CN1242613A - 电池 - Google Patents
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Abstract
一种电池包括通过隔板层叠由正极板和负极板构成的第1极板和第2极板的电极群、收装该电极群的外装罐和电连接第1极板并对一侧的端子电连接第1极板的集电板。第1极板是对金属多孔体的基片充填活性物质的非烧结式电极,具有露出基片的带状连结部和活性物质充填部。带状连结部焊接电连接集电板的多个部分。第2极板比带状连结部和活性物质充填部的充填边界突出,充填边界通过隔板对向第2极板。该电池可有效防止内部短路等。
Description
本发明涉及一种在电极群焊着集电板，使高效率放电特性提高的电池。
图1示出对电极群的电极连接集电板的分解图。装有该图所示电极群4和集电板6的电池，适合提高高效率放电特性，用大电流放电。如图2的展开图所示极板那样，对一部焊着引线板6A的结构，由于在引线板6A集电并且流过电流，因此难于提高大电流放电特性。图1所示电极群4由于在多部分对集电板6连接极板的上端缘，可均衡电极内的电流分布。
图3的剖视图表示在电极群4的上面连接集电板6的电池。该结构的电池是在一侧极板上以多部分连接集电板6的下面。为了在集电板6上连接一侧的极板，一侧极板比另一侧极板向上方突出。极板的突出部分是将基片9带状突出的带状连结部7。
该结构的电极群4如图4所示，在上面按压集电板6，电阻电焊接连接集电板6。连接集电板6的极板不充填活性物质，或者去除活性物质，设置带状地突出基片9的一部分的带状连结部7，将该带状连结部7连接集电板6。连接集电板6的基片9是发泡镍等的金属多孔体，以便更大面积接触活性物质。
理想状态连接金属多孔体的基片和集电板是非常困难的。实现该技术，被公开在以下公报中。
①特公昭61-61230号公报
②特开昭62-139251号公报
③特开昭63-4562号公报
④特开平2-220365号公报
在①和②公报中，记载了在为基片的发泡镍等上压碎不充填活性物质部分作为高密度带状连结部，将该带状连结部连接集电板的结构。并且，①公报中所记载的电池设置向横向压碎基片的高密度带状连结部。②公报的电池设置向纵向压碎基片的高密度带状连结部。
在③和④的公报中，记载了对不充填活性物质的基片的带状连结部焊接金属薄板，在集电板上连结该部分的结构。
即使以上公报所记载的技术，也不能够在理想状态在集电板上连接基片的带状连结部。特别是为了确实地在集电板上连接带状连结部的多部分，需要用相当压力向带状连结部按压、电阻电焊接集电板。当减弱集电板的按压力时，集电板和带状连结部的连结部分之间的电阻增大，不能正常电焊接。在电阻大的状态，当电阻电焊接集电板和带状连结部时，焊接机由于流过恒定电流，在集电板和带状连结部之间施加的电压增高。当施加高电压时，在集电板和带状连结部之间象电弧放电那样，电阻急剧下降，对焊接部分提供大功率使接触部分瞬时溶解飞散，呈现称为[爆飞]状态。当成为该状态时，集电板和带状连结部不能正常连接。
为避开该缺点，当对带状连结部强按压焊接集电板时，如图5和图6所示，带状连结部7弯曲，成为内部短路的原因。这是由于弯曲的部分顶扎破隔板3，接触其他电极。特别是带状连结部7不连续部分变弱，具有容易在充填边界弯曲的性质。该缺点对带状连结部7焊接层叠金属薄板10，或是即使高密度也不能解除压坏基片。基片9是不连续的边界。特别是对金属多孔体的基片9充填活性物质的非烧结式电极，基板9的强度较弱，当强按压时，容易破损。
并且，将集电板的多部分焊接在带状连结部的电池，用同样的压力按压不能焊接全部的连接部分。设置多个贯通孔，在贯通孔周缘下方设置突起，使该突起接触带状连结部的电焊接集电板，为了正常焊接全部连接部分，需要用相当的压力按压、焊接带状连结部。因此，带状连结部容易使部分强按压弯曲，这也是造成容易内部短路的原因，这在充电板的下面为平面时也同样。
本发明以解决以上缺点为开发目的。本发明的主要目的是提供一种可在更接近理想状态能够连接集电板和带状连结部的电池。
本发明的电池，包括通过隔板3层叠由正极板和负极板组成的第1极板1和第2极板2的电极群4，和收装该电极群4的外装罐5，和电连接第1极板1并将第1极板1电连接一侧端子12上的集电板6。本发明的电池，最好将第1极板1作为正极板，将第2极板2作为负极板。但是，不用说，也可将第1极板作为负极板，将第2极板作为正极板。
第1极板1是在金属多孔体的基片9上充填活性物质的非烧结式电极。第1极板1的基片9具有使基片9露出的带状连结部7和活性物质充填部8。该带状连结部7焊接连接集电板6的多个部分。
上述本发明1的电池是使第2极板2比带状连结部7和活性物质充填部8的充填边界更突出，通过隔板3将第1极板1的充填边界对向第2极板2。将第1极板1的充填边界对向第2极板2的结构，换言之，就是保持在第2极板2间夹着第1极板1的充填边界的结构。在第2极板2之间夹着保持的第1极板1的充填边界，即使对集电板6按压也难于弯曲。因此，对强带状连结部7按压集电板6，焊接时，确实可防止由于充填边界弯曲，扎破隔板3造成的内部短路。
本发明2的电池是以通过隔板3层叠由第1极板1和第2极板2的螺旋形状回卷电极群4的结构作为螺旋形电极。
本发明3的电池是使第1极板1的基片9为金属立体多孔体，金属立体多孔体的基片9是发泡镍和镍纤维多孔体。
本发明4的电池是使第1极板1的基片9为金属立体多孔体，对基片9的带状连结部7层叠金属薄板10，将该金属薄板10焊接集电板6。
本发明5的电池是使第1极板1的基片9为金属立体多孔体，在带状连结部7按压高密度压缩基片9。
本发明6的电池是在带状连结部7的一面或两面敷着保护带13，保护带13防止变形的带状连结部7顶破隔板3，阻止内部短路。
下面简要说明附图
图1是表示装入电池内的电极群的极板上连接集电板状态的分解立体图。
图2是表示焊接引线板的极板一例的俯视图。
图3是以往的电池的一部分剖面主视图。
图4是表示对电极群按压连接集电板状态的放大剖视图。
图5是表示带状连结部与充填边界弯曲引起内部短路的一例的放大剖视图。
图6是表示带状连结部与充填边界弯曲引起内部短路的另一例的放大剖视图。
图7是本发明的一实施例的电池的一部分剖面主视图。
图8是图7所示电池的第1极板的展开图。
图9是图7所示电池的电极群的层叠结构的放大剖视图。
图10是表示第1极板的带状连结部的另一例的剖视图。
图11是表示第1极板的带状连结部的又一例的剖视图。
图12是图7所示电池的集电板的展开图。
图13是图12所示集电板的放大剖视图。
图14是表示第1极板的制造方法的一例的俯视图。
图15是表示本发明的实施例1的电池的第1极板和第2极板的位置关系的剖视图。
图16是表示本发明的实施例2的电池的第1极板和第2极板的位置关系的剖视图。
图17是表示本发明的实施例3的电池的第1极板和第2极板的位置关系的剖视图。
图18是表示本发明的实施例4的电池的第1极板和第2极板的位置关系的剖视图。
图19是表示本发明的实施例5的电池的第1极板的俯视图。
图20是表示比较例1的电池的第1极板和第2极板的位置关系的剖视图。
图21是表示比较例2的电池的第1极板和第2极板的位置关系的剖视图。
下面说明符号
1-第1极板；2-第2极板；3-隔板；4-电极群；5-外装罐；6-集电板；6A-引线板；6B-中心孔；6C-槽；6D-贯通孔；6E-突起；7-带状连结部；8-活性物质充填部；9-基片；10-金属薄板；11-封口板；12-端子；13-保护带。
下面，按照附图，说明本发明的实施例。但是，以下所示的实施例是以将本发明的技术思想具体化的电池为例，本发明不特定以下电池。
并且，本说明书为了容易理解本发明技术对应所示实施例的构件的号码标注在说明书中提及的构件后。但是，本发明所示的构件，决不特定在实施例的构件。
图7所示电池包括用封口板11气密密封的圆筒形的外装罐5和插入该外装罐5的电极群4和将电极群4通过封口板11连接在端子12上的集电板6。图中所示的电池，外装罐5为圆筒状，本发明不特定电池的外装罐5为圆筒状。虽然无图示，但是例如，外装罐也可呈四角筒状或是椭圆筒状。
外装罐5为铁制，表面镀镍。外装罐5的材质，考虑电池的种类和特性，选择最合适的金属。外装罐5也有例如不锈钢、铝、铝合金制造的，金属制的外装罐5用封口板11气密密封上端的开口部。封口板用11铆接外装罐5的结构，或是用激光焊接等方法，气密固定外装罐5和封口板11的边界。封口板11固定电池的一端的端子12。该端子12对外装罐5绝缘固定。
本发明的电池为装有非烧结式电极的电池，如镍氢电池。但是，本发明不特定电池为镍氢电池。例如，也可为镍镉电池、锂离子电池等。下面，作为理想实施例，详述镍氢电池。
电极群4是通过隔板3回卷第1极板1和第2极板2。图示的电池以连接集电板6的第1极板1作为正极板，以第2极板2作为负极板。但是，本发明也可将第1极板作为负极板，将第2极板作为正极板。通过隔板3相互层叠的第1极板1和第2极板2被制成回卷螺旋状的电极群4。螺旋状的电极群4插入圆筒状的外装罐5中。螺旋状的电极群由两侧按压变形为椭圆形，能够插入椭圆形的外装罐5。而且，插入角筒状的外装罐的电极群是通过隔板层叠制作裁断板状的多片第1极板和第2极板。
隔板3使用聚乙烯制的无纺布。但是隔板3也可使用聚乙烯等的合成树脂制微多孔膜。隔板3可绝缘层叠两侧的第1极板1的第2极板2，并且，能够使用可浸透电解液的全部的薄板材料。
第1极板1是对金属多孔体的基片充填活性物质的非烧结式电极。金属多孔体基片使用发泡镍多孔体或镍纤维多孔体等的金属立体多孔体。第1极板1对这些基片充填活性物质。
第1极板1的基片如图8的展开图所示，在基片9的上部设置带状连结部7，其他部分作为充填活性物质的活性物质充填部8。带状连结部7不充填活性物质，或是露出去除充填的活性物质的基片9。带状连结部7由于通过集电板确实电连接，如图9的剖视图所示，固定镍条板等的金属薄板10。金属薄板10通过焊接或是导电性的粘结材料用电连接的状态固定带状连结部7。
带状连结部7不一定要固定金属薄板10。例如，图10和图11所示，在带状连结部7按压露出的基片9，也可连接高密度压缩集电板。图10所示带状连结部7在纵向按压高密度压缩露出的基片9。图11的带状连结部7在横向轻按压高密度压缩露出的基片9。高密度压缩的金属多孔体的基片9不用金属薄板，直接连接集电板。
带状连结部7如图9的剖视图所示，上端缘比第2极板2突出，活性物质充填部8的充填边界位于比第2极板2的上端还下方的位置，换言之，第2极板2的上端比充填边界还突出，通过隔板3将充填边界配置在对向第2极板2的位置。充填边界和第2极板2的上端缘的搭接幅度，如设定约0.8mm。搭接幅度宽时，则虽然用第2极板2可充分保持夹持带状连结部7的两侧，但是，第1极板1的活性物质充填部8的幅度狭小，电池的容量变小。相反，当搭接幅度狭小时，则用第2极板2不能充分保持带状连结部7。因此，搭接幅度考虑保持第2极板2的效果，电池的容量，最好在0.5-1mm的范围设定最适值。
图9的第1极板1在带状连结部7的两面敷着保护带13。保护带13将下端缘延长到充填边界的还下方为止。当对带状连结部7按压焊接集电板时，是为了防止充填边界弯曲顶破隔板3。这里，接有保持带13的电池具有防止内部短路，可确实对带状连结部7连接集电板的特点。特别是如图所示那样，在带状连结部的两面敷着保护带的结构，具有可最有效防止内部短路的特点。保护带也可敷着带状连结部的一面。在带状连结部的一面敷着保护带，敷着在焊接金属薄板的反面，或是敷着焊接金属薄板面上。但是，本发明的电池在不使用保护带的状态也可对集电板连接带状连结部。
集电板6如图7和图12所示那样，将金属板切断成比外装罐5的内形还小的圆板状，使引线板6A突出。该集电板6为了减少电阻电焊时的无效电流，在中心孔6B的两侧设置槽6C。并且，开孔多个贯通孔6D。贯通孔6D如图13的放大剖视图那样，在其周缘设置向下方突出的突起6E，将该突起6E连接第1极板1的带状连结部7。集电极6的引线板6A连接绝缘固定外装罐5的开口部的端子12。
实施例1
用以下工序制作插入镍氢电池外装罐的电极群。
制作第1极板的正极板
(1)用下述工序制作金属多孔体。
将具有连续气泡的聚氨酯泡沫体的海绵状的有机多孔体导电处理后，浸渍在电解槽的电镀液中进行电镀。将电镀过的有机多孔体用750℃的温度规定时间焙烧，除去有机多孔体的树脂成分，再在还原气氛中烧结制作金属多孔体。用该工序制作的金属多孔体，是网眼约600g/m2，多孔度95％厚度约2.0mm的发泡镍。
(2)混合下述原料，作为正极的活性物质浆料。
氢氧化镍粉末：90重量部
(作为共沉淀成分含有2.5wt％的锌和1wt％的钴)。
钴粉末：10重量部
氧化锌粉末：3重量部
羟丙基纤维素0.2重量％水溶液：50重量部
(3)向金属多孔体的空隙充填制作的正极活性物质浆料。充填量调整为压延后的活性物质密度约2.9g/cc-Void。
然后干燥，在进行轧制成厚度约为0.70mm之后，切断成长方形，将纵向的一端通过超声波剥离除去活性物质，如图8所示那样，基片9露出的带状连结部7作为第一极板1。
第1极板1也可用以下工序制造活性物质。如图14所示，在充填活性物质之前，用规定的宽度平行轧制金属多孔体。轧制的宽度为带状连结部7的宽度的2倍约5mm，压制后的厚度约为0.5mm。对这样轧制的金属多孔体的基片9充填压延上述活性物质浆料。然后，在图14的箭头所示位置切断、制作长方形的第1极板1。
然后，沿带状连结部7被薄薄压延的部分喷射压缩空气，或使用刷子等除去活性物质使基片9露出。
(4)用电阻电焊将金属薄板10连接到基片9的露出的带状连结部7。金属薄板10使用厚度为0.1mm幅度为3mm的镍条板。
制作第2极板2的负极板
(1)加氢合金的制作和粉碎
按元素比1.0∶3.4∶0.8∶0.2∶0.6秤量混合铈镧合金(La、Ce、Nd、Pr等稀土类元素的混合物)和镍、钴、铝、锰、将这些装入坩埚用高频熔解炉熔融后冷却，制作下述组成式的加氢合金电极。
Mm.1.0 Ni 3.4 Co0.8 Al0.2 Mn0.6
然后，将得到的加氢合金的铸块，先粗粉碎之后，在惰性气体中粉碎成平均粒径为60μm的颗粒。
(2)加氢合金浆料的制作
在粉碎的加氢合金的粉末中，添加作为粘结剂的聚乙烯氧化物粉末，再添加离子交换水进行混合成浆料。粘结剂聚乙烯氧化物粉末的添加量相对于加氢合金为1.0重量％。
(3)将浆料涂敷在冲孔金属的基片的两面。涂敷量调整为压延后的活性物质密度为5g/cc。然后，在进行干燥、压延之后，切成规定尺寸，成为是第2极板的负极板。在冲孔金属的下缘形成带状连结部那样，残留下缘涂敷浆料。并且，也可在冲孔金属的所有面涂敷了浆料，使其干燥之后，除去下缘的活性物质并设置带状连结部。
将以上工序制作的第1极板1和第2极板2通过聚乙烯制无纺布构成的隔板3，回卷成螺旋状的电极群4。第1极板1和第2极板2如图15所示位置关系那样回卷。
在得到的电极群的上下，电阻电焊连接圆盘状的集电板。用以上工序制作100个电极群，计数接触第1极板和第2极板的内部短路的个数，只有1个电极群内部短路，剩下的99个电极群，没有内部短路。短路部分是带状连结部和活性物质充填部的充填边界，在该部分，第1极板的发泡镍骨架突出，穿通隔板接触到第2极板。
实施例2
除了将第1极板1和第2极板2，如图16所示那样，使金属薄板10的幅度变狭窄，在金属薄板10和充填边界之间形成0.5mm的间隙的位置关系之外，于实施例1同样，作成连接集电板的100个电极群。当计数作成的100个电极群的内部短路个数时，内部短路的电极群只有1个，其余的99个无内部短路。短路部分与实施例1同样。
实施例3
除将第1极板1和第2极板2如图17所示那样，使带状连结部7敷着保护带13之外，与实施例1同样，制成连接集电板的100个电极群。保护带13使用厚度为200μm的聚丙烯制的热熔性粘结带。当计数制成的100个电极群的内部短路个数时，没有内部短路的电极群，证实了由于在充填边界基片骨架的突出，抑制内部短路的效果。
实施例4
如图18所示，除将在带状连结部7中沿压缩纵向1/3那样按压第1极板1的极片9，对基片9露出的带状连结部7不固定金属薄板之外，与实施例1同样，制成连接集电板的100个电极群。该图用虚线表示压缩前的基片9。当计数用该工序制成的100个电极群的内部短路个数时，内部短路的电极群只有1个，其余的99个无内部短路。短路处与实施例1同样。
实施例5
如图19所示，除了在第1极板1的基片露出的带状连结部7通过电阻电焊焊接作为开孔的金属薄板的冲孔金属之外，与实施例1同样，制成连接集电板的100个电极群。当计数用该工序制成的100个电极群的内部短路个数时，没有内部短路的电极群。该实施例，对带状连结部焊着作为开孔的金属薄板的冲孔金属，开孔的金属薄板也可使用膨胀合金代替冲孔金属。
比较例1
如图20所示那样，将第1极板1的基片9的充填边界高处第2极板2的上端0.2mm。换言之，除第2极板2的上端比充填边界低0.2mm之外，与实施例1同样，制成连接集电板的100个电极群。当计数制成的100个电极群的内部短路个数时，内部短路的电极群是25个。短路部分如图5或图6所示，大部分是带状连结部7与第2极板2接触。
比较例2
如图2所示，除在带状连结部7沿纵向1/3压缩那样按压第1极板1的基片9，同样，第2极板2的上端比第1极板1的充填边界低0.2mm之外，与实施例1同样，制成连接集电板的100个电极群。当计数制成的100个电极群的内部短路的个数时，内部短路的电极群时31个。内部短路的状态，与比较例1相同。
本发明具有可在接近理想状态制造高效率放电特性良好的电池。特别是对电极群的带状连结部强按压集电板，确实可焊接集电板和带状连结部，同时，具有非常有效减少第1极板和第2极板的内部短路的特点。这是因为本发明的电池是使向对通过隔板的第1极板配置的第2极板比带状连结部和活性物质充填部的充填边界突出。使第2极板比第1极板的充填边界突出的电池由于用第2极板支持第1极板的充填边界，在按压焊接第1极板的带状连结部时，有效地防止充填边界弯曲造成的内部短路。
并且，本发明4的电池，除使第2极板比第1极板的充填边界突出之外，在第一极板的带状连结部附着金属薄板或冲孔金属等的开孔的金属薄板。这种结构的电池具有可最有效防止内部短路的优良特点。这是因为在通过隔板螺旋状回卷第1极板和第2极板时，在带状连结部和金属薄板为一体螺旋状回卷的同时，按压连接集电板时，金属薄板能有效地防止基片弯曲。而且，如金属薄板使用冲孔金属等的开孔的金属，由于具有充分的柔软性，即使将电极群螺旋状回卷，金属薄板也不断裂，极有效防止内部短路。
Claims (7)
1.一种电池，包括通过隔板(3)层叠由正极板和负极板组成的第1极板(1)和第2极板(2)的电极群(4)，和收装该电极群4的外装罐(5)，和电连接第1极板(1)，并将第1极板(1)电连接一侧端子(12)上的集电板(6)，其特征在于：
第1极板(1)是对金属多孔体的基片(9)充填活性物质的非烧结式电极，具有使基片(9)露出的带状连结部(7)和活性物质充填部(8)，带状连结部(7)焊接电连接集电板(6)的多个部分；
第2极板(2)比带状连结部(7)和活性物质充填部(8)的充填边界更突出，充填边界是通过隔板(3)对向第2极板(2)。
2.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，电极群(4)是通过隔板(3)层叠第1极板(1)和第2极板(2)的螺旋形状回卷的螺旋形电极。
3.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，第1极板(1)的基片(9)是金属立体多孔体。
4.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，第1极板(1)的基片(9)是金属立体多孔体，在金属立体多孔体的基片(9)的带状连结部(7)上，附着金属薄板(10)或是开孔的金属薄板(10)，该金属薄板(10)或是开孔的金属薄板(10)焊接集电板(6)。
5.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，第1极板(1)的基片(9)是金属立体多孔体，金属立体基片(9)在带状连结部(7)被按压，成为高密度压缩基片。
6.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，带状连结部(7)的一面或两面敷着保护带(13)。
7.根据权利要求2所述的电池，其特征在于，电极群(4)以焊接在带状连接部(7)的金属薄板(10)作为内侧回卷。
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