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CN102856538A - 负极板、包括该负极板的圆筒形电池 - Google Patents

负极板、包括该负极板的圆筒形电池 Download PDF

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CN102856538A CN201210220054XA CN201210220054A CN102856538A CN 102856538 A CN102856538 A CN 102856538A CN 201210220054X A CN201210220054X A CN 201210220054XA CN 201210220054 A CN201210220054 A CN 201210220054A CN 102856538 A CN102856538 A CN 102856538A
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Abstract

本发明是将电极体(20)收纳在有底圆筒形状的外壳(10)内的圆筒形电池的负极板(22)，所述电极体(20)将正极板(21)和负极板(22)夹着隔板(23)进行层叠，然后卷成涡旋状并使负极板(22)处于外侧，所述负极板(22)包括：第一负极部(22a)，该第一负极部(22a)在构成电极体(20)的状态下双面隔着隔板(23)与正极板(21)相对；以及第二负极部(22b)，该第二负极部(22b)是成为电极体(20)的最内周的部分，在构成电极体(20)的状态下，仅单面隔着隔板(23)与正极板(21)相对，其负极活性物质的密度比第一负极部(22a)要低。

Description

负极板、包括该负极板的圆筒形电池
技术领域
本发明涉及将电极体收纳在有底圆筒形状的外壳内的圆筒形电池、及该圆筒形电池的负极板，上述电极体包含保持正极活性物质的正极板、保持负极活性物质的负极板、以及对正极板和负极板进行分离的隔板，并将正极板和负极板夹着隔板进行层叠，然后卷成涡旋状并使负极板处于外侧。
背景技术
圆筒形的镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池等将电极体收纳在有底圆筒形状的外壳内，上述电极体包含保持正极活性物质的正极板、保持负极活性物质的负极板，以及对正极板和负极板进行分离的隔板，并将正极板和负极板夹着隔板进行层叠，然后卷成涡旋状并使负极板处于外侧。在这样的圆筒形电池中，负极板例如使用将负极活性物质涂布于由冲孔金属等具有导电性的多孔体构成的负极芯体、并对其进行轧制等而制成的负极板。
在这样的圆筒形电池中，作为以高容量化为目的的现有技术，例如公知有以下结构的圆筒形电池：成为电极体的最内周部和最外周部的部分的负极板的厚度是此外的部分的负极板的厚度的一半(参照日本专利特开平06―267583号公报)。此外，例如公知有使用以下负极板的圆筒形电池，该负极板相比在构成电极体的状态下仅单面隔着隔板与正极板相对的单面相对部的活性物质密度，使在构成电极体的状态下双面隔着隔板与正极板相对的双面相对部的活性物质密度降低(参照日本专利特开2004―303484号公报)。此外，例如公知有使正极板的厚度增大、且使负极板的构成电极体的最外周面的部分的厚度减小的结构(参照日本专利第4359099号公报)。
上述的圆筒形电池大致经过以下的工序制造而成。首先，将正极板和负极板夹着隔板进行层叠，然后卷成涡旋状并使负极板处于外侧，从而构成电极体。接下来，将电极体收纳在有底圆筒形状的外壳内，将正极集电板安装在该电极体上。接下来，将电解液从形成于正极集电板中央的孔注入外壳，然后，安装正极引线等，最后，利用成为电池的正极的盖体对外壳进行密闭。
如上所述，由于电解液从形成于正极集电板中央的孔注入，因此，注入电极体的中心部分的空间(在成为电极体的最内周的部分所产生的空间)内。由此，电解液从电极体的中心部分朝向外侧，一边浸透隔板、正极板及负极板，一边逐渐填充外壳。此时，若电解液对电极体的浸透不充分，则无法使整个电极体均匀地活性化，因此，有可能产生循环特性和高速放电特性下降。因此，在制造圆筒形电池时，需要使电解液充分浸透电极体。
然而，例如，如日本专利特开2004―303484号公报记载的电池那样，若位于电极体的最内周的负极板的卷绕起始部分的负极活性物质的密度增高，则电解液相对于电极体的浸透性大幅下降，其结果是，填充所需量的电解液来使电解液充分浸透电极体需要花费大量时间。而且，若填充电解液所需的时间变长，则会因此产生圆筒形电池的制造效率下降这样的问题。
发明内容
本发明是为了解决这样的技术问题而实施的，其目的在于提高圆筒形电池的制造效率。
为了实现上述目的，本发明的负极板是圆筒形电池的负极板，所述圆筒形电池将电极体收纳在有底圆筒形状的外壳内，所述电极体包含保持正极活性物质的正极板、保持负极活性物质的所述负极板，以及对所述正极板和所述负极板进行分离的隔板，并将所述正极板和所述负极板夹着所述隔板进行层叠，然后卷成涡旋状并使所述负极板处于外侧，所述负极板的特征在于，包括：第一负极部，该第一负极部在构成所述电极体的状态下双面隔着所述隔板与所述正极板相对；以及第二负极部，该第二负极部是成为所述电极体的最内周的部分，在构成所述电极体的状态下，仅单面隔着所述隔板与所述正极板相对，其负极活性物质的密度比所述第一负极部要低。
负极板的第二负极部是在构成电极体的状态下仅单面隔着隔板与正极板相对的部分，是成为电极体的最内周的部分。而且，负极板的第二负极部的负极活性物质的密度比第一负极部的要低，因此，电解液的浸透性(浸透速度)相对较高。因此，在圆筒形电池的制造工序中，在将电解液注入电极体的中心部分的空间(在成为电极体的最内周的部分所产生的空间)内时，能提高电解液相对于该电极体的浸透性。由此，在圆筒形电池的制造工序中，能缩短将所需量的电解液填充到外壳内、并使电解液充分浸透电极体所需的时间。
而且，若保持在负极板上的负极活性物质的总量与以往相同，则能填充于外壳的电解液的量当然也不变。这是由于，若以与以往相同的总量来降低第二负极部的负极活性物质密度，则第二负极部的负极活性物质的视在体积增大，因此，外壳的填充电解液的容积减少，而浸透第二负极部的负极活性物质内部的电解液的量相应地增加。即，即使降低第二负极部的负极活性物质密度，也能维持与以往相同的容量，因此，圆筒形电池的容量不会因本发明的负极板而下降。
由此，根据本发明，能得到可提高圆筒形电池的制造效率这样的作用效果。
此外，对于将正极板和负极板夹着隔板进行层叠、然后卷成涡旋状并使负极板处于外侧而构成的电极体，由于成为电极体的最内周的负极板的卷绕起始部分的卷绕直径最小，因此，对该部分作用有最大的负荷。因此，在圆筒形电池的制造工序中，在构成电极体时，最容易在其卷绕起始部分处的负极板上产生负极活性物质的剥离或断裂等。根据本发明，在构成电极体时成为卷绕起始部分的负极板的第二负极部的负极活性物质密度相对较低，因此，能提高柔软性。由此，在圆筒形电池的制造工序中，在构成电极体时，能降低在其卷绕起始部分处的负极板上产生负极活性物质的剥离或断裂等的可能性。
此外，本发明所涉及的负极板的特征在于，进一步使所述第二负极部的负极活性物质的密度超过所述第一负极部的负极活性物质的密度的0％、且为75％以下。
根据这样的特征，能进一步提高负极板的第二负极部(成为电极体的最内周的部分)中的电解液的浸透性，因此，在圆筒形电池的制造工序中，能进一步缩短将所需量的电解液填充到外壳内、并使电解液充分浸透电极体所需的时间。
此外，本发明所涉及的负极板的特征在于，进一步使所述第二负极部的厚度比所述第一负极部的厚度要小。
根据这样的特征，能提高电极体的体积效率，因此，能实现更高容量的圆筒形电池。
本发明的圆筒形电池包括：电极体，该电极体包含保持正极活性物质的正极板、保持负极活性物质的负极板，以及对所述正极板和所述负极板进行分离的隔板，并将所述正极板和所述负极板夹着所述隔板进行层叠，然后卷成涡旋状并使所述负极板处于外侧；以及外壳，该外壳呈有底圆筒形状，用于收纳所述电极体，所述圆筒形电池的特征在于，所述负极板包含：第一负极部，该第一负极部在构成所述电极体的状态下双面隔着所述隔板与所述正极板相对；以及第二负极部，该第二负极部是成为所述电极体的最内周的部分，在构成所述电极体的状态下，仅单面隔着所述隔板与所述正极板相对，其负极活性物质的密度比所述第一负极部要低。
附图说明
通过下述的详细说明以及仅由图面方式给出的附图将会更全面地理解本发明，因而上述说明和附图并非对本发明的限定，其中：
图1是图示镍氢充电电池的纵向剖面的立体图。
图2是表示镍氢充电电池中的正极板与正极集电板之间、以及负极板与负极集电板之间的连结部的剖视图。
图3是图1的I―I线上的镍氢充电电池的横向剖视图。
图4是负极板的主视剖视图。
图5是示意图示负极板的制造工序的俯视图。
图6A是图5的负极板材的II―II线上的剖视图。
图6B是图5的负极板材的III―III线上的剖视图。
图7是图示本发明所涉及的负极板的变形例的主视剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
＜镍氢充电电池的结构＞
参照图1～图3对镍氢充电电池1的结构进行说明。
图1是图示镍氢充电电池1的纵向剖面的立体图。图2是图示镍氢充电电池1的横向剖面的俯视图。图3是图1的I―I线上的镍氢充电电池1的横向剖视图。
作为“圆筒形电池”的一个示例的圆筒型镍氢充电电池1包括外壳10、电极体20、及盖结构体30。外壳10是一端开口的有底圆筒形状的构件，并具有导电性。电极体20通过将正极板21和负极板22夹着隔板23进行层叠，然后卷成涡旋状并使负极板22处于外侧，而构成为近似圆筒状。盖结构体30是对外壳10的开口部进行封闭的结构体。将电极体20收纳在外壳10内，进一步填充碱性电解液(未图示)，利用盖结构体30封闭外壳10的开口，从而构成镍氢充电电池1。
正极板21是非烧结式镍极，由正极芯体(未图示)和保持于正极芯体的正极合剂所构成。正极芯体由具有耐碱性的金属材料所构成。作为具有耐碱性的金属材料，例如可以使用镍。正极合剂由正极活性物质粒子、用于改善正极板的特性的各种添加剂粒子、以及用于将这些正极活性物质粒子及添加剂粒子的混合粒子粘接在正极芯体上的粘接剂所构成。
正极活性物质粒子是氢氧化镍粒子。氢氧化镍粒子也可以是镍的平均价数大于2的高次氢氧化镍粒子。此外，氢氧化镍粒子可以由钴、锌、镉等固溶而成，或表面也可以被钴化合物所被覆。添加剂除了氧化钇以外，可以使用氧化钴、金属钴、氢氧化钴等钴化合物；金属锌、氧化锌、氢氧化锌等锌化合物；以及氧化铒等稀土类化合物等。粘接剂可以使用亲水性或疏水性的聚合物等。更具体而言，粘接剂可以使用从羟丙基纤维素(HPC)、羧甲基纤维素(CMC)、聚丙烯酸钠(SPA)中选择的一种以上。对于粘接剂，例如针对100质量份的正极活性物质粒子，使用0.1质量份以上、0.5质量份以下的粘接剂即可。
负极板22通过使负极合剂保持在呈带状的导电性负极芯体(未图示)上而形成。负极芯体由具有多个通孔的片状金属材构成，例如，可以使用冲孔金属、金属粉末烧结体基板、多孔金属网、镍网等。尤其是冲孔金属、将金属粉末成型后进行烧结而成的金属粉末烧结体基板，对负极芯体较为适用。
作为“负极活性物质”的负极合剂由能吸藏及放出氢的氢吸藏合金粒子和粘接剂所构成。氢吸藏合金粒子只要在电池充电时吸藏在碱性电解液中以电化学方式所产生的氢，且在放电时能容易地放出它的吸藏氢即可。对于这样的氢吸藏合金没有特别的限定，例如可以使用LaNi5或MmNi5(Mm为混合稀土合金)等的AB5类的材料。此外，负极合剂例如可以使用镉化合物来取代氢吸藏合金。粘接剂例如可以使用亲水性或疏水性的聚合物等。
对于隔板23，例如能将对聚酰胺纤维制无纺布、聚乙烯或聚丙烯等聚烯烃纤维制无纺布附加了亲水性官能团的材料用作隔板23的材料。
盖结构体30包含盖板31、绝缘密封垫片32、阀芯33、正极端子34、压缩螺旋弹簧35、正极引线36、及正极集电板37。盖板31呈近似圆形，在中央设有阀孔311。在夹装有绝缘密封垫片32的状态下，对外壳10的开口边缘进行铆接加工，从而将盖板31固定在外壳10上。阀芯33是由橡胶与金属板贴合而成的构件，设置在盖板31的外表面上以封闭阀孔311。正极端子34呈带凸缘的圆筒形状，以覆盖阀芯33的方式进行固定。压缩螺旋弹簧35收纳在正极端子34内，对阀芯33施力。正极引线36以折弯的状态进行设置，其一端被焊接在盖板31的内表面上，另一端被焊接在正极集电板37上。正极集电板37为圆板形状的构件，在中央形成有用于将碱性电解液注入外壳10的孔371。
正极板21的正极芯体在正极集电板37一侧的端部形成有连结部211。在连结部211的径向内表面例如利用焊接或导电性粘接剂固定有由镍带等构成的带状的金属薄板212。金属薄板212从连结部211突出而与正极集电板37抵接。即，正极集电板37与正极板21经由金属薄板212进行电连接。另一方面，负极板22在与构成镍氢充电电池1的负极端子的外壳10的内周面抵接的状态下，与该外壳10进行电连接。
＜负极板的结构＞
参照图4对本发明所涉及的负极板22的结构进行说明。
图4是本发明所涉及的负极板22的主视剖视图。
负极板22通过在负极芯体221的双面保持负极活性物质222而形成。负极板22包含第一负极部22a及第二负极部22b。第一负极部22a是在构成电极体20的状态下双面隔着隔板23与正极板21相对的部分。第二负极部22b是成为电极体20的最内周的部分，是在构成电极体20的状态下仅单面隔着隔板23与正极板21相对的部分。
负极板22的第二负极部22b的负极活性物质222的密度(以下称为“负极活性物质密度”)比第一负极部22a的负极活性物质密度要低。
另外，第二负极部22b的负极活性物质密度也可以在整个第二负极部22b上不是均匀的。例如，即使第二负极部22b的负极活性物质密度不均匀，只要第二负极部22b的负极活性物质密度的平均密度比第一负极部22a的负极活性物质密度要低即可。
具有上述结构的负极板22中，相比第一负极部22a，第二负极部22b的碱性电解液的浸透性(浸透速度)更高。而且，负极板22的第二负极部22b是成为电极体20的最内周的部分。因此，在镍氢充电电池1的制造工序中，在将碱性电解液注入电极体20的中心部分的空间(在成为电极体20的最内周的部分所产生的空间)内时，能提高碱性电解液相对于该电极体20的浸透性。由此，在镍氢充电电池1的制造工序中，能缩短将所需量的碱性电解液填充到外壳10内、并使碱性电解液充分浸透电极体20所需的时间。
而且，若保持于负极板22的负极活性物质222的总量与现有的相同，则能填充于外壳10的碱性电解液的量当然也不变。这是由于，若以与以往相同的总量来降低第二负极部22b的负极活性物质密度，则第二负极部22b的负极活性物质222的视在体积增大，因此，外壳10的填充碱性电解液的容积减少，而浸透第二负极部22b的负极活性物质222内部的碱性电解液的量相应地增加。即，即使降低第二负极部22b的负极活性物质密度，也能维持与以往相同的容量，因此，镍氢充电电池1的容量不会因本发明的负极板22而下降。
由此，根据本发明，能提高圆筒型的镍氢充电电池等圆筒形电池的制造效率。
此外，对于将正极板21和负极板22夹着隔板23进行层叠、然后卷成涡旋状并使负极板22处于外侧而构成的电极体20，由于成为电极体20的最内周的负极板22的卷绕起始部分的卷绕直径最小，因此，对该部分作用有最大的负荷。因此，在镍氢充电电池1的制造工序中，在构成电极体20时，最容易在其卷绕起始部分处的负极板22上产生负极活性物质222的剥离或断裂等。与之不同的是，本发明所涉及的负极板22中，由于第二负极部22b的负极活性物质密度相对较低，因此，在构成该电极体20时，能提高成为卷绕起始部分的第二负极部22b的柔软性。由此，在镍氢充电电池1的制造工序中，在构成电极体20时，能降低在其卷绕起始部分处的负极板22上产生负极活性物质222的剥离或断裂等的可能性。
对于本发明所涉及的负极板22,优选为其第二负极部22b的负极活性物质密度超过第一负极部22a的负极活性物质密度的0％、且为75％以下。由此，能进一步提高负极板22的第二负极部22b中的碱性电解液的浸透性。例如，本实施例的负极板22的第一负极部22a的负极活性物质密度为5.20g／cm3，第二负极部22b的负极活性物质密度为3.90g／cm3。
＜负极板的制造方法＞
参照图5及图6对本发明所涉及的负极板22的制造方法的一个示例进行说明。
图5是示意图示负极板22的制造工序的俯视图。图6是负极板22的制造工序中的负极板材40的剖视图，图6A是图示图5的负极板材40的II―II线上的剖面的图，图6B是图示图5的负极板材40的III―III线上的剖面的图。
首先，在冲孔金属等的负极芯材41的双面上涂布包含氢吸藏合金的浆状的负极活性物质42并使其干燥，从而制作出负极板材40。此处，负极板材40的宽度方向的长度W1为与负极板22的卷绕方向的长度L大致相同的长度。将负极活性物质42向负极芯材41进行涂布时，使与负极板22的第一负极部22a相对应的区域A(以下，称为“第一负极区域A”)的厚度d1比与负极板22的第二负极部22b相对应的区域B(以下，称为“第二负极区域B”)的厚度d2要大(图6A)。
接着，一边将负极板材40朝搬运方向C进行搬运，一边利用比负极板材40的宽度方向的长度W1要长的轧辊50进行轧制。如下所述那样对该负极板材40进行轧制：一边利用轧辊50对第一负极区域A和第二负极区域B同时进行轧制，一边使轧制后的负极活性物质42的厚度成为规定厚度d3(图6B)。由此，负极活性物质42的厚度相对较大的第一负极区域A的负极活性物质密度相对提高，负极活性物质42的厚度相对较小的第二负极区域B的负极活性物质密度相对降低。
然后，利用切断装置在切断位置D对轧制后的负极板材40进行切断。更具体而言，将负极板材40切断成切断后的搬运方向C的长度成为负极板22的宽度方向的长度W。通过像这样依次对负极板材40进行切断，能得到多个以下的负极板22：卷绕方向的长度为L、宽度方向的长度为W、厚度为d3，且第二负极部22b的负极活性物质密度比第一负极部22a的负极活性物质密度要低。
负极板22的第一负极部22a的负极活性物质密度能通过变更负极板材40的第一负极区域A的轧制之前的厚度d1与轧制之后的厚度d3的比率来进行调节。同样，负极板22的第二负极部22b的负极活性物质密度能通过变更负极板材40的第二负极区域B的轧制之前的厚度d2与轧制之后的厚度d3的比率来进行调节。
＜其他实施例、变形例＞
例如，上述实施例中，对负极板22由第一负极部22a及第二负极部22b以相同的厚度d3形成的示例进行了说明，但本发明并不限于这样的方式。即，对于本发明所涉及的负极板22，只要第二负极部22b的负极活性物质密度低于第一负极部22a的负极活性物质密度，第一负极部22a的厚度也可以与第二负极部22b的厚度不同。此外，第一负极部22a的厚度及第二负极部22b的厚度不一定必须是均匀的，也可以局部存在厚度不同的部分。
图7是图示本发明所涉及的负极板22的变形例的主视剖视图。
在该变形例的负极板22中，除了第二负极部22b的负极活性物质密度比第一负极部22a的负极活性物质密度要低以外，进一步使第二负极部22b的厚度d4比第一负极部22a的厚度d5要小。由此，通过减小第二负极部22b的厚度d4，能提高外壳10中的电极体20的体积效率，因此，能实现更高容量的镍氢充电电池1。

Claims (4)

1.一种负极板(22)，所述负极板(22)是圆筒形电池(1)的负极板(22)，所述圆筒形电池(1)将电极体(20)收纳在有底圆筒形状的外壳(10)内，所述电极体(20)包含保持正极活性物质的正极板(21)、保持负极活性物质(222)的所述负极板(22)，以及对所述正极板(21)和所述负极板(22)进行分离的隔板(23)，并将所述正极板(21)和所述负极板(22)夹着所述隔板(23)进行层叠，然后卷成涡旋状并使所述负极板(22)处于外侧，所述负极板(22)的特征在于，包括：
第一负极部(22a)，该第一负极部(22a)在构成所述电极体(20)的状态下双面隔着所述隔板(23)与所述正极板(21)相对；以及
第二负极部(22b)，该第二负极部(22b)是成为所述电极体(20)的最内周的部分，在构成所述电极体(20)的状态下，仅单面隔着所述隔板(23)与所述正极板(21)相对，其负极活性物质(222)的密度比所述第一负极部(22a)要低。
2.如权利要求1所述的负极板(22)，其特征在于，
所述第二负极部(22b)的负极活性物质(222)的密度超过所述第一负极部(22a)的负极活性物质(222)的密度的0％、且为75％以下。
3.如权利要求2所述的负极板(22)，其特征在于，
所述第二负极部(22b)的厚度比所述第一负极部(22a)的厚度要小。
4.一种圆筒形电池(1)，包括：电极体(20)，该电极体(20)包含保持正极活性物质的正极板(21)、保持负极活性物质(222)的负极板(22)，以及对所述正极板(21)和所述负极板(22)进行分离的隔板(23)，并将所述正极板(21)和所述负极板(22)夹着所述隔板(23)进行层叠，然后卷成涡旋状并使所述负极板(22)处于外侧；以及外壳(10)，该外壳(10)呈有底圆筒形状，用于收纳所述电极体(20)，所述圆筒形电池(1)的特征在于，所述负极板(22)包括：
第一负极部(22a)，该第一负极部(22a)在构成所述电极体(20)的状态下双面隔着所述隔板(23)与所述正极板(21)相对；以及
第二负极部(22b)，该第二负极部(22b)是成为所述电极体(20)的最内周的部分，在构成所述电极体(20)的状态下，仅单面隔着所述隔板(23)与所述正极板(21)相对，其负极活性物质(222)的密度比所述第一负极部(22a)要低。
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