使用糊式薄型电极的电池及其制造方法技术

一种采用糊式薄型电极的电池，正极和／或负极采用在具有三维构造的导电性电极基体上，主要充填或涂敷了活性物质粉末或者是吸收／放出活性物质的物质（以下称为准活性物质）的粉末的糊式薄型电极；在该糊式薄型电极中使用的导电性电极基体具有如下特征：　　　　（ａ）具有耐电解液性的薄膜状的金属板通过在该金属板设置无数个中空的微小凹凸状桥而进行三维化；　　　　（ｂ）该凹凸状桥全体朝与电极面平行的方向歪曲。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
使用糊式薄型电极的电池及其制造方法
本专利技术涉及在低成本化、高率放电特性及循环寿命方面改良了的电池，特别涉及用于二次电池的糊式薄型电极，以及采用此电极的电池。
技术介绍
最近，市场对小型二次电池的要求，对首先是低成本，其次是高能量密度以及大功率等的需要越来越强烈。现在主流的Ni/Cd电池、Ni/MH电池及Li二次电池，在各自的正、负两电极，多采用以低成本、轻量及高能量密度为特征的糊式电极。但是，对糊式电极而言，要同时满足低成本、高能量密度及大功率的各项要求仍存在着困难。在此，在说明具体的糊式电极和采用此电极的电池的情况时，以用于碱性蓄电池的糊式镍正极为焦点，以下选用小型圆筒密闭型镍氢(Ni/MH)电池，作为糊式电极技术及其应用例，作详细说明。一般地，在二次电池的电极，通过充放电，电极的活性物质或者作为吸收/放出活性物质的准活性物质的粉末反复膨胀和收缩，其结果是随着电极全体膨胀，具有充填的活性物质等的粉末随之而脱落的课题。因此，将这些粉末和粘合剂一起涂敷在二维基体上的这种普通类型的糊式电极，在技术上存在着困难。特别是由于用于正极的活性物质缺乏电子传输性以及其粉末间相互也缺乏粘合性，因而将其使用于糊式电极必须做许多的工作。与此相对应，在负极材料方面，一般地，因其含有金属而电子传输性优异，所以若选择了适当的粘合剂，与正极比较，糊式电极化较容易。在此，以Ni/MH电池的正极为重点加以说明。正极的活性物质的主要材料，有镍氧化物(Ni(OH)2)的粉末，有如上所述的缺乏电子传输性并且其粉末间相互也缺乏粘合性的材料。因此，尽管糊电极化存在着困难，但正如不同的专利技术者们所在非特许文-->献(电气化学学会秋季研讨会扩充文摘(Extended Abstract，ECS FallMeeting)“Ni-Fe电池(Ni-Fe Battery)”，(松本功，外2名，1982年，p.18-19))和特许文献(美国特许第4,251,603号)提出的那样，通过使用具有三维扩展的发泡状镍基体或镍纤维基体，使得高密度充填的高能量密度、高可靠性的糊式电极已被实用化(在此，将此总称略称为3DM式)。但是，此3DM式有着，由于使用的基体等的高价格而在作为糊式电极的特征的低成本化方面有困难、另外还有机械强度差、因基体内的孔径大而导致的电极全体的电子传输率低劣之类的技术问题。这里，机械强度差意味着，在涡卷状电极加工时等容易产生破裂、被割开的基体一部分穿破隔膜而成为容易形成微小短路的原因。换言之，隔膜的薄型化必然存在着极限。另外，构造上基体内的孔径大意味着，因充填在孔的中心部的活性物质的反应低下，而不能充分地弥补作为糊式电极本来的弱点的大功率特性。为此，作为低成本且得到机械强度和大功率特性的电极基体的新的开发，提出如以下所示的4种方法，即对目前有难度的二维电极基体的改善或新的基体的提出。并且，为使之适用于大功率用途，力求电极的薄型化。1)在冲孔金属等的开孔芯材上，附着无数个毛状或细管的金属(美国特许第5,840,444号)2)在金属板上，在开多个孔的同时，设置毛刺(美国特许第5,543,250号)。3)金属板加工成波形，进行三维化。根据需要，在波形的凹凸的前端，设置带毛刺的孔，补足立体化(美国特许第5,824,435号)4)在金属箔上，设置中空的且在上端有开口部的凹凸部，进行立体化(特开2002-198055号公报及美国特许申请公开第2002-0025475号)。但是，在1)中，在毛状或细管状的金属纤维与基体的金属板的结合强度不足或因基体本身没有均匀的孔而导致的糊的充填不均匀等特性点之外，还存着成本反而比目前的基体更高的问题。在2)中，因基本的三维化不足，在活性物质粉末等的保持性及充放电性上存在着难-->点。在3)中，尽管这些问题点已得到改善，另外也可期望达成低成本，但仍存在着在加压工序中电极向波形方向伸张而很难保持希望得到的三维基体形状，及其在螺旋状的电极卷绕时或在重复充放电时活性物质容易从基体剥离等的难点。为此，尽管专利技术者已经提出了4)，但此基体有着，在隔膜很薄的情况下基体的突起部有可能是形成微小短路的原因，此外，基体与被涂敷和充填的活性物质粉末之间的电接触不够充分，在大功率特性上有着若干难点。
技术实现思路
本专利技术解决上述的方法4)中的课题，其目的是提供能与目前的优异的烧结式电极或3DM式电极的优点相匹敌的，具有大功率特性(高率发电特性)及可靠性，并且低成本的轻量的电极及其制造方法。为解决上述的课题，本专利技术为一种采用适用于导电性电极基体的糊式薄型电极的电池。此导电性电极基体具有如下特征：(a)具有耐电解液性的薄膜状的金属板通过在该金属板设置中空的、在侧边具有开口部的无数个微小凹凸状桥而三维化；(b)该凹凸状桥全体向与电极面平行的方向歪曲。在上述的(a)的构造中，因代替具有针状突起的凹凸而采用凹凸状桥的构造，可防止针状的突起穿破隔膜生成微小短路。本申请的专利技术是，第一，例如在使用碱性蓄电池用的镍正极特别为薄型的(500μm以下)镍正极及电极组(指一个或多个正极及负极通过隔膜构成一体的状态)的情况下，上述的糊式薄型电极代替以往的烧结基体和发泡状镍多孔基体，例如，镍正极可使用按照在镍金属箔上设置无数个中空的微小的凹凸状桥、使其全体厚度与电极厚度大约同等的方式而立体化的导电性电极基体。这种具有微小的凹凸状桥的导电性电极基体，因在表面上没有成为微小短路的发生原因的突起部，从而改进了可靠性。另外，上述的导电性电极基体可由通过实施了与该凹凸状桥相当的表面加工的辊子之间从而转制该凹凸状桥来制作。这样，通过采用简单的物理加工方法，上述的导电性电极基体，因其制造容易，从而成本远低于现有的电极基体。-->另外，本申请的专利技术是，第二，该凹凸状桥的加工模式是按照使该基体与几乎所有的活性物质粉末等的最短距离在150μm以内的方式，而交替配置该凹凸状桥的凹凸，在使活性物质粉末的充放电反应特别是高率放电反应(大功率特性)改善的同时，还可进一步提高活性物质等的保持性。另外，为改进上述的效果，优选为预先在镍金属箔表面上设置超微细凹凸(高度为几个微米)，使立体加工(厚度为数百微米)后的导电性电极基体与在此基体上充填、涂敷有的活性物质等的粉末的接触点增加另外，本申请的专利技术是，第三，由将以Ni(OH)2为主材料的活性物质粉末等充填涂敷于上述导电性基体后的薄型的镍正极、将以MmNi5系等的储氢金属为主材料的准活性物质粉末等充填涂敷于现有的二维基板或在上述的导电性电极基体后的薄型的储氢合金负极、和隔膜一起构成电极组。再者，在使用此薄型的镍正极和薄型的储氢合金负极的情况下的隔膜因为可采用远比现有薄的、实施过亲水处理的聚烯烃系树脂纤维构成的无纺布而在电池的大功率化与高能量密度化方面优选。另外，本申请的专利技术是，第四，将该电极组插入电解槽，注入碱性电解液后，封口而得到的Ni/MH电池。由此，本专利技术的薄型镍正极(及储氢合金负极)，由于在电极上使用一种仅用机械操作即可进行加工的便宜的导电性电极基体取代以往的昂贵的烧结基板或发泡状镍多孔基体，使低成本成为可能。另外，为使该导电性电极基体的形状如上述的那样，按照作为本专利技术的第二所记载的方法进行操作，可实现大功率特性、可靠性及其由于制造简本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种采用糊式薄型电极的电池，正极和/或负极采用在具有三维构造的导电性电极基体上，主要充填或涂敷了活性物质粉末或者是吸收/放出活性物质的物质(以下称为准活性物质)的粉末的糊式薄型电极；在该糊式薄型电极中使用的导电性电极基体具有如下特征：(a)具有耐电解液性的薄膜状的金属板通过在该金属板设置无数个中空的微小凹凸状桥而进行三维化；(b)该凹凸状桥全体朝与电极面平行的方向歪曲。2.一种采用糊式薄型电极的电池，正极和/或负极采用在具有三维构造的导电性电极基体上，主要充填或涂敷了活性物质粉末或者是吸收/放出活性物质的物质(以下称为准活性物质)的粉末的糊式薄型电极；在该糊式薄型电极中使用的导电性电极基体具有如下特征：(a)具有耐电解液性的薄膜状的金属板通过在该金属板设置中空的、在侧边具有开口部的无数个微小凹凸状桥而进行三维化；(b)该凹凸状桥全体朝与电极面平行的方向歪曲。3.如权利要求1所述的采用糊式薄型电极的电池，其特征在于：所述薄膜状的金属板的厚度为10-40μm，通过凹凸状桥而三维化后的基体的厚度为电极厚度的50％以上，充填或涂敷的多半的活性物质或准活性物质粉末与该导电性电极基体的最接近的距离保持在150μm以下。4.如权利要求1所述的采用糊式薄型电极的电池，其特征在于：所述导电性电极基体使用镍、铁、铜、铝、铅或以它们为主要成分的合金作为构成材料的主要成分。5.如权利要求1所述的任一采用糊式薄型电极的电池，其特征在于：使用镍作为构成材料主要成分的所述导电性电极基体在其表面或表面层的近旁处置有从钴、钙、钛、银、钇，镧，碳，硅和/或它们的氧化物中选出的至少一种。-->6.如权利要求1所述的采用糊式薄型电极的电池，其特征在于：所述糊式薄型电极的电极引线的全体或一部分是将所述的具有三维构造的导电性电极基体延长后的部分。7.如权利要求6所述的采用糊式薄型电极的电池，其特征在于：构成所述电极引线的全体或一部分的基体的厚度比存在于电极内部的基体薄，接近于二维。8.如权利要求1所述的采用糊式薄型电极的电池，其特征在于：电极的表面几乎全被耐电解液性的合成树脂的微小粉末所覆盖，和/或至少在电极的切断面的一边是在该表面或表面附近，处置有耐电解液性的微小粉末状或多孔性膜状的合成树脂。9.一种制造如权利要求1所述的采用糊式薄型电极的电池的方法，通过将以活性物质或者准活性物质的粉末为主的糊充填或涂敷在长尺环状的导电性电极基体上，干燥之后，在压延辊子间实施加压成型，接着切割加工成所需的尺寸，从而得到糊式薄型电极，该制造方法的特征在于：通过利用实施微小的凹凸加工而上下相齿合的模具之间或通过实行过同样加工的辊子之间，施加无数个立体凹凸而三维化，接着按照成为适当的硬度而进行退火，从而得到环状的导电性电极基体。10.一种采用糊式薄型电极的如权利要求1所述的电池的制造方法，其特征在于：作为糊式薄型电极，通过将以活性物质或者准活性物质的粉末为主的混合粉末的糊充填或涂敷在长尺环状的导电性电极基体上、干燥之后，在压延辊子之间进行加压成型，接着切割加工成所需的尺寸，从而得到，其特征在于：将所述的长尺环状的导电性电极基体浸渍在以活性物质或准活性物质为主的糊中的工序是在减压状态下浸渍于该糊和/或从电极基体的表、背开始交替且错开地压入糊。11.一种采用糊式薄型电极的如权利要求1所述的电池的制造方-->法，其特征在于：在预先将整体实行过微小凹凸加工的长尺环状的导电性电极基体的一部分、即在最终阶段在电极引线中使用的部分等进行加压操作而接近于二维状态后，将以活性物质或者准活性物质的粉末为主的糊充填或涂敷于该长尺环状的导电性电极基体、干燥之后，在压延辊子之间进行加压成型，接着切割加工成所需的尺寸而得到糊式薄型电极12.如权利要求11所述的采用糊式薄型电极的电池的制造方法，其特征在于：将所述的、预先对其一部分通过加压操作而加工成接近于二维状态的导电性电极基体部在将向该部充填或涂敷的粉末几乎全部除去之后，此部分或全体被使用在电极引线，或被切断除去，然后加以干燥。13.一种如权利要求1所述的采用糊式薄型电极的电池的制造方法，其特征在于：作为糊式薄型电极，将以活性物质或者准活性物质的粉末为主的混合粉末的糊充填或涂敷于长尺环状的导电性电极基体、干燥之后，在压延辊子之间进行加压成型，接着切断加工成所需的尺寸，在该加工之后，进行将电极全体浸渍在使耐电解液性的合成树脂的微小粉末分散或溶解后的液体中，或向电极表面喷雾该液，和/或用微小粉末状或多孔性薄膜状的树脂薄膜覆盖电极切断部。14.一种采用糊式薄型电极的电池，将在具有三维构造的导电性电极基体上，主要充填或涂敷了活性物质粉末或者准活性物质的粉末的糊式薄型电极用作阳极和/或阴极；在该糊式薄型电极中使用的导电性电极基体具有如下特征：(c)表、背具备无数个超微细凹凸且具有耐电解液性的薄膜状的金属板通过设置中空的无数个微小的凹凸部而得以三维化；(d)按照使充填或涂敷有的多半的活性物质或准活...

【专利技术属性】
技术研发人员：松本功，川野博志，池山正一，青木启祐，
申请(专利权)人：日本无公害电池研究所，
类型：发明
国别省市：