板的镍氢电极，该电极在压缩后使得该实施例可以能够产生显著的效果，其孔隙度不超过30％，尤其不超过28％。因此使用该实施例的方法能够显著降低出现缺陷的百分比。当孔隙度不超过28％时这种效果更为显著。
实施例3
该实施例将参照下面的例子进行描述。
氢氧化镍电极的制造方式与实施例2相同制造成后其孔隙度为27％。
应用本实施例，一个用镍箔制造而成的集电极片电连接到电极上。
图10是允许热流体与基板只是在预定点接触的方法的示意图。图11是说明施加超声波振动以清除活性材料填充剂的方法的示意图。图12是说明本实施例中一个集电极片如何连接的示意图。本例将参照这些附图进一步进行描述。
如图10所示，为了允许热流体与基板只是在预定点接触，一个尺寸为3mm×3mm的方截面铁条放置到电极201上，该铁条比电极201的尺寸大30倍。使丙烷气体火焰的前端与阴影所示区域的接触点接触并移动5秒钟，因此阴影所示区域完全被加热。在阴影所示的部分内，这种热处理导致处理部分的颜色从绿色变为微黑色。火焰前端的温度是1300℃。这种处理是在空气中进行的。因此，在该实施例的制造过程中，作为优先的一种选择，金属条放置到通过与热流体接触而使得活性材料填充剂变性或变形的区域与通过与热流体接触不会使得活性材料填充剂变性或变形的区域之间的边界处。在这种方式下，不可能破坏或者脱落其它点上的活性材料。
然后，允许电极201冷却到室温。如图11所示，一个钛电极臂204挤压到电极201上从而施加超声波振动。在这种方式下，电极201被压缩，活性材料填充剂完全从电极201清除下来。在这个步骤中，分离下来的活性材料填充剂被吸走。与电极201接触的钛电极臂204的表面是平面并且为矩形。该电极臂比如图10所示的阴影区域的短边要长，而比如图10所示的阴影区域所示的长边要短。钛电极臂204重复多次地挤压到基板上，同时沿着纵向移动以从整个区域清除活性材料填充剂。在这种情况下，如图所示的阴影区域的周边区域有一些剩余的活性材料填充剂，而阴影所示区域获得了一个非常洁净的泡沫镍骨架式结构，不含有任何活性材料填充剂。
在不含任何活性材料填充剂的网格区域上焊接一个集电极片202。为对比起见，没有前面的热处理而只是通过施加超声波清除活性材料填充剂。把一个集电极片连接到电极上。然后，对各种条件进行优化。然后测量形成的该作为对比的电极的集电极片的连接强度。测量结果，然后与本例中的电极进行对比。结果，本例中的集电极片的连接强度三倍于该常规电极。然后，将本例的电极安装到一个电池中。结果由于集电极片的误连接导致出现缺陷的百分比只是常规方法的一半。而且，本例的方法生产的电极的放电容量和密度更高。
图13是说明加热时间与表示抗拉强度之间的关系曲线，表示本例中对于同一个测试点使用不同的加热时间进行检测得到的结果。该结果表明，燃烧气体的火焰与基板接触的时间最好不超过15秒钟，特别是不超过10秒钟。在该结果中可以验证，在3秒钟或者更长一点时间内活性材料填充剂可以被完全清除。然而，活性材料填充剂在1秒钟内不可能被完全清除。因此，发现燃烧气体的火焰与基板接触的时间最好不少于3秒钟，特别是不少于5秒钟，更加特别是不少于10秒钟。
根据该实施例，用最小的连接能量把一个集电极元件连接到一个填充有包括活性材料的活性材料填充剂的三维孔隙金属基板上而不会降低基板的强度。而且，在清除活性材料过程中施加超声波振动的能量可以降低到常规水平。而且降低了由于在电池的后续程序中集电极元件的脱落出现缺陷的机率。
另外，如果该实施例应用于一个以填充氢氧化镍作为主要活性材料的三维孔隙金属基板作为金属镍电极，该实施例的结果将更加显著，因为氢氧化镍将通过氧化而产生变性或变形。因此，基板几乎不受到影响而能够取得良好效果。而且，与只是使用超声波振动的清除方法相比，清除活性材料后该基板具有非常洁净的表面，尽管原因还是未知的。
第四实施例
在该实施例中，一种用于制造用于电池的电极的方法，一个三维孔隙金属基板填充有含有活性材料的活性材料填充剂。然后在基板上形成集电极引线部分的预定点处施加热能和超声波振动，以清除活性材料填充剂。
该实施例的主要思想是向三维孔隙金属基板的预定点上施加热能，导致活性材料的接触状态发生变化或者类似变化，从而减少活性材料的保持力。换句话说，热能施加到三维孔隙金属基板或者活性材料填充剂上使得三维孔隙金属基板受热膨胀。或者，至少活性材料填充剂中的一种组分产生变性或者变形，降低了活性材料填充剂相对于三维孔隙金属基板的保持力。结果，通过超声波振动可以从三维孔隙金属基板上清除活性材料填充剂。上述方法是有效地使得活性材料填充剂的至少一种组分发生变性或变形。
关于该实施例中三维孔隙金属基板的受热膨胀类似于第二个实施例。
关于在该实施例中的活性材料填充剂类似于第二个实施例中填充剂。
关于施加热能和超声波振动的顺序类似于第二个实施例中的顺序。
该实施例将参考用于镍氢电池的氢氧化镍电极等的例子进行描述。
该实施例将参照一个用于镍氢电池的镍氢电极的例子进行描述。
在该实施例中使用的三维孔隙金属基板类似于第二个实施例。
活性材料填充剂及其制造方法类似于第二个实施例。
由镍箔制成并电连接到上述电极上的集电极元件如集电极片类似于第二个实施例。
图14是说明具有连接到其上的集电极片的电极结构的一个例子的电极的平面图。在图14中，附图标号301指示按照包括电镀、烘干和压缩步骤的上述方法制造而成的电极。附图标号2指示一个集电极片。阴影区域表示基板上不含有活性材料填充剂的点。下面将对一种清除活性材料填充剂的方法进行描述。
在该实施例中，热能施加到基板上需要连接集电极元件的区域以清除活性材料填充剂。考虑到用于连接集电极元件要留有余地，热能所施加的基板区域最好稍大于集电极元件的连接点区域。热能施加方法包括用红外线或者激光束辐照基板、向基板上喷洒燃烧剂的火焰。施加热能的温度最好是能够使得活性材料填充剂发生变性或变形。如果制造一个氢氧化镍作为活性材料的氢氧化镍电极，所施加的热能的温度应当不低于100℃，在该温度下可以清除结晶水，这样的热能的温度最好不低于220℃，在该温度下氢氧化镍(Ni(OH)2)变成氧化镍。或者，如果活性材料填充剂中含有某些树脂，所施加的热能的温度最好不低于250℃。这种热能施加是在活性材料填充剂中含有增稠剂例如CMC和MC，或者粘结剂树脂如PTFE。而且，如果基板是有金属镍制成的三维孔隙金属基板热能施加的温度的上限最好不高于650℃。特别是，如果基板是由对泡沫镍进行电镀形成的骨架式结构构成的三维孔隙金属基板，这种温度限制就更需要了。这是因为，如果在这个高于该温度的温度下，热能施加时间延长后，除了导致活性材料填充剂的变性或变形外还会导致基板的变性，导致基板导电率和强度降低。而且，如果使用氢氧化镍(Ni(OH)2)，加热必须在大气压下进行。在这种情况下，所使用的设备得到简化，并能够取得良好效果。
接着，超声波振动施加到施加热能后的连接点以清除保持力已经降低的活性材料填充剂。超声波振动施加到基板上的面积最好稍大于热能施加到基板上覆盖的区域的面积，以保证不留下变性的活性材料填充剂。而且最好是在压缩三维孔隙金属基板时施加超声波振动以便有效地清除活性材料填充剂。而且，同时最好进行抽吸，以提高活性材料填充剂的清除的百分比，防止活性材料分散开来。上述的实施例使得能够更有效地、完全地清除活性材料填充剂，保证连接元件能够有效地连接。
一种制造用于电池的电极的方法包括：含有活性材料的活性材料填充剂填充三维孔隙金属基板，向基板上施加热能和超声波振动主要使得基板上连接集电极引线部分的预定点上活性材料填充剂产生变性或变形以清除活性材料填充剂，从而使得三维孔隙金属基板部分裸露出来，然后一个集电极元件连接到基板上的一个点以在该裸露的点收集电荷。然而，使用本实施例能够形成一个集电极引线部分而不需要连接一个集电极元件，因此生产出一个类似于上述的电极。该方法将在下面进一步描述。
图15是说明一个具有与连接到其上的集电极片同样形状的电极结构的例子的示意平面图。在图15中，附图标号301表示一个根据包括上述电镀、烘干和压缩的方法制造的电极。阴影部分表示不含有活性材料填充剂的点。该部分作为上述的集电极片。下面将描述这种电极的制造方法。
首先，按照与上述制造具有矩形(如阴影部分所示)耳部分电极相同的方式进行涂布、烘干和压缩，该耳部分与图15中的集电极片部分相对应。通过对经过涂布、烘干和压缩后得到的较大尺寸的母体进行冲压印成而制造出这样形状的电极。接着，以与上述从耳部分清除活性材料填充剂相同的方式清除活性材料填充剂。在这种方式下，就制造出一个具有与连接到其上的集电极片同样功能的电池电极，而无需连接一个集电极元件。
后面的研究表明，上述的方法不可能用于实际的生产制造过程。该方法包括：制备一个填充有活性材料填充剂的三维孔隙金属基板，然后从需要形成集电极引线部分的区域清除活性材料填充剂。这是因为形成的电极例如在强度上不能满足需要。然而，已经发现应用本实施例的方法而不是常规的清除活性材料填充剂的方法能够使得上述方法用于实际的生产制造。本实施例的方法涉及施加热能和超声波振动从而使得活性材料填充剂产生变性或变形。这是因为该实施例的制造方法在清除活性材料填充剂时对三维孔隙金属基板的破坏非常小，因而不会伤害金属基板的强度。这是因为不含有活性材料填充剂的金属基板的表明非常洁净，这类似于分别提供集电极元件的情况。
而且，如果制造一个电镀泡沫三维孔隙镍基板，本实施例中基板压缩后在结构上取得显著的效果，其孔隙度不超过30％，特别是不超过28％。换句话说，即使当孔隙度大于30％时，由于连接元件的连接强度的降低而导致连接元件的脱落等缺陷的机率即使在只是使用超声波振动的常规方法中也可以通过正确调整处理状态而降低到本实施例的水平。然而，当增加填充密度来把孔隙度的值降低到上述值时，常规方法不可能处理上述问题。因此，使用本实施例能够显著地降低出现缺陷的机率。当孔隙度不超过28％时，这种效果更为显著。
依据该实施例，用最小的连接能量把一个集电极元件连接到一个填充有包括活性材料的活性材料填充剂的三维孔隙金属基板上而不会降低基板的强度。而且，在清除活性材料过程中施加超声波振动的能量可以降低到常规水平。而且降低了由于在电池的后续程序中集电极元件的脱落出现缺陷的机率。
而且，可以形成一个集电极引线部分而无需连接一个集电极元件。
而且如果该实施例应用于金属镍作为填充氢氧化镍主要活性材料的三维孔隙金属基板而制成的电极的生产，该实施例的效果将会更加显著，因为氢氧化镍承受氧化而导致活性材料变性或变形，因此，基板几乎不受到热处理的影响而能够取得良好效果。另外，与只是使用超声波进行处理的常规方法相比，清除活性材料后能够获得一个非常洁净的表面，尽管原因是未知的。

Claims (19)

1.一种以如下顺序制造电池电极的方法，所述方法包括：
第一步，其中三维孔隙金属基板用含活性材料的活性材料填充剂填充；
第二步，其中在集电器引线部分变形的预定的点，给所述的三维孔隙金属基板施加热；及
第三步，其中在所述预定的点处施加超声波振动。
2.一种如权利要求1制造电池的电极的方法，还包括：
第四步，其中在第三步之后集电元件电连接到所述预定的点，其中所述的热是在所述第二步中通过使固体加热元件与所述三维孔隙金属基板接触施加的。
3.根据权利要求1所述的制造电池电极的方法，其中需要准备两个固体加热件，使所说的固体加热件在预定点与所说的基板接触，使得所说的基板被垂直地夹持在所说的两个固体加热件中间。
4.根据权利要求1所述的制造电池电极的方法，其中在加热步骤后，向所说的三维孔隙金属基板的一个垂直侧面施加超声波振动，清除所说的活性材料填充剂，所说的活性材料填充剂在预定时间间隔后从基板的另外一侧吸走。
5.根据权利要求1所述的制造电池电极的方法，其中所说的三维孔隙金属基板包括金属镍；所说的活性材料包括氢氧化镍；所说的固体加热件的温度既不低于100℃也不高于650℃。
6.根据权利要求5所述的制造电池电极的方法，所说的固体加热件的温度既不低于250℃也不高于650℃。
7.如权利要求1的制造电池电极的方法，其中所述的热是在第二步中通过使热流体与所述三维孔隙金属基板接触施加的。
8.根据权利要求7所述的制造电池电极的方法，其中所说的三维孔隙金属基板包括金属镍；所说的活性材料包括氢氧化镍；所说的加热流体是燃烧气体的火焰。
9.根据权利要求8所述的制造电池电极的方法，其中火焰与所说的基板接触的时间不超过15秒钟。
10.根据权利要求7所述的制造电池电极的方法，其中在所说的加热步骤后，向所说的三维孔隙金属基板的一个垂直侧面施加超声波振动，以清除所说的活性材料填充剂，所说的活性材料填充剂在预定时间间隔后从基板的另外一侧吸走。
11.根据权利要求7到10任一权利要求所述的制造电池电极的方法，将一个金属条，沿通过与加热流体接触而使得活性材料填充剂变性或变形的区域，和通过与加热流体接触不会使得活性材料填充剂变性或变形的区域之间的边界，放置在三维孔隙金属基板的一个垂面上。
12.根据权利要求1所述的制造电池电极的方法，其中所说的三维孔隙金属基板包括金属镍；所说的主要活性材料包括氢氧化镍。
13.根据权利要求1所述的制造电池电极的方法，其中所说的预定点被加热的温度既不低于100℃也不高于650℃。
14.根据权利要求1所述的制造电池电极的方法，其中所说的预定点被加热的温度既不低于250℃也不高于650℃。
15.根据权利要求12到14中任一权利要求所述的制造电池电极的方法，其中向所说的三维孔隙金属基板的一个垂直侧面施加超声波振动，以清除所说的活性材料填充剂，所说的活性材料填充剂从三维孔隙金属基板的另外一侧吸走。
16.一种制造电池电极的方法，包括：
第一步，其中三维孔隙金属基板用含活性材料的活性材料填充剂填充；
第二步，其中在集电器引线部分变形的预定的点，给所述的三维孔隙金属基板施加热；及
第三步，其中在所述预定的点处施加超声波振动；
其中在第一步之后同时进行第二步和第三步。
17.如权利要求16的制造电池电极的方法，
其中所述的热是通过使固体加热元件与所述三维孔隙金属基板接触施加的；及
所述的固体加热元件也作为超声波施加元件。
18.如权利要求17的制造电池电极的方法，
其中所述的固体加热元件可与所述的三维孔隙金属基板在其一个垂直侧面上接触；及所述的活性材料填充剂同时从其另外一侧被吸走。
19.如权利要求1或16的制造电池电极的方法，
其中所述的电极包括：
填充有活性材料填充剂的主体部分，和
耳部分，其中三维孔隙基板被暴露，并且宽度窄于所述主体部分。
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