专利名称：方形电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及的方形电池是把正极板和负极板层叠起来构成的极板群插入方形的电池外壳并密封起来构成的。
近几年，随着小型便携式器械的增加对可充电电池的需求也增加起来了。特别是伴随着器械的小型·薄型化和空间利用率的提高，出现了对方形可充电电池的急切需求。
方形的可充电电池的构造是在密闭结构的方形电池外壳里收容着极板群。在常用的碱性可充电电池中，极板群的正板板使用氢氧化镍充当活性物质，其负极板使用氢吸藏合金充当活性物质。正极板和负极板被层叠起来，中间隔着绝缘用的隔离物。在极板上点焊着集电接头以进行电气连接。极板群被收容在方形的电池外壳中并密封起来。连接正极板的集电接头被接到正极端子上。
插入了极板群的金属电池外壳，一般是用激光焊接或铆接等方法把金属封口板熔敷在其开口部分，来对其开口部分进行密封的。用激光焊接来对方形电池的开口部分进行密闭封口的方法就象用铆接对开口部分进行密封的电池外壳一样，并不要求开口部分的局部具有特殊的物性。
方形电池装在电子器械上，其空间利用率极高。但是其缺点是，与圆筒电池相比它的体积能量密度较小。例如，圆筒形的镍-氢电池的体积能量密度可以达到大约200～220Wh/l。而方形的镍-氢电池约为170-190Wh/l，比上述的颇低。由于方形电池的空间利用率高，如能改善其体积能量密度，在电池组的状态下就能显著提高体积能量密度。
为提高方形电池的体积能量密度，必须要对由正极板和负极板层叠而成的极板群施以强压，使呈高密度状态而后插入电池外壳。但是，在高密度状态下把正极板和负极板插进电池外壳，方形电池比起圆筒电池要困难得多。其原因是，在插入极板群时活性物质的一部分在电池外壳的开口部分被剥掉，从芯体的表面脱落下来。从芯体脱落下来的活性物质不仅降低了极板群的电气性能，还显著降低了方形电池的成品率。
这是因为在电池外壳的开口部分附着了活性物质，它给封口板的焊接和密封带来了弊端。当用激光把方形电池的封口板周缘与电池外壳的开口部分进行密封焊接时，在进行激光焊接的交界部分即使有极微量的活性物质，也不能把电池外壳和封口板严密地封闭起来。而用铆接对电池外壳进行严密封口的结构，其角落部分的密封原本就极困难，且活性物质很容易附着在这些部位，所以电池外壳的密封就变得非常困难了。由于上述原因，尽管人们要求在高密度的状态下把方形电池的极板群压入电池外壳，但是要把能从芯体上脱落活性物质的极板群压入电池外壳，密度越高就越难。所以，改善方形电池的体积能量密度就是极其困难的。
特别是，在圆筒形电池中是绝对不会出现的下述两个问题使得在方形电池中极难插进高密度的极板群。第1个问题出现在方形外壳的四个角上。在把方形的极板群插入方形外壳时，在方形外壳的四个角上活性物质容易从极板群剥落。特别是要把高密度的极板群无间隙地插入电池外壳时，问题就更严重。这是因为若将极板群的宽度做得与电池外壳的内沿宽度大致相等，插入的时候极板群棱角部分就同电池外壳的四角相磨擦，活性物质变得容易剥落的缘故。特别是把多块正极板、负极板和隔离物层叠起来而成的极板群，很难准确地把它的外形做得与电池外壳的内沿相等。由于层叠时的位置偏差，正极板或负极板的宽度误差等使极板群的外形变得不规则。更难办的是，把封口板焊接在电池外壳上进行密封时在棱角部分本来就容易发生漏气，活性物质一旦附着在这部分就不能用封口板对电池外壳进行密封了。为了避免这个问题可以把正极板和负极板的宽度做窄，但这样极板的实际面积就减小了，于是发生体积能量密度下降的问题。
此外，有的方形电池可以做成这样，例如把负极板弯曲起来做成U字形，中间夹上正极板并层叠起来。这样结构的方形电池由于把两种极板之一做成U字形，整体上能够用少数块极板做到多层重叠，因此具有能高效率大量生产的优点。但是把这样结构的极板群插入电池外壳时，如
图1和图2所示，涂在芯体U形弯曲部分附近表面的活性物质层因与电池外壳的开口部分挤擦而剥落，因此具有容易剥离的缺点。如图1所示，极板的下端被弯成U形的极板群2，当把它的下端插入电池外壳1的开口部分时，涂在芯体7的U形部分附近表面的活性物质8被开口部分剥掉而发生剥离。又如图2所示，于极板群22的侧面部分弯成U形的极板会发生下面的问题在把极板群22放入电池外壳21的中途，涂在芯体27的U形弯曲部分附近表面的活性物质28被剥掉而发生剥离的弊端。
为了防止方形电池所特有的上述问题，开发了如下的技术如图3所示，把极板群32的表面用弯成字形状的金属罩312覆盖起来，再插入电池外壳31(实公平6-4537号公报)。这种构造的方形电池具有下面的特长因使金属罩312在电池外壳31的内表面滑动就可以把金属罩312插入电池外壳31中，所以在插进电池外壳31时能够有效地防止活性物质从极板群32脱落。但是这种构造的电池具有因金属罩312引起的体积能量密度下降的缺点。因为在这种构造的电池的极板群32与电池外壳31之间增设了与发电无关的金属罩312，能够收容在电池外壳31内的极板群32的实际体积减小了。
如上所述，尽管人们迫切希望改善方形电池的体积能量密度，但是在方形电池上极难实现上述改善。特别是在进行低成本大量生产时改善方开电池的体积能量密度公认是更加困难的技术。
由于本发明的第1个目的是实现对方形电池体积能量密度的改善，所以本发明的重要目的是提供这样的方形电池，当把极板群插入电池外壳时能防止活性物质附着在电池外壳的开口部分，并能确实可靠地对电池外壳进行密封。
再有，本发明的另一重要目的是提供这样的方形电池，其结构极其简单，既改善了方形电池的体积能量密度，又能低成本大量生产。
此外，近几年镍-氢电池取代了镍-镉电池得到广泛使用，但是由于满充电时产生的氧气使它的负极板严重恶化。这是因为满充电时在正极板产生的氧气透过隔离物扩散到负极板，给负极板施加有害影响的缘故。
用图4表示镍-氢电池的电极群，并对氧气给负极板施加有害影响的动作原理进行如下说明。
此图的极板群42收容在具有密闭构造的方形密闭电池外壳中。极板群42是由正极板44和负极板43构成的，正极板44使用氢氧化镍充当活性物质，负极板43使用氢吸藏合金充当活性物质48。正极板44与负极板43由绝缘用的隔离物45隔离而被层叠起来。
镍-氢电池是把产生在氢吸藏合金中的可逆氢吸藏放出反应用于电化学作用的电池。图5和图6是表示负极板43和正极板44的充放电反应的模式图。充电的时候如图5所示，由于水的电解作用在负极板43的氢吸藏合金48A的表面生成原子状态的氢，扩散到氢吸藏合金48A的内部被吸藏起来。放电时如图6所示，曾被吸藏起来的氢在氢吸藏合金48A的表面与氢氧离子反应再变回水。即通过氢进行电极反应，氢吸藏合金48A担当氢的贮藏体的作用。
此外，在镍-氢电池中进行充电，首先当极板容量较小的正极板被充满电后，由下述的反应产生出氧气。
由于负极板的极板容量设计得大于正极板，从理论上讲在负极板不产生氢气。在正极板上产生的氧气透过隔离物扩散到负极板，氧化了处于充电状态的氢吸藏合金上的氢，由下述的反应生成水。
下-步，上述反应生成的水因下式的充电反应被消耗掉。
进一步，在正极板生成的氧气因下述的电化学反应也被消耗掉。
如上所述，使正极板产生的氧气在负极板上消耗掉从而做成密闭构造。
具有这种电极群构造的镍-氢电池，是在芯体47的两面涂上作为活性物质48的氢吸藏合金制成负极板43。由于从充满电的正极板产生了氧气，这种构造的镍-氢电池使负极板43恶化。尤其是与正极板44非相对的负极板43，即在图4中用符号A所表示的部分，也就是与电池外壳相对范围的负极板43的恶化更为严重。这个A范围的负极板43，由于与正极板44非相面对，所以充放电时氢的吸藏和放出量少，结果就成了电化学活性度差的领域。即A范围的负极板43，尽管是缺乏反应性的范围却是受到透过了隔离物45的氧气攻击的范围，所以恶化更为严重。这个范围的负极板43的恶化导致电池的内阻增高，致使环充特性下降，还导致高速率放电特性变坏的问题。
此外，与正极板非相对的A范围的负极板，在充放电时由于它是氢吸藏放出反应效率不高的范围，实际上成为不能有效利用的负极板。在外壳的内部出现不能有效利用的范围，导致体积能量密度的降低。而体积能量密度对于电池来说是极其重要的。特别是为了使负极板吸收氧气以实现密闭结构，把镍-氢电池负极板的极板容量设计得大于正极板。所以如果再出现不能有效利用的部分，就相当多地降低体积能量密度。
本发明的第2个目的在于进一步消除这个缺点。本发明的目的在于将负极板整体更有效地用于充放电以改善体积能量密度，还在于改善环充特性及高速率放电特性，并提供能够有效地防止电池恶化的镍-氢电池。
通过下面的详细说明及附图将更充分地表明本发明的上述及进一步的目的和特征。
本发明的方形电池是这样构成的把由正极板和负极板通过隔离物相互层叠而成的极板群，插入底部封闭的方形外装罐，并用封口板把外装罐的开口部进行密封。
再有，方形电池是把芯体表面涂上活性物质而做成的极板作为极板群的最外侧极板，并且使位于极板群两面的最外侧极板有同一极性；而且把最外侧极板与外装罐相邻接的表面作成使芯体露出的芯体露出面。
这种方形电池的电池外壳内表面和极板的芯体做成有导电性的；将芯体压接在电池外壳的内表面就能够进行电气连接。
把最外侧极板弯成U形以使它夹住另外极性的极板并能够层叠起来。这种方形电池，其最外侧极板的U形弯曲部分去除了芯体表面的活性物质并被做成折弯薄层部。把芯体露出面做在最外侧极板面对电池外壳的表面，并使它与折弯薄层部相连接。
这种方形电池，其密闭构造的电池外壳由外装罐和封口板构成；是用激光焊接将封口板焊在方形外装罐的开口部密封起来的。
这种方形电池可以做成镍-氢电池或镍-镉电池等碱性可充电电池。
在镍-氢电池的芯体上附着有包含氢吸藏合金的活性物质。
在镍-氢电池极板群的最外侧设置着用氢吸藏合金作活性物质的负极板。使最外侧负极板的极板容量小于设置在正极板之间的中间负极板的容量。
镍-氢电池的最外侧负极板的容量做成中间负极板的极板容量的30～70％；更令人满意的是做成40-60％；而最佳的是做成45～55％。
最外侧极板的芯体，可以使用实际上没有穿孔的非穿孔金属。所谓实际上没有穿孔的非穿孔金属是这样的金属板，当把层叠起来的极板群插入外装罐时，几乎不发生活性物质透过最外侧极板的芯体而转移到芯体表面的情况。非穿孔金属包括开有微小的穿孔却几乎不使活性物质透过的穿孔金属。
在非穿孔金属的表面通过结合剂附着上活性物质，或者对表面进行凹凸处理后附着上活性物质，或者还可以是对表面进行等离子体处理后附着上活性物质。
还可以用穿孔金属来做芯体。
本发明的方形电池，在把极板群插入电池外壳时把芯体兼用作图3的金属罩312。兼用作金属罩的芯体是非穿孔金属或穿孔金属等能导电的板材，用芯体露出面来做面向电池外壳的面。由于芯体露出面是去除了活性物质的芯体，所以把极板群插入电池外壳时能有效地防止活性物质从极板群脱落的问题。特别是当方形电池外壳内插入方形极板群时能确实地保护极板群的棱角部分，防止活性物质脱落。这是因为极板群的表面不是由另外的金属罩来覆盖，而是用极板的芯体来兼做金属罩的缘故。用另外的金属罩覆盖着的极板群被插入电池外壳，即使金属罩比极板群只小一点，极板群的棱角部分也会从金属罩中突出来，突出部分的活性物质就会脱落。为了防止这个弊端可以把金属罩做大，换句话说就是把极板群做小。但是这样做极板群实际上的体积就减小，于是体积能量密度就降低了。与此相反，本发明的方形电池将层叠极板的芯体兼用作金属罩并将极板群插入电池外壳，所以不会有芯体大于极板的事情。芯体覆盖着极板群最外侧表面的全部，所以在把它插入电池外壳时就有效地防止了活性物质从包括棱角部分在内的各部分脱落下来。
再有，把最外侧极板弯成U形并层叠起来构成的极板群，其最外侧极板与电池外壳相对的面被做成芯体露出面。这样在把上述极板群插入电池外壳时也不会发生极板U形弯曲部分附近的活性物质脱落的情况，即在插入电池外壳时能够防止高密度极板群的活性物质脱落。由于这个缘故，本发明的方形电池就能够改善体积能量密度。
再有，这种方形电池不会发生活性物质污染电池外壳的开口部分的问题，也就没有因污染引起的负极板外装罐接合部的密封性下降的问题，所以就能够用焊接等方法把电池外壳确实可靠地密封起来。因为防止了活性物质从插入电池外壳的极板群脱落，就能够用焊接封口板等方法把电池外壳密封起来。
图1是表示把现有的方形电池极板群插入电池外壳的状态的截面图。
图2是表示把现有的另一方形电池极板群插入电池外壳的状态的立体图。
图3是表示现有的用金属罩覆盖的另一方形电池的极板群插入电池外壳的状态的分解立体图。
图4是表示作为现有的镍-氢电池且作为比较例的方形电池极板群结构的截面图。
图5是表示镍-氢电池充电时的电极反应的概略图。
图6是表示镍-氢电池放电时的电极反应的概略图。
图7是本发明实施例1的方形电池的局部剖面立体图。
图8是表示图7所示方形电池的极板群的截面图。
图9是表示将图7所示正极板插入隔离物的状态的立体图。
图10是表示本发明实施例2的镍-氢电池极板群结构的截面图。
图11是曲线图，表示本发明实施例2镍-氢电池和作为比较例的镍-氢电池的环充特性，和内阻变化。
图12是曲线图，表示本发明实施例2的镍-氢电池和作为比较例的镍-氢电池的放电速率特性。
下面对附号进行说明。1是电池外壳，1A是外装罐，1B是封口板，2是极板群，3是负极板，3A是最外侧负极板，3B是中间负极板，4是正极板，5是隔离物，6是折弯薄层部，7是芯体，8是活性物质，8A是氢吸藏合金，9是芯体露出面，10是集电接头，11是正极端子，12是金属罩。
(实施例1)图7所示的方形电池是在密闭结构的方形电池外壳71里收容着极板群72。电池外壳71，是由插入了极板群72的外装罐71A，和把这个外装罐71A的开口部分密封起来的封口板71B构成的。外装罐71A，由于要将负极板73压接在其内表面以进行电气连接，所以至少其内表面要有导电性。一般来说，具有这种构造的外装罐71A是金属盒。但是，也可以使用在内表面设置了导电层的塑料盒。塑料制的外装罐是熔敷上塑料制的封口板进行密封的。
下面把方形电池做成一种碱性可充电电池-镍-氢电池作为具体例进行详述。但是本发明并不是把方形电池局限于镍-氢碱性可充电电池。本发明的方形电池适用于一切在电池外壳内收藏有芯体表面涂着活性物质的极板群的电池。
图8表示极板群的截面构造。此图的极板群72是由两块负极板73和3块正极板74构成的。负极板73被弯成U形，其中央设置着带状的折弯薄层部76，而U形之间夹着包在隔离物75里的正极板74。折弯薄层部76去除了芯体77两面的活性物质78。从折弯薄层部去除所有附着在芯体77表面的活性物质是最理想的，但是即使多少残存一些活性物质只要能折弯就行。
负极板73，是在芯体77表面涂上作为活性物质78的氢吸藏合金而做成的。芯体77使用穿孔金属和非穿孔金属。非穿孔金属是没有穿孔的薄金属箔。使用非穿孔金属的芯体，在其表面涂上结合剂，或者进行下述预先处理用等离子体处理表面使表面具有活性，或者对表面喷砂使其成为具有微小凹凸的面。这样就能使附着的活性物质难以剥离。结合剂可以使用聚乙烯醇等用合成树脂做的粘合剂。使用聚乙烯醇做结合剂时，把它涂在芯体表面并使它干燥后再在它的上面涂活性物质。
活性物质78，是添加了粘合剂的活性物质以糊膏状涂在芯体77表面并涂有一定的厚度。活性物质糊膏被涂在芯体77表面以后，再使粘合剂硬化。
并不是在负极板73的芯体77的全表面上涂活性物质78。如图所示的负极板73，其最外侧极板面对电池外壳的表面上就不涂活性物质78。最外侧极板仅在与正极板74相对的一个面上涂活性物质78。此外，负极板73被弯成U形的折弯薄层部76，在其芯体77的两面都不涂活性物质78。
把活性物质78涂在局部的时候采用下述方法在芯体77的局部位置涂活性物质78，或者是在芯体77的全表面上涂活性物质糊膏之后，在粘合剂硬化之前用刮板刮去活性物质糊膏，这样来去除芯体露出面79和折弯薄层部76上的活性物质78。
正极板74具有氢氧化镍，如图9所示，集电接头710被焊接在基体材料上。隔离物75为一块长的无纺布，它做成口袋状并将正极板74包在其中。隔离物使正极板74与负极板73之间具有电绝缘。
采用下述方法把上述结构的正极板和负极板组装成极板群，再将极板群装入电池外壳组装成方形电池。
①首先，把负极板73的中央部分的折弯薄层部76弯曲成U形。
②其次，把用隔离物75包着的正极板74夹进弯曲成U形的负极板73之中。
③在夹着正极板74的两组负极板73之间夹进用隔离物75包着的正极板74，组装成具有图8所示构造的极板群72。
④此外，把正极板74的集电接头710焊接在封口板71B的正极端子711上进行电气连接。
⑤把极板群72插入方形封底的方筒状外装罐71A。外装罐71A为金属盒。
把极板群72插进电池外壳71之后，使折弯薄层部与电池外壳71的底面相接触。还有作为极板群72最外侧极板的负极板73，将它的芯体露出面79与电池外壳71的内表面压接进行电气连接。在此状态下，插入电池外壳71中的极板群72被收容在电池外壳71中不发生喀哒喀哒的晃荡。
⑥此后，从电池外壳71的开口部分注入电解液KOH液体，把装有正极端子711的封口板71B插在电池外壳71的开口部分。此后，在封口板71B与电池外壳71开口部分的接合部位照射激光进行焊接，把封口板71B固定在电池外壳71的开口部分进行密封封口。
通过以上的工序就可以得到本发明实施例1的方形电池。为了明确表示本发明的方形电池显示出多么优越的性能，也试制了比较电池。比较电池具有如图4所示的极板群结构。即作为最外侧极板的负极板43，其芯体47的两面都涂了活性物质48。除了改变活性物质48的涂敷状态以外，其他的构造都与上述极板群相同。特别是使涂在芯体47表面的活性物质48的总量也相同。制作方法也与上述实施例1的方形电池相同。
本发明实施例1的方形电池与比较例的方形电池各制作了1000个，并对负极板及电池外壳的焊接部分是否良好进行检查。另外，本发明实施例1的方形电池，负极板73的芯体77使用穿孔金属的，和使用非穿孔金属的电池各制作了1000个。而且，焊接部分是否良好是这样来测定的做成了方形电池之后静置60天，然后用是否有碱性电解液漏出来测定封口部分的不合格率。
负极板的芯体使用穿孔金属的方形电池，其负极板的所有芯体都使用穿孔金属。而负极板的芯体使用非穿孔金属的方形电池，仅是作最外侧极板的负极板才使用非穿孔金属，其他负极板的芯体使用穿孔金属。当然，可以选择负极板的全部芯体都使用非穿孔金属，或者是仅在与最外侧极板相连接的极板芯体使用非穿孔金属，而其他负极板的芯体使用穿孔金属。
本发明实施例1的方形电池，其封口部分的不合格率为0％。而比较例的方形电池，其封口部分的不合格率为1.6％，即1000个电池中有16个电池的封口部分发生了漏液。
如上所述，本发明的方形电池能够极有效地减少其封口部分的不合格率。其原因如下由于用芯体露出部分来做极板群72的最外侧极板与电池外壳71相接的部分，当把极板群72插入电池外壳71时不会发生极板群72的表面与电池外壳71相挤擦而被削去的情况，因此不发生活性物质78的脱落。因此就能够用激光焊接等方法把外装罐71A的开口部分确实可靠地密封起来。
而比较例的方形电池，在把极板群42插入电池外壳41时涂在极板群42表面的活性物质48被剥掉而发生脱落，脱落下来的活性物质48附着在封口板41B与电池外壳41的焊接部分成为杂质中介物。因此它有害于焊接质量，出现了针孔，封口的密封性能下降。
进一步对上述实施例1中试制的本发明方形电池和比较电池的放电速率特性进行比较，发现本发明实施例的方形电池，1C以上的高速率放电特性得到了几％以上的提高。其原因是，本发明方形电池的芯体露出面直接与电池外壳进行电气连接，这样具有优越的集电性能所以能够改善高速率放电特性。而比较例的方形电池，最外侧极板不是由芯体而是通过活性物质与电池外壳相接触，所以集电性能低故高速率放电性能较低。
上述比较例的方形电池和本发明的方形电池，为了明确表示芯体露出面的效果使它们的负极板涂敷活性物质量相同。本发明的方形电池，由于在插入电池外壳时能够有效地防止活性物质脱落，所以在实际制作方形电池的生产工序中可以增加涂在芯体上的活性物质。其原因是，即使多涂了活性物质也可以在用芯体露出面压住极板群的两个表面的状态，换句话说是在用金属罩覆盖的状态插入电池外壳。因此本发明的方形电池具有下述特长可以使用较多的活性物质，把高密度的极板群插入电池外壳，而且可以极度减少由活性物质引起的液体漏出。
在本发明的实施例1中，进一步对负极板芯体使用穿孔金属的方形电池和使用非穿孔金属的方形电池的特性进行比较，发现使用非穿孔金属的方形电池显示出更优越的特性。与使用穿孔金属的负极板相比，使用非穿孔金属的负极板的表面涂敷活性物质更不易脱落，而且可以把负极板的填充密度做得较高。
如下述①～⑤那样试制了使用穿孔金属和非穿孔金属作为芯体的负极板。而且，①～⑤为除去了单面上的活性物质的极板。
①在未做表面处理的穿孔金属上涂了活性物质的负极板②在未做表面处理的非穿孔金属上涂了活性物质的负极板③在非穿孔金属表面上涂上结合剂后再涂上活性物质的负极板④对非穿孔金属表面喷砂处理使其成为凹凸面，在凹凸面上涂了活性物质的负极板⑤对非穿孔金属表面进行等离子体处理，然后在此表面涂上活性物质的负极板如上所述的试制负极板，对其活性物质的脱落通过下述实验进行了测试。在负极板涂有活性物质的面上，用刀具切出10×10mm围棋盘格状的刻痕；然后在此面上贴上胶带，并测定活性物质附着在胶带上被剥离下来的格子数，由此测定出活性物质的脱落率。
下面是①～⑤的负极板活性物质的脱落率。
①的负极板……99％②的负极板……90％③的负极板……75％④的负极板……80％⑤的负极板……80％上述结果明显地表示出在此测定条件下使用非穿孔金属作芯体的负极板，活性物质的脱落较少，活性物质牢固地附着在芯体表面，极板强度较高。特别是在做了表面处理的非穿孔金属表面涂的活性物质更不易脱落，呈现出最好的特性。
此外，负极板使用非穿孔金属作芯体的极板群具有能够在理想状态下插入外装罐的特点。其原因是，在作为最外侧极板芯体露出面的芯体上没有穿孔，故活性物质不会通过芯体的穿孔转移向芯体露出面。由于在芯体露出面上完全不涂活性物质，而且不发生活性物质透过芯体转移到芯体露出面的事情，所以在把极板群插入外装罐时能够极度减少发生活性物质附着在外装罐开口部分的事情。
此外，对以上①～⑤的负极板在一定条件(10t/cm2)下进行压延并测定了此时的填充密度。测定结果如下①的负极板……5.0g/cc
②的负极板……5.2g/cc③的负极板……5.2g/cc④的负极板……5.2g/cc⑤的负极板……5.2g/cc如上所述，与用穿孔金属作芯体的负极板相比较，非穿孔金属负极板的填充密度较高。这是因为活性物质均匀地填充在芯体表面的缘故。因活性物质被填充到穿孔中，人们想象可以把穿孔金属的填充密度做得较高；而实际上在压延状态下很难高密度地把活性物质填充到穿孔。其原因是，进行压延使活性物质平滑地移动，就不能把它压入穿孔。
非穿孔金属由于没有穿孔可以被做得既薄又强。因此，使用非穿孔金属做芯体的负极板可以使用薄的芯体，就能够增加相对于负极板整个体积的活性物质的量。
如上所述，负极板芯体使用非穿孔金属的方形电池能够实现更优越的电池特性。
以上的实施例1用激光焊接把外装罐与封口板焊在一起，进行密封和固定的方形电池为例进行了说明。但是本发明并不是特指用激光焊接，把外装罐和封口板固定在一起并进行密封的构造；电池外壳和封口也可以用其他的焊接方法接合并密封起来，此外还可以用铆接的方法进行密封封口。不用说，使用这些方法也能够期待得到与上述实施例1相同的效果。
(实施例2)制作了与实施例1构造相同的镍-氢电池。这种镍-氢电池内装着如图10所示的截面构造的电极群。
此图中的极板群102被做得与实施例1的极板群72大致相同。
最外侧负极板103A，仅在与正极板104相对的一面上涂了活性物质108。最外侧负极板103A的极板容量做成相当于设置在正极板104之间的中间负极板103B极板容量的一半。
最外侧负极板103A，其理想的极板容量是中间负极板103B的极板容量的一半。最外侧负极板103A的极板容量无论是小于中间负极板103B极板容量的一半，或是相反大于它的一半，都会使它与相对对置正极板104的极板容量之间的平衡变坏。
最外侧负极板103A的极板容量小于一半的时候，负极板103就不能有效地吸收发生在对置正极板104的氧气。相反，最外侧负极板103A的极板容量大于中间负极板103B极板容量的一半时，电化学活性度低的范围就变大了，负极板103就容易恶化。
由于上述原因，最外侧负极板103A的极板容量设置为中间负极板103B极板容量的30～70％的范围；较令人满意的是40～60％的范围；最好是在45～55％的范围，最外侧负极板103A的极板容量设计成小于中间负极板103B的极板容量。但是，负极板整体的极板容量还是设计得大于正极板整体的极板容量。这是因为负极板103要消耗掉满充电以后因过充电而产生的氧气。
将活性物质108涂在芯体107表面的局部时，采用与实施例1相同的方法。
正极板104也是用与实施例1相同的方法制作的。
上述构造的负极板103和正极板104，使用与实施例1的电池相同的方法组装成镍-氢电池。
用以上的工序就可以制成本发明实施例2的镍-氢电池。为了明确表示出此实施例2的镍-氢电池有多么优越的性能，试制了比较电池。比较电池具有如图4所示的极板群构造。即把最外侧负极板43A和中间负极板43B的极板容量做得相同，同时在芯体47的两面涂上活性物质。除了改变活性物质48的涂敷状态以外，其他的构造都与上述极板群102相同。特别是使涂在芯本47表面的活性物质48与涂在107表面的活性物质108的总量也相同。制作方法也与上述实施例2的镍-氢电池相同将在以上的实施例2试制的本发明的镍-氢电池与比较电池的环充特性进行比较，得到了如图11所示的结果。这个环充特性是在充电电流和放电电流为1C时测定的。从此图显然可见，实施例2的镍-氢电池，其环充特性得到了显著改善。特别是在重复了500次充放电之后，实施例2的镍-氢电池实际上可使用的放电容量几乎没有下降。此外，与比较电池相比其内阻的增加也很少，显示了优越的电气特性。但这里所示的内阻是把初期的内阻作为100时的相对值。实施例2的镍-氢电池之所以显示出这样优越的电气特性，是因为使相向而设的负极板103与正极板104之间达到较好的平衡，同时使芯体露出面109直接与电池外壳进行电气连接，从而改善了集电性能。
此外，将实施例2试制的镍-氢电池与比较电池的放电速率特性进行比较，得到了图12所示的结果。从此图显然可见，实施例2的镍-氢电池，其放电速率特性得到了显著改善。最外侧负极板103A上设置了芯体露出面109的镍-氢电池之所以显示出这样优越的电气特性，是因为在最外侧负极板103A与正极板104的极板容量为理想的状态下将二者相对设置，同时把最外侧负极板103A的活性物质108全部布涂在芯体107靠正极板的一侧使它有效地被用来进行充放电，此外还把芯体107直接压接到外装罐上使它在理想的状态下进行电气接触。
实施例2的镍-氢电池，去掉了图10中虚线所示的A范围的负极板103，这样就使得最外侧负极板103A的极板容量小于设置在正极板104之间的中间负极板103B的极板容量。范围A所示的负极板103的部分由于不面对正极板104，成为电化学活性度低的领域，不能有效地进行氢吸藏放出反应。由于电池是在有一定内部容积的外壳里收容正极板104和负极板103，所以去掉了A范围的负极板103的镍-氢电池能够如箭头所示的那样，把A范围的负极板103分配并附加给与正极板104相对而设的部分。
例如，假设在图4的镍-氢电池中最外侧负极板43A和中间负极板43B的极板容量各为6，即总共为12；而图10所示的镍-氢电池由于可以把最外侧负极板103A的A范围负极分散到其他3个领域中去，所以能够使最外侧负极板103A的极板容量为4，中间负极板103B的极板容量为8而保持其总量为12。因此，实际上就增大了进行氢吸藏放出反应的负极板103的极板容量。此外，虽然受到氧气的攻击，但是负极减少了电化学活性低的范围，这样就能够防止电池恶化，特别是能够改善环充特性防止高速率放电时的恶化。
由于本发明可以应用到不离开其实质特征精神的若干具体形式中，所以这里的具体例子是说明性的而不是限制性的。因为本发明的范围是由下附权利要求来规定的而不是由上述说明，所以所有属于权利要求范围内的变化，或权利要求范围的等价物都被认为是包括在权利要求之内。
权利要求
1.一种方形电池，包括(1)密闭构造的电池外壳，它包括底部封闭的方形外装罐，和把这个外装罐的开口部分密封起来的封口板；(2)被插入上述电池外壳的外装罐，且把正极板和负极板由隔离物隔离而交替层叠起来构成的极板群；上述极板群的最外侧极板为在芯体表面涂着活性物质的极板，并为同一种极性，而且把最外侧极板与外装罐相邻接的表面做成使芯体露出的芯体露出面。
2.权利要求1所记载的方形电池，其电池外壳至少是内表面，和极板的芯体具有导电性，而且芯体被压接在电池外壳的内表面上进行电气连接。
3.权利要求1所记载的方形电池，其最外侧极板被弯成U形以使它夹住另外极性的极板，并被层叠起来；U形弯曲部分是去除了芯体表面的活性物质而成的折弯薄层部；用芯体露出面来做最外侧极板面向电池外壳的表面，并使它与上述折弯薄层部相连接。
4.权利要求1所记载的方形电池，其密闭构造的电池外壳是用激光焊接将封口板焊接到方形外装罐的开口部分的。
5.权利要求1所记载的方形电池，其最外侧极板为负极板，最外侧负极板的极板容量小于设置在正极板之间的中间负极板的极板容量。
6.权利要求5所记载的方形电池，其最外侧负极板的极板容量为中间负极板的极板容量的30～70％。
7.权利要求1所记载的方形电池，其方形电池为碱性可充电电池。
8.权利要求1所记载的方形电池，其方形电池为镍-氢电池。
9.权利要求5所记载的方形电池，其方形电池为碱性可充电电池。
10.权利要求1所记载的方形电池，其最外侧极板的芯体是实际上没有穿孔的非穿孔金属。
11.权利要求10所记载的方形电池，它是在非穿孔金属的表面上通过结合剂附着上活性物质而构成的。
12.权利要求10所记载的方形电池，它是在非穿孔金属的表面做了凹凸处理后附着上活性物质而构成的。
13.权利要求10所记载的方形电池，它是在非穿孔金属的表面做了等离子体处理后附着上活性物质而构成的。
14.权利要求1所记载的方形电池，其芯体为穿孔金属。
15.权利要求1所记载的方形电池，为了夹住另外极性的极板其最外侧极板的下端被弯成U形，并成为层叠状态。
16.一种方形电池，包括(1)电池外壳(2)被插入上述电池外壳，且把正极板和负极板由隔离物隔离并层叠起来构成的极板群；在上述极板群的最外侧设置了用氢吸藏合金作活性物质的负极板，最外侧负极板的极板容量小于设置在正极板之间的中间负极板的极板容量，而且最外侧负极板的芯体面向正极板的一面涂有活性物质，而面向电池外壳的一面为芯体露出面。
17.权利要求16所记载的方形电池，其电池外壳至少是内表面，和极板的芯体具有导电性，而且芯体被压接在电池外壳的内表面上进行电气连接。
18.权利要求16所记载的方形电池，其最外侧负极板的极板容量为中间负极板的极板容量的30～70％。
19.权利要求16所记载的方形电池，为了夹住另外极性的极板其最外侧负极板被弯成U形，并被层叠起来；U形弯曲部分是去除了芯体表面的活性物质而成的折弯薄层部；用芯体露出面来做最外侧极板面向电池外壳的表面，并使它与上述折弯薄层部相连接。
全文摘要
一种方形电池,在密闭构造的电池外壳里装着把正极板和负极板由隔离物隔离交替层叠起来构成的极板群。电池外壳是用封口板把底部封闭的方形外装罐的开口部分密封起来的。设置在极板群两面的最外侧极板,是在芯体的表面涂有活性物质的极板。此外,最外侧极板为同一种极性,与外装罐相邻接的表面是使芯体露出的芯体露出面。
文档编号H01M10/34GK1193197SQ9810609
公开日1998年9月16日 申请日期1998年3月10日 优先权日1997年3月12日
发明者浜松太计男, 井上雅雄, 长濑敬, 米谷悟, 大井伸刚, 佐古洋文, 佐藤博, 伊势忠司, 黑田靖 申请人:三洋电机株式会社