专利名称：碱性蓄电池电极和碱性蓄电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于碱性蓄电池的碱性蓄电池电极和使用该碱性蓄电池电极的碱性蓄电池。
背景技术：
近年来，除了诸如便携式电话、PHS和笔记本式电脑的信息装置之外，伴随着电动车的迅速普及，最近开发了一种二次电池，该二次电池具有高附加值、能够减少尺寸和重量并且具有高能量密度。在这种情形下，市场中需要具有更小尺寸和更大容量的电池组。特别地，在碱性蓄电池中，存在如何在有限容量内增加活性材料的体积比的问题。通常，在碱性蓄电池中使用包括涂有活性材料的芯构件的负极板。图19是在相关技术的碱性蓄电池的电极中使用的芯构件的展开图。对于负极的芯构件57，使用冲压金属 (punching metal) 0冲压金属为包括多个圆形贯通孔58的镀镍钢板。在冲压金属的前后表面上布置的活性材料经由贯通孔58连续。贯通孔58沿芯构件57的纵向和宽度方向被布置在芯构件57上以便形成交错配置的图案。通过以下方法制造碱性蓄电池对正极板和使用芯构件57的负极板进行层压，其中在负极板和正极板之间夹入隔板，并且螺旋卷绕层压板；将该卷绕的平板同心地存放在圆筒形壳体中；并且将圆筒形壳体填充氢氧化钾等等的电解液。在镍镉蓄电池的情况下，负极的活性材料包括镉。在镍金属氢化物蓄电池的情况下，负极的活性材料包括吸氢合金。为了增加碱性蓄电池的负极板的活性材料的体积比，对以下方法进行试验对于在已经涂有包含活性材料的涂胶之后用高压压制平板的方法或者对于增加芯构件中的开口率从而减少负极板中的芯构件的比率的方法。但是，过度的压制增加电极的弯曲从而使得加工性能恶化。此外，开口率的过度增加使得电极的强度减少并且由于电子流经的芯构件部的减少还使得电阻增加。为了解决这种问题，已经提出了一种方法，在该方法中，芯构件的每个贯通孔都被形成为实质上矩形形状，并且沿芯构件的纵向、彼此之间以预定间隔直线形设置该贯通孔， 这就提高芯构件的抗张强度，所以对用高压的压制是耐用的，从而提高活性材料的体积比 (参见专利文献1)。在专利文献2中，为了改善电池组的内电阻，在芯构件中形成的实质上矩形贯通孔被配置成贯通孔在芯构件的横向上的尺寸等于或者大于贯通孔在芯构件的纵向上的尺寸。在专利文献3中，实质上矩形贯通孔被直线形布置成与芯构件的纵向平行以便满足 0. 2b彡y彡0. 5b的关系式，其中“b”为贯通孔在芯构件的纵向上的长度并且“y”为在芯构件的纵向上贯通孔之间的间隔。利用该构造，可以提高在对用高压的压制是耐用的结构中的活性材料的体积比并且当螺旋卷绕芯构件时使得由芯构件结构所引起的泄漏缺陷最小化。相关技术文献专利文献
专利文献1 JP-A-2002-343366专利文献2 JP-A-2009-117243专利文献3 JP-A-2008-251199
发明内容
本发明所解决的问题在专利文献1至3所述的相关技术中，实质上矩形的贯通孔被布置成垂直于芯构件的纵向延伸的贯通孔的边的位置在每隔一行或者在相邻(adjunct)行处彼此互相一致。 因此，当电极绕在垂直于芯构件的纵向的方向上放置的卷芯被卷绕时，在具有小曲率的卷芯的附近处，平行于卷芯的每个贯通孔的边的周围，在电极上可能出现诸如破裂或者弯曲的缺陷，这就导致活性材料的脱落的问题。鉴于上述情形得到本发明，并且本发明的目的在于提高电极中的活性材料的体积比并且减小电池组的反应电阻从而获得大功率的电池组，而且在卷绕或者层压电极的时候抑制活性材料的脱落从而获得具有长使用寿命的电池组。解决问题的方法本发明提供一种碱性蓄电池电极，该碱性蓄电池电极包含作为集电器的导电芯构件，其中多个贯通孔被形成在芯构件中以便被成直线形布置成与芯构件的纵向平行，其中每个贯通孔都具有实质上矩形的形状，其中贯通孔被布置成直线形布置的贯通孔的每行处在芯构件的纵向上被移位，并且其中相邻行的贯通孔之间在宽度方向上的位移量小于贯通孔在芯构件的纵向上的尺寸与相邻的贯通孔之间在芯构件的纵向上的间隔的和的一半。本发明还包括碱性蓄电池电极，其中贯通孔的位移量在芯构件的纵向的一个方向上具有位移量。本发明还包括碱性蓄电池电极，其中贯通孔的位移量在芯构件的纵向的两个方向上具有位移量。本发明还包括碱性蓄电池电极，其中贯通孔被布置成，在芯构件的宽度方向上，位移量在沿芯构件的纵向的第一方向上的数量与在沿芯构件的纵向的第二方向上的数量相同。本发明还包括碱性蓄电池电极，其中贯通孔被布置成表示沿芯构件的纵向的位移量的函数在在芯构件的宽度方向上在途中具有拐点。本发明还包括碱性蓄电池电极，其中贯通孔在芯构件的纵向上的位移量为常数， 而不管贯通孔在芯构件的宽度方向上的行的位置。本发明还包括碱性蓄电池电极，其中贯通孔在芯构件的纵向上的位移量取决于贯通孔在芯构件的宽度方向上的行的位置而改变。本发明还包括碱性蓄电池电极，其中满足0.067彡x/(a+b)彡0. 433，其中“a”为贯通孔在芯构件的纵向上的尺寸，“b”为相邻贯的通孔之间的间隔，并且“X”为贯通孔的位移量。本发明还包括碱性蓄电池电极，其中贯通孔的开口率被设置在20%至61%的范围内。本发明还包括碱性蓄电池，该碱性蓄电池包括电极组，在电极组中，负极板和正极板具有夹在这两者之间的隔板并且被圆筒形卷绕；和电解液，其中上述碱性蓄电池电极中的任意一种被用作正极板或者负极板。利用上述构造，可以防止出现电极的破裂或者弯曲并且抑制活性材料在电极的卷绕处的脱落。因此，能够延长电池组的寿命。此外，可以减少碱性蓄电池的反应电阻。因此， 可以增加能量密度。本发明还包括碱性蓄电池，该碱性蓄电池包括电极组，在电极组中，负极板和正极板具有夹在这两者之间的隔板并且被圆筒形层压；和电解液，其中上述碱性蓄电池电极中的任意一种被用作正极板或者负极板。利用上述构造，可以防止出现电极的破裂或者弯曲并且抑制活性材料在电极的层压处的脱落。因此，能够延长电池组的寿命。此外，可以减少碱性蓄电池的反应电阻。因此， 可以增加能量密度。发明的优点根据本发明，对利用高压的压力处理是耐用的芯构件被用于碱性蓄电池的电极， 从而利用该芯构件能够提高活性材料的体积比。此外，由于能够减少碱性蓄电池的反应电阻，所以能够获得具有高能量密度的碱性蓄电池。此外，能够抑制在卷绕或者层压电极时活性材料的脱落，从而能够延长电池组的寿命。
图1是用于根据发明的第一实施例的碱性蓄电池电极的芯构件的展开图。图2是用于根据发明的第二实施例的碱性蓄电池电极的芯构件的展开图。图3是根据该发明的实施例的碱性蓄电池的部分剖面立体图。图4是说明实例和比较例中的芯构件的贯通孔的尺寸的关系的图。图5是显示该发明的实例1的芯构件的贯通孔的布置的图。图6是显示该发明的实例2中的芯构件的贯通孔的布置的图。图7是显示该发明的实例3中的芯构件的贯通孔的布置的图。图8是显示该发明的实例4中的芯构件的贯通孔的布置的图。图9是显示该发明的实例5中的芯构件的贯通孔的布置的图。图10是显示该发明的实例6中的芯构件的贯通孔的布置的图。图11是显示该发明的实例7中的芯构件的贯通孔的布置的图。图12是显示该发明的实例8中的芯构件的贯通孔的布置的图。图13是显示该发明的实例9中的芯构件的贯通孔的布置的图。图14是显示比较例1中的芯构件的贯通孔的布置的图。图15是显示比较例2中的芯构件的贯通孔的布置的图。图16是显示比较例3中的芯构件的贯通孔的布置的图。图17是显示比较例4中的芯构件的贯通孔的布置的图。图18是显示实例1至4和比较例1至4中每一个的内电阻的特性的特征曲线图。图19是用于相关技术的碱性蓄电池电极的芯构件的展开图。
具体实施例
在下文的实施例中，作为根据本发明的碱性蓄电池电极和碱性蓄电池的构造的实例，主要说明电极的芯构件的贯通孔的构造。(第一实施例)图1是用于根据发明的第一实施例的碱性蓄电池电极的芯构件17的展开图。多个实质上矩形贯通孔18被设置在带状的芯构件17中。芯构件17被涂有包含诸如吸氢合金的活性材料的涂胶，从而形成碱性蓄电池电极。在该实施例中，贯通孔18被直线形设置成与芯构件17的纵向平行。每个贯通孔18被形成为实质上矩形形状。贯通孔18的行被布置成在芯构件17的纵向上被顺序移位。在形成芯构件的实质上矩形贯通孔的情况下，与图19中所示的相关技术的实例相类似，贯通孔被通常布置成相邻行沿纵向被设置为交错配置图案。但是，与使用具有每个都具有相关技术的圆形形状的贯通孔的芯构件的碱性蓄电池电极相比，布置为交错配置图案的贯通孔具有碱性蓄电池的反应电阻增加的问题。在将集电器板接合到负极板的端部表面的情况下，这种倾向变得尤其显著。一般地，通过正负极板在其宽度方向上被移动以在螺旋卷绕或者层压正负极板时露出端部表面从而该端部表面用作涂有不是活性材料的芯构件露出部的方法，集电器板被接合到负极板的端部表面，并且集电器平板通过电阻焊接或者激光焊接等等被接合到负极板的端部表面。根据该构造，在充电或者放电时流经负极板的电流被收集到接合到端部表面的集电器板。在这种情况下，尽管在负极板的部分处经由隔板电流被传输到正极板并且从正极板接收电流，但是电子从负极板的表面在厚度方向上移动并且到达芯构件，然后经由芯构件移动到集电器板。即，负极的芯构件中的电流主要在负极板的宽度方向上流动。如上所述的相关技术的实例，在实质上矩形贯通孔被布置为交错配置图案的构造中，在芯构件的宽度方向上的电流的流动被贯通孔妨碍。因此，由于事实上芯构件的电流流动路径变长，所以作为电池组的反应电阻增加。本发明的发明者认真调查研究并且发现在使用具有实质上矩形贯通孔的芯构件的电极的情况下，在曲率变成最小的卷芯的附近，在贯通孔的四边之中与卷芯平行的边的附近的活性材料很可能脱落。上述相关技术的实例具有这样的结构由于垂直于芯构件的纵向的边的位置在每隔一行处一致，所以在通过在垂直于芯构件的纵向的方向上放置的卷芯卷绕电极的情况下，在卷绕时，电极可能被弯曲应力损坏。因此，在每个贯通孔中平行于卷芯的边的外围处可能出现破裂或者断裂，这就可能导致活性材料脱落从而引起泄漏缺陷的问题。为了解决上述问题，在该实例中，贯通孔18的位置在贯通孔18的每一行处、在芯构件17的纵向上被按顺序移位。根据该构造，由于在电极板的宽度方向上的电流没有被妨碍从而电流流动路径变短，所以反应电阻能够等于或者小于使用具有圆形形状贯通孔的芯构件的碱性蓄电池的反应电阻。垂直于芯构件的纵向的贯通孔的边的位置被顺序移位而没有在两行以上处一致，其中该边的位置为在电极板处可能出现破裂或者断裂的部分。因此， 电极具有对于在卷绕时的弯曲应力具有公差的结构。因此，由于能够防止电极板的破裂或者断裂的出现并且能够抑制在卷绕或者层压电极时活性材料的脱落，所以能够延长电池组的寿命。在这种情况下，位移量χ被设置在芯构件17的宽度方向上相邻行的贯通孔18之间。位移量χ小于贯通孔18在芯构件的纵向上的尺寸“a”与在芯构件17的纵向上相邻贯通孔18之间的间隔“b”的和的一半。换句话说，位移量χ被定义成沿纵向直线形设置从而彼此互相平行的相邻行的贯通孔18之间满足(a+b) X (1/2) > X，即，x/(a+b) < 0. 5的关系式。因此，实现这样的构造在贯通孔18的每个直线形行处贯通孔18在芯构件17的纵向上被移位。在第一实施例中，贯通孔18的位移量χ被定义成在芯构件17的纵向的一个方向上具有位移量。即，如图1的实例所示，存在这样的布置位移量被设置在图中的较低的方向上以便在右下方向上倾斜移位贯通孔18。相反，可以存在另一种布置例如，位移量被设置在较高的方向上以便在右上方向上倾斜移位贯通孔18。(第二实施例)图2是用于根据发明的第二实施例的碱性蓄电池电极的芯构件17的展开图。第二实施例显示这样的构造的实例贯通孔18的位移量χ被设置成在芯构件17的纵向上的两个相反方向。在图2的实例中，贯通孔18的位移量被设置成较低的方向以便倾斜移位到右下方向的布置被重复预定次数，然后贯通孔18的位移量被设置成较高的方向以便倾斜移位到右上方向的布置被重复预定次数。在这种情况下，贯通孔18在芯构件17的纵向上的位移量χ的方向被改变成在路线上的相反方向，从而将贯通孔18布置为实质上V形。在贯通孔18被布置成如该实施例中被移位的情况下，由于在卷绕电极时在芯构件17的宽度方向上生成应力，所以电极可能相对于卷芯被倾斜卷绕。结果，可能出现电极的卷绕未对齐。此外，在制造负极板的情况下，当贯通孔18的位移量χ被设置成仅仅一个方向时，在将芯构件17涂有吸氢合金的涂胶然后卷绕的时候，负极板可能偏心地延长并芯构件卷绕被弯曲。因此，根据第二实施例，由于贯通孔18的位移量χ被设置成在芯构件17 的纵向上的两个相反方向，所以能够减少在卷绕时在芯构件17的宽度方向上生成的应力从而能够抑制电极的卷绕未对齐和弯曲。较佳地，以在芯构件17的宽度方向上，沿芯构件17的纵向在第一方向上的位移量的重复数与沿芯构件的纵向在第二方向上的位移量的重复数相同的方式布置贯通孔18的位移量χ。由于位移量χ的重复数被设置成沿芯构件17的纵向在每个相反方向上相同，所以贯通孔18的位移量χ的移位方向在途中被改变成相反方向然后贯通孔的位置返回到原始位置。因此，能够进一步抑制在卷绕电极时的电极的卷绕未对齐和弯曲。贯通孔18的位移量χ的移位方向改变成相反方向的点的数量并不局限于一个而是可以为多个。因此，如贯通孔18的布置，可以使用诸如实质上V形、实质上W形或者这些形状的重复的各种变化例。贯通孔18的位移量χ可以被设置为表示沿芯构件17的纵向的位移量的函数并且该函数可以被设置成在芯构件17的宽度方向上在路线上具有拐点。即，位移量χ = f(n) 的函数f(n)可以被设置成定义在贯通孔18的每行处的位移量。在这种情况下，η为沿芯构件17的纵向设置的贯通孔18的行数，即，从芯构件17的宽度方向上的一端的开口的行数。如实例中的附图所示，在位移量χ固定并且贯通孔直线形移位的布置的情况下，表示位移量的函数变成线性函数。为了将贯通孔的位置返回到原始位置，拐点的数量被较佳地设置成奇数。例如，可以假定二次函数型、V形或者W形折叠型、或者四次函数型等等作为函数。贯通孔18能够通过根据这些函数中的一个设定位移量χ而被设置。根据这种构造，还能够抑制在卷绕电极时的电极的卷绕未对齐。如图所示，第一和第二实施例中每一个都显示贯通孔18的位移量χ为固定值的布置，即，不管贯通孔18在芯构件17的宽度方向上的行的位置，贯通孔18被移位了固定量。 但是，该发明并不局限于该布置。例如，该发明包括诸如二次函数型的布置，在该二次函数型中，取决于贯通孔18在芯构件17的宽度方向上的行的位置位移量χ改变。在这种取决于行位移量χ改变的布置中能够获得类似效果。在该实施例中，贯通孔18在芯构件17中的开口率被设置成20%到61%的范围。 为了提高电极中的活性材料的体积比，较佳地是在能够经得起高压的压制的范围内增加贯通孔18的开口率。由于该问题，开口率的适合范围为20%至61%并且更较佳地为25%至阳％。由作为芯构件17中的贯通孔18的穿孔部的区域来计算该发明中定义的开口率，具体地，通过除去图1中左侧的贯通孔18没有被形成的部分来计算该发明中定义的开口率。图3是根据该发明的实施例的碱性蓄电池的部分剖面立体图。图3显示包含根据上述实施例的芯构件17的碱性蓄电池电极被组成为负极板的碱性蓄电池的构造的实例。 当然，根据该实施例的芯构件17也可以被应用于正极板。在诸如镍金属氢化物蓄电池的碱性蓄电池10中，以具有带状的负极板12和具有带状的正极板13被层压有夹在二者之间的隔板14并且沿它们的纵向被螺旋卷绕的方式形成电极组，并且卷绕的电极组被同心地容纳在圆筒形壳体11中。在电极组中，正负极被卷绕以便以正极板13的端部表面在上部被露出并且负极板12的端部表面在下部被露出的方式在宽度方向上被移位。负极集电器板16通过电阻焊接被接合到负极板12在下部的露出的端部表面。壳体11的一端部表面Ila被封闭。使得接合到负极板12的端部表面的负极集电器板16与封闭端表面的内表面相接触或者焊接到该封闭端表面的内表面。壳体11的另一端部表面被打开。该打开的开口部被密封板15密封。使得密封板15与正极板13的一个侧边部相接触，从而密封板15起到正极侧上的集电器部的作用。壳体11被充满作为电解液的、主要包含氢氧化钾的碱性水溶液。除了利用芯构件17之外，在镍金属氢化物蓄电池的情况下利用吸氢合金作为活性材料，而在镍镉蓄电池的情况下利用镉作为活性材料来配置负极板12。芯构件17由钢板或者镍板等等形成。在使用铁作为芯构件17的情况下，铁的表面较佳地受到镀镍处理以便改善抗腐蚀性。为了防止涂在芯构件17上的涂胶脱落，每个贯通孔18的开口面积被较佳地设置为IOmm2以下芯构件。另外，具有实质上矩形形状的贯通孔18的每个角部可能被切割成圆形或者受到切削处理。正极板13 —般地通过在由诸如起泡沫的镍的三维金属多孔材料形成的芯构件中填充氢氧化镍作为活性材料被配置。在使用芯构件被涂有主要包含镍粉的涂胶、然后被烧结并且此后浸渍有作为活性材料的氢氧化镍的模式(所谓烧结型正极)的情况下，不言而喻，与根据该发明的碱性蓄电池电极相对应的正极板13能够利用与负极板12的芯构件相类似的芯构件17作为芯构件而被配置。尽管隔板14并不局限于特定的一个，只要它可被用作普通碱性蓄电池的隔板，但是较佳白勺是<吏用石黄化聚丙火希无坊布(sulfonated polupropylene nonwoven fabric) 壳体11是由钢板或者镍板等等形成的。在使用铁作为芯构件17的情况下，铁的表面较佳地受到镀镍处理以便改善抗腐蚀性。在下文中，将说明根据发明的碱性蓄电池电极和碱性蓄电池的实例。鍾实例包含下面的表1中所示的实例1至4、下面的表2中所示的实例5至7和下面的表3中所示的实例8至9。还将参照图4至图17以及表4中所示的比较例1至4说明这些实例。图4是用于说明各个实例和比较例中的芯构件的贯通孔的尺寸的关系的图。在这种情况下，贯通孔在芯构件的纵向上的尺寸(纵向上的尺寸)被设置为“a”、相邻贯通孔之间在芯构件的纵向上的间隔(纵向上的间隔)被设置为“b”，贯通孔在芯构件的宽度方向上的尺寸(宽度方向上的尺寸)被设置为“C”，相邻贯通孔之间在芯构件的宽度方向上的间隔 (宽度方向上的间隔)被设置为“d”，并且沿芯构件的纵向相邻行之间贯通孔的位移量被设置为X。此外，沿芯构件的纵向设置的贯通孔的行数(从在芯构件的宽度方向上的一端开始的开口的行数)被设置为η。(表 1)
权利要求
1.一种碱性蓄电池电极，所述碱性蓄电池电极包含作为集电器的导电芯构件，其特征在于，其中多个贯通孔被形成在所述芯构件中以便被成直线形地布置成与所述芯构件的纵向平行，其中每个所述贯通孔都具有实质上矩形的形状，其中所述贯通孔被布置成在成直线形地布置的贯通孔的每行处所述贯通孔在所述芯构件的纵向上被移位，并且其中相邻行的所述贯通孔之间在宽度方向上的位移量小于所述贯通孔在所述芯构件的纵向上的尺寸与相邻的所述贯通孔之间在所述芯构件的纵向上的间隔的和的一半。
2.如权利要求1所述的碱性蓄电池电极，其特征在于，所述贯通孔的所述位移量在所述芯构件的纵向的一个方向上具有位移量。
3.如权利要求1所述的碱性蓄电池电极，其特征在于，所述贯通孔的所述位移量在所述芯构件的纵向的两个方向上具有位移量。
4.如权利要求3所述的碱性蓄电池电极，其特征在于，所述贯通孔被布置成，在所述芯构件的宽度方向上，所述位移量在沿所述芯构件的纵向的第一方向上的数量与在沿所述芯构件的纵向的第二方向上的数量相同。
5.如权利要求3所述的碱性蓄电池电极，其特征在于，所述贯通孔被布置成表示沿所述芯构件的纵向的所述位移量的函数在所述芯构件的宽度方向上在途中具有拐点。
6.如权利要求1所述的碱性蓄电池电极，其特征在于，所述贯通孔在所述芯构件的所述纵向上的所述位移量为常数，而不管所述贯通孔在所述芯构件的所述宽度方向上的所述行的位置。
7.如权利要求1所述的碱性蓄电池电极，其特征在于，所述贯通孔在所述芯构件的所述纵向上的所述位移量取决于所述贯通孔在所述芯构件的所述宽度方向上的所述行的位置而改变。
8.如权利要求1所述的碱性蓄电池电极，其特征在于，满足 0. 067 ^ x/(a+b) ^ 0. 433，其中“a”为所述贯通孔在所述芯构件的所述纵向上的尺寸；“b”为相邻的所述贯通孔之间的间隔；并且“X”为所述贯通孔的所述位移量。
9.如权利要求1所述的碱性蓄电池电极，其特征在于，所述贯通孔的开口率被设置在20 %至61 %的范围内。
10.一种碱性蓄电池，其特征在于，所述碱性蓄电池包含电极组，在所述电极组中，负极板和正极板具有夹在这两者之间的隔板并且被圆筒形地卷绕；和电解液，其中，如权利要求1至9中任意一项所述的碱性蓄电池电极被用作所述正极板或者所述负极板。
11.一种碱性蓄电池，其特征在于，所述碱性蓄电池包含电极组，在所述电极组中，负极板和正极板具有夹在这两者之间的隔板并且被圆筒形地层压；和电解液，其中，如权利要求1至9中任意一项所述的碱性蓄电池电极被用作所述正极板或者所述负极板。
全文摘要
本发明揭示了一种碱性蓄电池电极，其提高电极中活性材料的体积比并且通过减小电池的反应电阻从而得到高输出功率的电池。该电池电极也用于在卷绕或者层压电极的时候抑制活性材料的脱落从而得到具有长使用寿命的电池。该碱性蓄电池电极被构造为，导电芯构件(17)用作集电器，该芯构件(17)具有沿与该芯构件(17)的纵向平行的直线的通常矩形的贯通孔(18)；对于贯通孔(18)的每个直线形列，贯通孔(18)在芯构件(17)的纵向上被移位。这里，被移位的贯通孔18的位移量被定义成在芯构件(17)的宽度方向上贯通孔(18)的列之间的位移量小于贯通孔(18)的尺寸与芯构件(17)的纵向上贯通孔(18)之间的间隔的和的一半。
文档编号H01M4/70GK102473924SQ201180003119
公开日2012年5月23日 申请日期2011年4月8日 优先权日2010年4月9日
发明者今村公洋 申请人:松下电器产业株式会社