CN1225810C - 电池及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种电池，先将正极电极板和负极电极板通过隔膜缠绕形成螺旋状电极后，再将形成的电极体装入于外壳中的电池，其特征是在正极电极板端部贴附绝缘粘接带，并用上述绝缘粘接带缠绕上述螺旋状电极最外周的负极板固定上述螺旋状电极。上述电池，即使增大绝缘带对负极板的覆盖面积，也不增加电池内阻而提高电池性能。本发明还提供上述电池的制备方法。

Description

电池及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种电池及其制备方法，特别涉及使用螺旋状电极体的碱性蓄电池。

背景技术

通常，圆筒型电池的制造方法是，将正极和负极通过隔膜螺旋状地卷绕制成螺旋状的电极体后将它插入到外壳内的方法。于是，制造螺旋状电极体时，应该圆滑地进行卷绕，在卷心上卷绕隔膜，然后通过隔膜设置正极和负极，并进一步卷绕两极和隔膜。最后，从电极体抽出上述卷心。

如图5和图6所示，构成圆筒型镍镉电池、圆筒型镍氢电池等圆筒型碱性电池的极板群具有通过隔膜3，正极板1和负极板2螺旋状卷绕的结构，为了输送时或装入外壳时防止散开，并且如图6中所示，使正负极板的各极端向下突出的极板群接触于平板状的正负集电体5，并通过焊接电极，加压进行焊接时，为了防止由极板群滑动造成的正负极板的短路，一直以来，如图5所示，在负极板2的卷尾贴附聚丙烯等绝缘粘接带4，并缠绕在最外周部进行固定。

但是，采用上述固定方法时，因为负极板的活性物质很容易从基体剥落，所以即使用绝缘粘接带固定极板群，也会发生活性物质和绝缘粘接带脱落的现象。另外，为了确保固定强度，必须使绝缘粘接带在负极板上的粘接面积大，如图7和图8所示，这时存在用聚丙烯等粘接带4覆盖的部分和外壳7的接触面上的导电性消失，从而碱性蓄电池的内阻变大，使电池性能降低的问题。

发明内容

本发明是为了解决上述问题，其目的在于，提高绝缘粘接带和极板之间的固定强度。并且，即使使用绝缘粘接带，也不增加电池内阻而提高电池性能。

因此，本发明的电池是，将正极电极板和负极电极板通过隔膜缠绕而形成螺旋状电极的电极体装入于外壳中的电池，其特征在于，在正极板上贴附绝缘带，并用上述绝缘带缠绕由上述螺旋状电极最外周的负极板所构成的极板群而进行固定。

根据上述结构，通过将绝缘带贴附于活性物质很难从基体脱落的正极板的卷尾，与贴附于负极板时相比较，能够提高固定强度，因此，与贴附于负极板卷尾的以往技术相比，即使用小范围的贴附面积也能够确保相同的固定强度，能够达到降低电池内阻的效果，并能够提高电池性能。

理想的是，上述绝缘带具有耐碱性为特征。

理想的是，缠绕于上述螺旋状电极体最外周的上述绝缘带的面积和上述螺旋状电极体的最外周负极面积之比(绝缘性带面积/最外周负极面积)大于20％且小于80％为特征。

理想的是，上述正极板为烧结式的正极板为特征。

特别是为烧结式的正极板时，因为活性物质进入到芯体中，所以构成芯体的基体部分露出，从而绝缘带很难脱落，能够得到良好的粘合状态。

另外，即使是非烧结式的正极板，在发泡镍等芯体中进入活性物质使芯体露出时，也能够得到良好的粘合状态。

理想的是，上述绝缘带的支撑体为聚丙烯为特征。

理想的是，上述绝缘带的支撑体为聚乙烯为特征。

理想的是，上述绝缘带的粘接剂具有热固性为特征。

另外，本发明的方法是将正极电极板和负极电极板通过隔膜缠绕而形成螺旋状电极的电极体装入于外壳中的电池的制备方法，其特征在于，在上述正极板上贴附绝缘带，并用上述绝缘带缠绕由上述螺旋状电极最外周的负极板所构成的极板群而进行固定。

在该方法中，因为仅在正极板上贴附绝缘带，所以能够进行强劲的固定，且能够容易地制造大电流用的电池。

附图说明

图1表示将绝缘粘接带贴附于正极板的本发明的极板群。

图2为构成本发明的圆筒型碱性电池的螺旋状电极的示意图。

图3为表示本发明圆筒形碱性电池外部容器的图。

图4为本发明的将绝缘粘接带贴附于正极板上的圆筒型碱性电池的截面图。

图5为表示构成以往圆筒型碱性蓄电池的电极群的图。

图6为表示构成以往圆筒型碱性蓄电池的螺旋状电极的示意图。

图7为表示以往圆筒型碱性蓄电池外壳内部的图。

图8为以往圆筒型碱性蓄电池的截面图。

图中，1-正极板，1a-正极卷尾，1b-正极卷尾，2-负极板，2a-负极卷尾，2b-负极卷尾，3-隔膜，4-绝缘粘接带，4a-绝缘粘接带卷尾，4b-绝缘粘接带(贴附负极)，4c-导电性粘接带卷尾，4d-绝缘粘接带(贴附正极)，5-正极集电体，6-负极集电体，7-外壳，8-极板群。

具体实施方式

本发明中使用的绝缘带是，在起模性薄板层最外层和支撑体薄膜层之间形成粘接剂层后的结构物。上述粘接剂可以是，天然橡胶、丙烯酸树脂、乙烯/醋酸乙烯共聚物、聚氨酯、聚酯、硅橡胶、氟橡胶、聚乙烯醇缩丁醛、异丁烯以及它们的混合物或者是构成上述各种粘接剂的各种单体的共聚物。另外，在上述粘接剂中具有热固化性质的粘接剂是理想的。在上述粘接剂中加入例如，增粘剂、粘接调节剂、防老化剂、稳定剂、着色剂等是理想的。另外，理想的是粘接剂具有耐碱性。粘接剂层的厚度可以为3～1000μm，优选的是5～500μm。

作为本发明中所使用的起模性薄板层，只要能够使粘接剂容易剥落的就可以。例如，通常使用聚对苯二甲酸乙二醇酯薄板等塑料薄板类或纸、布以及在塑料薄板上进行脱模剂(硅、蜡、氟等)处理后的构成物。起模性薄板层的厚度为1～500μm，优选的是3～300μm。

支撑体薄膜举例为聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯、聚异丁烯、聚丁二烯、聚乙酸乙烯、聚氯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、尼龙、聚苯乙烯、聚氨酯、聚碳酸酯(PC)、聚乙烯醇(PVA)、乙烯·乙烯醇共聚物、聚碳酸酯、聚缩醛、AS树脂、ABS树脂、密胺树脂、丙烯酸树脂、环氧树脂、聚酯树脂等热塑性塑料等。其中理想的是，聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯、PET、尼龙、聚碳酸酯，更为理想的是耐碱性的材料。

并且，作为上述的支撑体薄膜而使用的塑料薄膜厚度为3～300μm，理想的厚度为5～200μm。

含有紫外线吸收剂、填充剂、热稳定剂、着色剂等的上述塑料薄膜是理想的。并且可以在支撑体薄膜表面进行例如电晕放电处理等表面处理。

另外，在没有粘接剂的支撑体薄膜表面上可以涂上，由聚酯树脂、丙烯酸树脂等组成的真漆涂料或者是在聚酯树脂、丙烯酸树脂等中混合氨基树脂或聚异氰酸酯化合物等固化剂的交联型涂料中，分散氟系树脂或者是分散硅树脂等微粒后的形成低摩擦系数涂膜的涂料以及真漆涂料或交联型涂料或者在上述涂料中混合上述微粒后的涂料中加入硅油、硅树脂、氟树脂、氟油、蜡等添加剂后的形成低摩擦系数涂膜的涂料。

本发明中使用的绝缘粘接带通常是平行于电极板的缠绕方向贴附。起始贴附点在正极板，离正极板端部(正极板的卷尾)5～20mm、更理想的是离5～10mm贴附。

另外，在最外周的负极上缠绕上述绝缘粘接带时，最外周的带面积和最外周负极面积比例(最外周的带面积/最外周负极面积)为20％～80％，理想的是25％～75％。

本发明的蓄电池特别有效于正极板采用烧结式的镍-氢蓄电池等的圆筒型碱性蓄电池，但也可以是锂电池或者是原电池或二次电池。另外，只要是筒形，也可使用于方形蓄电池。

本发明适用的理想电池是镍-氢电池。

下面，详细说明将本发明应用于镍-氢蓄电池的实施例。

1、电极体的制备

镍-氢蓄电池具有镍正极板和氢吸留合金负极板。镍正极板是，由加强金属构成的极板芯体表面上形成镍烧结多孔体之后，利用化学浸渍法，在镍烧结多孔体内填充氢氧化镍为主体的活性物质而制成。另一方面，氢吸留合金负极板是在由加强金属构成的基板芯体表面填充由氢吸留合金构成的糊状负极活性物质，经干燥后，压延至规定厚度而制成。

在上述镍正极板和氢吸留合金负极板之间夹杂隔膜，然后缠绕成螺旋状而制备螺旋状的电极体，将上述绝缘粘接带4的一端张贴于镍正极板1上，然后缠绕螺旋状的电极，在卷尾4c停止缠绕。在上述螺旋状电极群的上端暴露作为镍正极板的极板芯体的加强金属端部，并且在下端暴露作为氢吸留合金负极板的极板芯体的加强金属端部。另外，在上述螺旋状电极群的上端暴露的正极芯体上焊接具有多个开口的圆板状集电体主体部，同时，在下端暴露的负极芯体上焊接具有多个开口的圆板状负极集电极，制成螺旋状的电极。

2、镍-氢蓄电池的制备

图3表示将电极体插入到外部容器，并通过集电导线，与封口体焊接状态的截面的示意图。并且，在外部容器的开口部上封口封口体，然后压封口部。

另外，利用上述集电导线组装镍-氢蓄电池时，首先，将上述电极体装入到铁上镀镍的有底筒状的外部容器(底面的外部是负极外部端子)中，在电极体的中心部上形成的空间中插入焊接电极，将与氢吸留合金负极板焊接的负极集电体点焊于外部容器的内底面上。然后，将集电导线的主体部载置于作为正极集电体集电导线的集电体主体部的直径上，同时点焊集电体主体部和正极。

如上述，焊接集电导线和集电体主体部后，在外部容器上部内周侧插入隔振环，并在外壳容器的外周侧上进行开槽加工，在隔振环的上端部形成环状槽。接着，在外部容器内注入由30质量％的氢氧化钾(KOH)水溶液组成的电解液后，在该外壳容器的开口部上端设置在周围嵌入绝缘垫圈的封口体。这时使封口体的底面接触到集电导线的焊接面上。另外，封口体具备在底面形成圆形状下方突出部的盖体、正极帽(正极外部端子)、由夹杂于上述盖体和正极帽之间的弹簧和阀片构成的阀体，并在阀体中央形成通气孔。

如上述设置封口体之后，在正极帽(正极外部端子)上面设置一端焊接电极，同时在外部容器的底面(负极外部电极)的下面设置另一端焊接电极。然后，边在上述一对焊接电极之间施加2×10⁶N/m²压力，边在上述焊接电极之间，在电池放电方向上施加24V电压，通3KA电流约15msec。通过上述通电处理，封口体底面和集电导线的焊接面突起之间的接触部分焊接，形成焊接部。

接着，将外部容器的开口端缘铆接于内面，封口电池，从而制备了半成品电池。然后，将上述半成品电池设置在一对分型模内，同时，在封口体的上部设置与压力机连接的补片。接着，驱动压力机，使补片下降，通过补片加压封口体的封口部(外部容器的开口端缘)，将封口体压入外部容器内，制成公称容量为6.5Ah的圆筒形镍-氢蓄电池。

作为载持电极活性物质的集电体，只要是在构成的电池中不发生化学反应的电导体就可以。例如正极材料可以使用，不锈钢、镍、铝、钛、焦炭等以及在铝或不锈钢的表面上进行碳、镍、钛或银处理后的材料、负极材料使用不锈钢、镍、铜、钛、铝、焦炭等以及在铜或不锈钢表面进行碳、镍、钛或银处理后的材料以及Al-Cd合金等。也可以使用氧化上述材料表面后的材料作为正、负极。形状可以是薄片之外、薄膜、薄板、网、补片、板条、多孔体、泡沫体、纤维群的成形体等。对于厚度没有特别的限定，可以使用厚度1～500μm的材料。

作为电池隔膜，使用离子透过率高、具有一定机械强度的绝缘性多孔薄膜。由于聚丙烯等烯烃系聚合物或者是由玻璃纤维或聚乙烯等制成的多孔薄板或无纺布具有耐有机溶剂性和疏水性，所以用它们做为隔膜。隔膜的孔径为通常的电池用隔膜孔径范围，例如0.01～10μm范围。隔膜厚度为5～300μm范围。

本发明蓄电池的用途，没有特别的限定，例如可以应用于电子设备中，如彩色笔记本电脑、手写输入电脑、掌上电脑、笔记本型文字处理机、掌上文字处理机、电子书播放器、移动电话、无绳电话子机、BP机、掌上终端、便携式传真机、便携式复印机、便携式打印机、立体声耳机、摄像机、液晶电视机、掌上清洁器、多功能CD、MD、电动剃须刀、电子翻译机、汽车电话、对讲机、电动工具、电子笔记本、台式电子计算器、储蓄卡、录音机、收音机、备份电源、储蓄卡等。其它民用可以举例为汽车、电动车辆、马达、照明器具、玩具、游戏机、电子地图、熨斗、手表、闪光灯、照相机、医疗器械等。另外，也可以和太阳电池组合使用。

实施例

下面，根据实施例，详细说明本发明，但本发明并不限于下述实施例。

实施例1～3

如图1中所示，按照上述蓄电池的制备方法制得的螺旋电极中，将带贴附起点作为正极板的卷尾，在极板群最外周卷绕聚丙烯作为支撑体的绝缘带，使带面积占有的比例达到25％、50％、75％，并由此，将固定电极板群的螺旋状电极装入到外部容器，制备圆筒型碱性电池。在表1中表示了本发明的带贴附位置和其面积比的关系。

表1

表1.本发明的带贴附位置和其面积比

	实施例1	实施例2	实施例3
				带贴附处	正极	正极	正极
带面积比*	25％	50％	75％

另外，表中的(带面积比*)是将上述的(带面积/最外周负极面积)比用％表示的数值。

比较例1～3

在与实施例相同的条件下制备蓄电池，如图5所示，与以往相同，将带贴附处作为负极卷尾，在电极群最外周卷绕带，使带占有的比例为25％、50％、75％，从而固定极板群。在表2中表示了带贴附处和其面积比之间的关系。

表2

表2.本发明的带贴附位置和其面积比

	比较例1	比较例2	比较例3
				带贴附处	负极	负极	负极
带面积比*	25％	50％	75％

6、带剥落现象的发生率

比较在极板群最外周卷绕的带剥落和电极群散开现象的发生率。

7、电池特性实验

(1)内阻的测定

利用交流阻抗法测定将电极群插入到外壳而组装的电池的内阻。

深放电特性的测定

(1)活化

用按照上述方法制得的各实施例的圆筒型碱性电池，在室温(约25℃)下，以650mA的(0.1It)电流值进行8小时充电之后，停止1小时，然后以1300mA的(0.2It)电流值进行放电，使电池电压达到0.8V，反复进行上述充放电循环10次，活化电池。

(2)V-I特性实验

接着，用如上述进行活化的圆筒型碱性电池，在室温(约25℃)下，将以1300mA的(0.2It)电流值放电至电池电压达到0.8V为止的电池，以1300mA的(0.2It)电流值充电3小时。然后，停止1小时，接着以25A的电流值放电30秒，10秒钟后测定电池电压。

接着，充电相当于放电容量的电力，同样，在50A，70A，100A的电流值下放电30秒，测定10秒钟后的每个电池的电压。并求出按上述求得的10秒后的电池电压V-I特性。

表3

表3.本发明电池的评价结果(本发明)

	实施例1	实施例2	实施例3
				带的剥落发生率(％)	0.08	0	0
内阻(mΩ)	3.50	3.58	3.63
				深放电特性0.2It容量比(％)	94	91	88
工作电压(V)	0.940	0.932	0.924

表4

表4.比较用电池的评价结果

	比较例1	比较例2	比较例3
				带的剥落发生率(％)	0.12	0.03	0
内阻(mΩ)	3.50	3.58	3.63
				深放电特性0.2It容量比(％)	94	91	88
工作电压(V)	0.940	0.932	0.924

从表3和表4的结果可以看出，使用在芯体上涂敷Ni料浆烧结，并化学浸渍活性物质后填充的正极板时，绝缘粘接带很难剥落。另外，即使是在泡沫Ni(三维烧结体)上涂敷、干燥Ni料浆和粘结材料，干燥并填充活性物质的没有进行烧结的正极板，在表面上露出发泡Ni时，绝缘粘接带也很难剥落。另一方面，因为负极板具有在芯体上填充了活性物质的结构，所以很难剥落。

根据本发明，通过将绝缘粘接带贴附于从基体很难剥落的正极板的卷尾，与贴附于负极板时的情况相比较，提高电极的固定强度。另外，因为与贴附在负极卷尾时的情况相比，即使用小的贴附面积确保同等的固定强度，所以，降低电池内阻使电池性能提高，能够容易地制造大电流用电池。

Claims (7)

1、一种电池，其在外壳中装入有将正极电极板和负极电极板夹着隔膜缠绕而形成的螺旋状电极体，其特征在于，在正极板上贴附有绝缘带，并通过上述绝缘带缠绕并固定上述螺旋状电极的最外周由负极板所构成的极板群。

2、根据权利要求1所述的电池，其特征在于，上述绝缘带具有耐碱性。

3、根据权利要求1所述的电池，其特征在于，缠绕于上述螺旋状电极体最外周的上述绝缘带的面积和上述螺旋状电极体的最外周负极面积之比，即绝缘带面积/最外周负极面积大于20％且小于80％。

4、根据权利要求1所述的电池，其特征在于，上述正极板为烧结式正极板。

5、根据权利要求1所述的电池，其特征在于，上述绝缘带为粘接性带。

6、根据权利要求1所述的电池，其特征在于，上述绝缘带上附着有粘接剂，其具有热固性。

7、一种电池的制备方法，是将正极电极板和负极电极板通过隔膜缠绕形成螺旋状电极的电极体装入于外壳中的筒形电池的制备方法，其特征在于，在上述正极板上贴附绝缘带，并用上述绝缘带缠绕由该螺旋状电极最外周的负极板所构成的极板群而进行固定。

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