电化学元件用电极以及使用该电极的电池制造技术

一种电化学元件用的电极，该电极是通过在由金属板制成的电极基材的表面形成以金属、金属氧化物或金属氢氧化物作为活性物质的电极合剂层而得到，其特征在于， 上述金属板具有在表里交互突出而形成的多个突起， 各突起形成上底（突起部）的面积比下底的面积更狭小的棱台状， 在各突起的上底，使上底侧开口部的形状为多边形，从上底向下底的方向，形成具有冲压出来的大致为角锥状的冲压毛边的孔， 当上述突起的上底的面积为ｃ、上底侧开口部的面积为ｓ、冲压毛边的高为ｈ时，使ｃ＞ｓ≥０．１ｍｍ↑［２］以及０．２≤ｈ／ｄ≤０．９５成立， 压缩前电极基材的总厚度为ｄ，压缩后电极的厚度为ｔ时，将电极压缩成使得０．２≤ｔ／ｄ≤０．９５成立。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种能够用于电池和电容等电化学元件的电极，以及采用了该电极的电池。
技术介绍
在电池和电容等电化学元件中，为实现低成本化的各种研究一直在持续不断。例如，在以镍氧化物之一种的氢氧化镍作为正极的碱性蓄电池中，正广泛采用的是将氢氧化镍与粘合剂和增粘剂等一起分散到水或溶剂中成为膏状，再将其涂敷及填充在发泡镍等的导电性的多孔基材上的非烧结式的镍电极。另外，在采用了上述多孔性基材的非烧结式镍电极中，通常是用聚四氟乙烯(PTFE)作为粘合剂。在电池内，由于镍电极在碱性溶液中被过充电，处于氧气氛围内，所以作为粘合剂使用的必须是不容易被氧化的稳定的化合物，而PTFE则是满足此条件的最合适的物质。在这样的非烧结式镍电极中，在能够使活性物质的氢氧化镍的填充密度增加的同时，还具有电极制造简单容易的优点，而在发泡镍等多孔基材的制作中，通常需要在聚氨酯泡沫上镀上镍等金属，在还原性氛围中烧结，然后再去除聚氨酯泡沫这些工序，因而存在使费用变得很高的问题。对此，提出了使用在金属板的上下附加金属纤维等的基材作为集电体(参照特开平9-265991号)，以及通过压纹加工附加按压力、使设有凹凸部的金属板作为基材(参照特开平10-106580号)等方案。但是，使用上述通过压纹加工附加按压力而设置了凹凸部的基材时，虽然可以降低正极的制备成本，但是在使用PTFE作为粘合剂时，会产生正极合剂容易从基材上脱落的问题。PTFE在受到压力时具有沿线状伸展的性质。因此，在进行按压、切断等工序时，就会产生从正极合剂的基材上滑落的现象，从而容易引起剥离、脱落。另外，在进行电池的充放电时，由于活性物质重复膨胀收缩，正极合剂也容易从基材剥离，从而不仅会增加与基材的接触电阻而使得难以充电，还会增加充电时氧气的产生。其结果是不能得到足够的放电容量，并过早地引起循环劣化。为了解决这样的问题，虽然也对其他的粘合剂进行了种种研究，但到目前为止对得到的良好特性还未能实用化。另外，与现有的多孔基材相比，使用上述基材时还存在其集电性能差，正极的利用率不能提高的问题。再有，由于基材表面需要加工，就会产生在连续涂敷时挂住刮板而使得基材破断，或者不能够均匀地涂敷的问题，以及基材的一部分露出于成型后的电极表面而导致短路的问题。另外，为了避免这样的问题而增大刮板的空隙间距时，会产生因基材的中央不易露出而使两面不能均匀涂敷的问题，以及从基材脱离的活性物质的量增加，使得集电困难而导致利用率降低的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是消除在以金属板作为基材时所产生的上述问题，提供一种以低的成本就能够提高活性物质的利用率并且生产性优良的电极以及备有此类电极的电池。根据本专利技术的第一方面，提供一种用于电化学装置的电极。如上说述，按照本专利技术，能够得到低成本、活性物质的利用率高并且生产性优良的电极。再有，金属板51的突起54和开口部52a的形状并不局限于四边形，也可以是如图9所示的具有三棱台状的突起54和三边形的开口部52a的形状。还可以是五边形和六边形等多边形。在以下的金属板51中也同样如此。另外，本专利技术采用具有上述特定结构的金属板作为电极基材，提供如图3(a)所示的在该基材(集电体)的两面形成以金属、金属氧化物或金属氢氧化物为活性物质的电极合剂层，再如图3(b)所示，将其压缩后的电极的厚度t被压缩到0.08～1.5mm的电极。在本专利技术涉及的电极中，上述金属板51的各突起54，可以形成如图9所示的三棱台状，也可以形成如图1所示的四棱台状。形成四棱台状的制造容易，另外从保持合剂考虑也很合适。如图1和图9所示，上底侧开口部52a的形状优选为正三边形、长方形、正方形其中任意一种容易制造的形状。如图1所示，形成上底开口部52a的多边形的边长优选在0.1mm以上。作为电极合剂层57的结合剂，使苯乙烯丙烯酸系树脂或聚苯乙烯含在电极合剂层中是优选的。如图3(b)所示，上述金属板5 1的冲压毛边55的前端不露出于上述电极合剂层57的表面。如图2以及图3(a)所示，压缩前的基板整体的厚度d优选为在0.085-1.2mm的范围之内。基材整体的重量优选为50～450g/m2之间。另外，本专利技术提供使用这样的电极作为正极或负极的电池。在图8中示例的是使用了上述电极作为正极的电池。特别地，通过使用这种电极作为正极，能够实现循环特性优良的碱性电池。附图说明通过参照附图对以下优选的实施方式将更为清楚地说明本专利技术的上述目的和其他目的以及特征，在本专利技术中用相同的编号表示相似的部件，其中，图1是用于说明实施例1中制作基材时其制作方法和基材结构而使用的概略示意地表示在金属板表里两面所形成的棋盘格子状的突起状放大后的平面图。图2是上述金属板的纵断面图。图3(a)是压缩前的金属板的纵断面图；图3(b)是压缩后的金属板的纵断面图。图4是说明涉及本专利技术的金属多孔体的制造方法的图。图5(a)是压纹滚筒的部分的平面放大图；图5(b)是图5(a)沿A-A线的断面图。图6是一对压纹滚筒的相互面对部分的断面放大图。图7是用于示意实施例1中所制作的基材的凹凸形状，从斜方向拍摄(放大20倍)的基材表面的照片。图8是示意实施例1中所制备的电池(7号(单四形)碱性蓄电池)结构的断面图。图9是本专利技术其他实施方式所涉及的金属板的部分的平面放大图。具体实施例方式本专利技术的电极虽然具有上述的结构，但以下就导致采用这种结构的经过，由这样的结构得到低成本、活性物质的利用率高，并且生产性优良的电极的原因，以及实施本专利技术中所采用的更具体的结构等加以详细说明。本专利技术的专利技术者们发现若不能解决将现有的发泡镍等三维多孔基材变更为加工金属板而成的二维基材时所产生的基材的集电性能低下的问题，就得不到与三维多孔基材同样的特性，因此就有关最适合的基材进行了深入的探讨。另外，还探讨了有关解决正极合剂和基材的粘合强度低下的问题，以及最合适的粘合剂和基材结构的组合。另外，就基材结构来说，采用了充分考虑到了生产性的形状。首先，关于基材结构，在本专利技术中采用了具有如上所述特定结构的金属板作为基材。这样，就能够在提高活性物质利用率的同时，提高含有合剂的膏的填充量和填充性，进而达到集电性能提高的目的。具体来说，首先通过在金属板的前面按最密集排列的方式形成三棱台状或者四棱台状那样的多棱台状突起而使其产生凹凸，能够提高活性物质的利用率，进而达到集电性能提高的目的。通过形成三棱台状、四棱台状等多棱台状的突起的上底(突起部，亦即突起的突起端面)面积比下底面积更小的棱台状，含有合剂的膏(以下，简称为胶)就容易添加进突起部，能够提高涂敷时膏的填充率。通过使相邻的棱台状的突起向表里逆向突起，使基材表里对称，就能够使表里的膏涂敷量均匀，从而可抑制形成电极时的压印工程中电极的翘曲，能够使生产性得以提高。通过使配置在各突起的冲压毛边的孔为多边孔(例如，上底侧开口部为四边形的孔)，使上底侧开口部变宽，能够提高填充量以及填充性。当设上述棱台状的突起的上底的面积为c，多边孔的上底侧开口部的面积为s时，优选其能满足c＞s≥0.1mm2的关系。换句话说，例如，在多边孔为四边孔时，设形成四边孔的上底侧开口部的四条边之中的一边(上端开口部的形状为长方形时的长边)的边长为a，其相邻的边(上端开口部的形状为长方形时的短边)的边长为b(即本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：岸见光浩，福永浩，
申请(专利权)人：日立麦克赛尔株式会社，
类型：发明
国别省市：