TW541748B - Manufacturing method for sintered substrate of alkaline storage battery - Google Patents

Description

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友、發明說明⑴ [發明背景] [發明領域] 本發明係關於鹼性電池之燒結基板及其製造方法。 [相關技藝] 燒結基板贫用作鹼性電池（包括鎳氫蓄電池）電極之美 板格栅。燒結基板係經由施加鎳粉至由鎳等製成的多孔^ ^並二由燒結漆基板製成。此等多孔基板包括經衝壓之金 屬以及經衝壓之鎳板。經由使用活性材料含浸燒結基板， 2 1 Ϊ ί極。但製造較高能量密度的驗性電池，需要較大 、里的浸潰活性计料，原因在於電池的運作大幅仰賴活性材 料之故。為了達成此項需求，以燒結基板以具有高孔隙 度，且保有足量活性材料於孔隙者較佳。 、 匕種夕孔心"結基板可經由使用帶有較薄厚度或較高孔 隙度=衝壓金屬達成。雖然此等方法有效，但也開發有若 干其它方法。 其它方法之一例為日本專利特開昭S60-654 64號揭示 之技称Τ，J:申悻钍甘上 —八Τ〜…基板係經由施用鎳粉、水及孔隙形成劑 _空仓樹脂粒子）所形成之漿料至經衝壓之金屬而製成。 另例為日本專利特開昭S 6 1 - 1 8 5 6 8 5號所揭示之技術， 中燒結金屬之形成方式，係經由施用水及金屬塗覆孔隙形 成劑粒子之混合物至經衝壓之金屬，然後燒結該衝壓金屬 以及 >昆合物。 &壯第3圖顯示一種電極，其使用基於前一技術所形成的 燒結基板。此處’鎳粒子（第3β圖）及核心（經衝壓之金屬）

541748 五、發明說明（2) 經燒結及黏合而形成鎳架構體（第3A圖）。 構體之鎳粒子中有極小空間，鎳架構體間2 f粒子為鎳架 間’該等空間儀由孔隙形成劑之效應形：有相對較大之空 板。ί4圖圖/戶Γ電極’其使用根據後一技術製造的燒社笑 式所V ，經衝壓之金屬及中空球开^^ 基 共同燒、结而形戍鎳架構體（第4人圖）。^=(_圖） (第4C圖）有相卦鈐 丄入 更螺木構體之鎳殼 在一起。雖铁Ϊ較大孔隙’並由介於其間的若干空間連接 隙及空間係以活性材料填補。 η兄日月但此4孔 此二技術Τ製造具有相對較高的 但燒結基板有強产η擷。拉今斗 I承度之Λο、、、口基板 土很另嫉厪問4。糟刖一技術製 高孔隙度，其係藉孔隙形成劑效雍才k的烷、、口丞板八竿乂 士、知私&丄， 丨糸办成d效應，而於鎳架構體内部形 成?對較大孔。但此種孔隙構造造成脆斷缺失，包括表面 脫洛及裂開。同理，根據第二技術之燒結基板具有由金屬 鍍層孔隙形成劑所產生並具有平均大小的孔隙。但此等燒 結基板不具足夠強度，對於由厚度方向施加的應力特別脆 弱。如此可能造成類似第一技術的問題。無論電池為圓柱 形或矩形皆可能發生此等問題。 .

[發明概要] 本發明之目的在提供一種具有高孔隙度及高強度之鹼 性電池燒結基板之製造方法。 法係 锻於前述問題，本發明之鹼性電池燒結基板之製造方 —種鹼性蓄電池之燒結基板之製造方法，包括··第 步驟 ^ A K. ^ ^ r?小… 合粒子與孔隙形成劑，且將混合物施加至多孔基

313339.ptd 第9頁 541748 五、發明說明（3) 板，其中該等 成劑係、以粒子 成的塗層；以 物。 其中，「 步驟完成時保 隙形成劑包括 常孔隙 徑係大於鎳製 與由鎳製成或 排列於鎳粒子 大。 如^此即可 由鎳製成或主 覆蓋有鎳製成 於第二步驟共 製成本發明之 企匕種鎳架 間的空間相對 置形成的孔隙 板之孑匕隙度得 換言之， 包圍車交大孔隙 強度及厚度 ^ ，由鎳或主要係由鎳製成，以及孔隙形 及第提供’其各自具有鎳製成或主要由鎳製 一步驟’燒結多孔基板及所施加的混合 ==形成劑」一詞表示一種物質，其於第一 :、、、粒子形式，但於第二步驟期間消失。孔 二於燃燒時會消散之樹脂粉末。 劑係以球體粒子形式提供，球體粒子直 =以=的粒子直徑4隙形成劑 門t =衣成粒子混掉，使其幾乎均勻地 、工間，因此其間之部分空間被壓縮與放 ΐ ϋ ΐ ΐ t面上形成含有孔隙形成劑以及 子層，形成劑粒子表面 同換社*錄1成的塗層。當鎳粒子及鎳塗層 同&、、'。％，孔隙形成劑消失 鎳架構體。 KL降、，而 ，體中’⑭子間、錄殼間、鎳粒子盘錄咬 :小。該鎳架構中’於消散的孔隙形成劑： 以增加。 板戶斤形成的燒結基 鎳架構體之構造為鎳粒子包圍鎳殻， 。如此對包圍較大孔隙之鎳架構 = 避免發生變脆缺點。因此即使具 仏 3l3339.ptd

第10頁 541748 五、發明說明（4) 度，本發明之燒結基板仍然保有強度。 t匕較藉使用未塗鎳之孔隙形成劑粒子以及由鎳或主要 由鎳製成的粒子的習知製造方法製造的燒結基板，本發明 之燒結基板具有高強度。同時，相較於根據習知技術僅使 用金屬鍍層孔隙形成劑粒子所製造的燒結基板，本發明之 燒結基板具較高孔隙度。 [較佳具體實施例之說明] 1 - 具體實施例 1〜1 · 驗性蓄電池構造 第1圖為透視圖，顯示藉本發明方法製造之燒結基板 具體實施例之圓柱形鹼性蓄電池（鎳氫蓄電池）之剖面圖。 本具體實施例中，燒結基板用作為正電極1。 驗性蓄電池係由一組電極4以及AA大小的圓柱形外殼6 組成。該組電極4以電解液浸潰，並包覆於圓柱形外殼6内 邛。遠組電極4係經由螺形捲繞正電極j、負電極2及其間 之分隔板3而形成。 /、 1電極2係由鑛鎳乡孔鐵基板（如經衝壓之金屬）製成 Λ吸氮合金之糊f施用至基板。負電極2藉 =極5連接至夕卜设6之内基極面上，夕卜殼6係作為負電極 外殼6之端部開口透過墊圈丨丨而用密封板 扣覆蓋密封板12之中央開口 14。介於密二反㈣ 線圈SUV3間’由底至頂依序設置閥板8、固持板9、及 圈每育1〇。閥板8及固持板9藉由線圈彈簣10之彈性而被 541748 五、發明說明（5) 朝向2央開口 1 4附近壓迫，以作為安全閥 正 1- 電極1藉正集極7以及密封板1 2接合正電極端13 電極1之構造說明如後。 正電極構造 禆由^ ^圖顯示本具體實施例之正電極剖面圖。正電極1 作為少、木構體1 0 0組成’錄架構體1 0 0使用經衝壓之金屬10 丨。表ίί基板格柵’鎳粒子12°及鎳殼110形成於衝壓金屬 衝严=Ϊ壓之金屬10係經由鍍鎳於層板狀鐵心所形成。於 π w I枯丨、0表面上各別地形成貫穿孔101。鎳架構體10 〇係 2 * 、補貫穿孔101，以及以層狀形式覆蓋衝壓金屬10 衣®0 首弈錄3體100顯示本發明製造方法之若干主要特性。 :Ϊ法f Α圖之鎳架構體100係由鎳粒子12〇及錄殼110a共 粒ϋ衣其次，鎳粒子120間、鎳殼11 〇8間、以及鎳 ’、 ，、鎳殼1 1 0 a間有相對較小空間11 〇 c。第三，鎳殼 相對車又大孔隙（於第2 A及2 B圖，此種相對較大孔隙 性=填補)形成，而替代燒結時會消二二、 H舞2，於相對較大孔隙之内壁内侧，黏著錄殼 ll〇a鎳忒係用作為孔隙形成粒子表面塗層。 ，殼H〇a係由形成於孔隙形成粒子表;之鎳塗戶 :鋅結衝壓金屬1〇與所施加的裝料時(該浆曰料又含 孔隙形成劑之混合物）’孔隙形成劑消失而留

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隙形成劑粒子以由燒結步驟期間會消散的材料 係由樹脂）製成較佳。但孔隙形成劑也可由任何材= ，但該材料施加於衝壓金屬時，可利用若干處理 相 較諸由 示僅具 相對車交 粒子包 構體1 0 此即可 因此， 造燒結 高孔隙 燒 方法皆 對較小 鎳粒子 知電極 填補。 對較大儿隙為孔隙形成劑粒子損失後的遺留位 燒結鎳粒子製成的習知鎳架構體，鎳架構體丨0 0 有更大的孔隙度。又鎳架構體100之構成方式係1 大孔隙分別被鎳殼ll〇a包圍，鎳殼11〇a又分別、/ 圍，此等單兀係經熔接。如此對包圍大孔隙的鎳架 〇部件可提供強度及厚度，避免發生脆斷缺失。如 製造具有大孔隙度而其強度不會劣化之燒結基板。 比起由未塗鎳粒子或經鍍金屬之孔隙形成劑粒子製 基板之習知製法，本發明製法可製造具有高強产及 度之燒結基板。 結基板係以活性材料填補。包括浸潰法等任何習用 可用於it匕項目的。此種活性材料置於鎳架構體的相 空間110c以及相對較大孔隙110b (如第“圖所示， 1 20間的小空間實際上係以活性材料填補），俾由習 來觀察時，其所形成的正電極1可以足量活性材料 一燒結鎳粒子1 2 0係包圍且接觸燒結鎳殼丨丨〇，如第2 a圖 所示，相較於僅由鎳殼組成的鎳架構體，正電極i之鎳架" 構體顯示其對於來自正電極1厚度方向之施加應力具有2 度更強。因此當此種正電極以螺形捲繞而嵌合於圓柱形外

313339.ptd 第13頁 541748 五、發明說明（7) f 殼6時，相較於習知正電極，較不 < 能於表面上形成裒< 痕。藉由使用此種燒結基板，可製造具有優異特性的電 池。 2 · 實施例 2 -1 · 製造實施例及比較例 承— 以下說明屬於本發明製造燒結基板之方法之具體實施 例。實施例中，係製備用=製造正電極1之燒結基板以及 略微改性之燒結基板。下文也說明燒結基板之比較例。 以下說明此等實施例及比較例之製造細節。 〈實施例1 > 首先，使平均直徑2微米及表現密度〇· 5 g/cm3之獄基 鎳粉與水及甲基纖維素混合（羰基鎳粉1〇〇%，水100% ’甲 基纖維素2%，以重量計），隨後添加1 〇重量％塗鎳之孔隙形 成劑粒子至混合物。孔隙形成劑粒子為樹脂，由如丙烯腈 及甲基丙烯酸甲酯製成，其表面塗覆以厚1微米至5微米之 鎳層（具體而言，這此粒子係以鎳塗覆）。然後攪拌混合物 以製造漿料。將該漿料施加至衝壓金屬或鍍鎳鐵心表面 上’使其乾*呆並於爐内以800 C至1000 C範圍之溫度燒 結0 於燒結期間，漿料之含樹 狀之錄元件。同時，衝壓金 而形成微小蛛網狀鎳架構體。 施例1之燒結基板。 〈實施例2-A> 脂組成分消失，留下呈鎳殼 屬、鎳殼及鎳极子部分熔化 由於此項處理結果，形成實

541748 五、發明說明----------- 雖然埭开彡a 粒子製成，少儿隙形成劑粒子於實施例1係由實心含樹脂 /介心i以、用於實施例2 — A基板之球形孔隙形成劑粒子為 二的;!：！霞（此等空心球體係以如丁烷及甲烷具有低 > 、補）。中空孔隙形成劑粒子係以8重量％用於實 ΐ尹之、/。故本發明基板可由中空孔隙形成劑粒子製 k 2 k、Q過程早期階段’具有低熔點且填補於中空空間 的煙消失，該烴有助於孔隙形成過程。除了此點外，實施 例2-A之基板與實施例1之基板相同。 〈實施例2〜B> 實施例2-B之基板相同於實施例2 —A之基板，但其使用 1 0重里/。如同實施例2 - A使用的塗鎳中空球形孔隙形成劑粒 子。 〈實施例2-〇 貫施例2 - C之基板如同實施例2 - A之基板，但其使用！ 2 重量％如同實施例2 - A使用的塗鎳中空球形孔隙形成劑粒 子。 〈實施例3> 實施例3之基板如同實施例2 - A之基板，但其使用1 2重 量％含有0. 01%磷之塗鎳中空球形孔隙形成劑粒子。 〈比較例1 -A> t匕較例1 - A之基板如同實施例2 - A之基板，但其使用3 重量％未以鎳塗覆之中空球形孔隙形成劑粒子。 〈比較例1 - B > t匕較例1 - B之基板如同實施例2 - A之基板，但其使用^

313339.ptd 第15頁 541748 、發明說明（9) 重未以鎳塗覆之中空球形孔隙形成劑粒子。 <比較例卜C> 但其使用5 ^ 較例1 C之基板如同實施例2 - A之基板， 里X未以鎳塗覆之中空球形孔隙形成劑粒子 〈比較例2 > %如 _比_較例2之基板如同實施例1之基板，但其使用6 0重量 同貫^施例1使用之塗鎳中空球形孔隙形成劑粒子。 各貫施例及比較例之特徵列舉於表1。 表1 -----— 1 實施例2A至2C 雜例3 例 1A 至 ic 峨例2 孔隙开滅劑粒子 球形且中空 球形且中空 球形且中空 且中空 塗鎳？ 是 1是— —-—. 否 是· 否 否 是 否 否 2~2· 測量試驗 以下測量試驗係針對實施例及比較例之燒結基板進 行。 〈孔隙度之測量〉 燒結基板浸泡於水中1小時。藉含水量測定基板孔隙 度。 ’、 〈強度之測量〉 圖釘狀金屬扁平部分使用黏著劑附著於燒結A板表 面。測量由衝壓金屬取下鎳燒結基板前瞬間::5 (脫t離

541748 五、發明說明（ίο) 力）。該力量表示基板強度。 實驗結果示於表2及3。 表2 實施例 1 -----〜 2A 2B 2C 3 孑L隙度（％) 90 87 89 91 91 強度（牛頓/cm2) 400 425 420 405 420 表3 比較例 1A IB 1C 2 孑L隙度（％) 87 89 91 91 強度（牛頓/ cm2) 160 132 100 205 2 - 3. 討論 ^由表2及表3可知顯然實施例基板之最大強度係高出比 較例基板之最大強度之4倍，而實施例之孔隙度幾乎等於 比較例之孔隙度。如此即顯示本發明頗具顯著功效，其理 由如後。本發明中，在燒結後，孔隙形成劑粒子表面^ 塗層被轉成相對大孔隙之内壁。内壁對環繞孔隙之鎳架構 體部件提供強度及厚度。如此有助於防止脆斷缺失的發 生。 由上述亦可知使用含鎳及小量磷漿料（實施例3 )之基

541748 五、發明說明（11) 板具有比實施例2C更強的強声。 — 的輔助性材料，讓燒結鎳架；^原因，於磷係作為燒結時 料為輔助降低鎳燒結溫度的1更強韌且更厚。輔助性材 磷。但輔助性材料為硼、銦為佳，此輔助性材料包括 此外，由上述實施例亦ίΐ組合之一時更佳。 劑粒子形狀為空心或實心，皆漿料所含孔隙形成 要數量係於實施例使用之數^ 、矣明效果。又，只 孔隙形成劑粒子含量多寡的^ =圍，=不受漿料内之塗鎳 隙形成劑粒子時，則不合損=:^又右辅助性材料含於孔 剷+曰禎害本發明之效果。 浆料所含粒子百分比係小於或大於實施例 —刀值=，粒子之含量組成比亦容易經由調整以及試驗爭 疋，俾確保獲得·本發明之效果。 决 =丽述得知，漿料以具有錄粒子及㈣ 子之比例於60 : 40至97 : 3之範圍較佳。 成^权 足翻ί板設定於85%至92%之範圍較佳’俾可讓基板具 足夠/、性材料保持能力，同時使基板更為強韌。 ，求=便，塗鎳孔隙形成劑粒子具有平均直徑5微米 至7 0微米較佳，鎳粒子具有平均直徑^微米至5微米較佳。 3 · 其它考量 除了鎳氫電池外，本發明也應用至其它鹼性電池， 錄顧）電池。 顯然本發明也可應用至圓柱形電池以外的其它 池（外殻）。 电 最後’雖然前述具體實施例描述本發明用於正電極案

313339.ptd 第18頁 541748 五、發明說明（12) 例，但本發明也可應用至負電極，以及同時應用至二電 極° 雖然已經參照附圖完整舉例說明本發明，但須注意者 為其他多種變化及修改對業界人士顯然易知。因此除非此 等變4匕及修改貧離本發明之範圍，否則需解譯為涵括於本 發明之範圍。

313339.ptd 第19頁 541748 圖式簡單說明 [圖式之簡單說明] 上 述目的及本發 明 其 它之 a 的 優 點及 特 點 可由下文 之說 明 連同附圖而顯 Ό、 白 明。 附 圖 舉 例 說明 本 發 明之特定 具體 實 施例。附圖中 第 1圖為透視圖： ，顯示使用本發明之一實施例之圓柱 形驗 性 蓄電池之剖面 圖 〇 第 2A及2B圖顯示 使 用 本發 明 之 燒 結 基板 之 陽 極構造， 第2A 圖 顯示陽極剖面 圖 第2B 圖 顯 示 鎳 架構 體 之 放大圖。 第 3A及3B圖顯示 使 用 習知 燒 結 基 板 之陽 極 構 造，第3A 圖顯 示 習知陽極之剖 面 圖 ，第 3B 圖 顯 示 鎳架 構 體 之放大 圖； 以 及 第 4A圖至第4C圖 顯 示 使用 另 一 習 知 燒結 基 板 之陽極構 造， 第 4A圖顯示習知 陽 極 之剖 面 圖 ， 第 4B圖 顯 示 鎳殼之放 大圖 〇 [元件符號說明] 1 正電極 2 負 電極 3 分隔板 4 一 組電 極 5 負集極 6 外 殼 7 正集極 8 閥 板 9 固持板 10 線 圈彈 簀 /種 f壓金屬 11 墊圈 12 密 封板 13 正電極端 14 中 央開 π 100 鎳架構體 101 貫 穿孔 110 鎳殼 110 a 鎳 殼

313339.ptd 第20頁 541748 圖式簡單彭t明 1 1 Ob 相對較大孔隙 110c 相對較小空間 120 鎳粒子 11111 313339.ptd 第21頁

Claims (1)

1. 54124^. 1 . 2· 3· 4· 5· 6 · 7· 申請專利範圍 一種鹼性蓄電池之燒結基板之製造方法，包括： 第一步驟，混合粒子與孔隙形成劑，且將混合物 施加至多孔基板，其中該等粒子係由鎳或主要係由鎳 製成，以及孔隙形成劑係以粒子形式提供，其各自具 有鎳製成或主要由鎳製成的塗層；以及 第二步驟，燒結多孔基板及所施加的混合物。 如申請專利範圍第1項之製造方法，其中，該粒子及孔 隙形成劑係以6 0重量％ : 4 0重量％至9 7重量％ : 3重量 % (含）範圍之比例混合。 如申請專利範圍第1或2項之製造方法，其中，該孔隙 形成劑包含具有降低鎳燒結溫度效果的元素。 如申請專利範圍第3項之製造方法，其中，該降低鎳燒 結溫度之元素為至少一種選自磷 群之元素。 如申請專利範圍第1項之製造方法 劑係於第二步驟分解或消失。 如申請專利範圍第2項之製造方法 劑係由可燃性有機材料製成。 一種鹼性蓄電池，具有正電極、分隔板以及負電極以 螺形捲繞，該正電極包括： 多孔基板； 架構體，具有多個孔隙且係由多數粒子組成，並 由該粒子覆蓋基板表面；以及 活性材料， 硼及銦所組成的組 ，其中，該孔隙形成 ，其中，該孔隙形成

   313339.ptd 第22頁 541748 六、申請專利範圍 而該多數粒子係由鎳或主要由鎳製成，其中至少 部分孔隙内面係以鎳製成或主要由鎳製成之塗層覆 蓋。 hi· 313339.ptd 第23頁