方形電池的制作方法

專利名稱：方形電池的制作方法
技術領域：
本發明涉及的方形電池是把正極板和負極板層疊起來構成的極板群插入方形的電池外殼并密封起來構成的。
近幾年，隨著小型便攜式器械的增加對可充電電池的需求也增加起來了。特別是伴隨著器械的小型·薄型化和空間利用率的提高，出現了對方形可充電電池的急切需求。
方形的可充電電池的構造是在密閉結構的方形電池外殼里收容著極板群。在常用的堿性可充電電池中，極板群的正板板使用氫氧化鎳充當活性物質，其負極板使用氫吸藏合金充當活性物質。正極板和負極板被層疊起來，中間隔著絕緣用的隔離物。在極板上點焊著集電接頭以進行電氣連接。極板群被收容在方形的電池外殼中并密封起來。連接正極板的集電接頭被接到正極端子上。
插入了極板群的金屬電池外殼，一般是用激光焊接或鉚接等方法把金屬封口板熔敷在其開口部分，來對其開口部分進行密封的。用激光焊接來對方形電池的開口部分進行密閉封口的方法就象用鉚接對開口部分進行密封的電池外殼一樣，并不要求開口部分的局部具有特殊的物性。
方形電池裝在電子器械上，其空間利用率極高。但是其缺點是，與圓筒電池相比它的體積能量密度較小。例如，圓筒形的鎳-氫電池的體積能量密度可以達到大約200～220Wh/l。而方形的鎳-氫電池約為170-190Wh/l，比上述的頗低。由于方形電池的空間利用率高，如能改善其體積能量密度，在電池組的狀態下就能顯著提高體積能量密度。
為提高方形電池的體積能量密度，必須要對由正極板和負極板層疊而成的極板群施以強壓，使呈高密度狀態而后插入電池外殼。但是，在高密度狀態下把正極板和負極板插進電池外殼，方形電池比起圓筒電池要困難得多。其原因是，在插入極板群時活性物質的一部分在電池外殼的開口部分被剝掉，從芯體的表面脫落下來。從芯體脫落下來的活性物質不僅降低了極板群的電氣性能，還顯著降低了方形電池的成品率。
這是因為在電池外殼的開口部分附著了活性物質，它給封口板的焊接和密封帶來了弊端。當用激光把方形電池的封口板周緣與電池外殼的開口部分進行密封焊接時，在進行激光焊接的交界部分即使有極微量的活性物質，也不能把電池外殼和封口板嚴密地封閉起來。而用鉚接對電池外殼進行嚴密封口的結構，其角落部分的密封原本就極困難，且活性物質很容易附著在這些部位，所以電池外殼的密封就變得非常困難了。由于上述原因，盡管人們要求在高密度的狀態下把方形電池的極板群壓入電池外殼，但是要把能從芯體上脫落活性物質的極板群壓入電池外殼，密度越高就越難。所以，改善方形電池的體積能量密度就是極其困難的。
特別是，在圓筒形電池中是絕對不會出現的下述兩個問題使得在方形電池中極難插進高密度的極板群。第1個問題出現在方形外殼的四個角上。在把方形的極板群插入方形外殼時，在方形外殼的四個角上活性物質容易從極板群剝落。特別是要把高密度的極板群無間隙地插入電池外殼時，問題就更嚴重。這是因為若將極板群的寬度做得與電池外殼的內沿寬度大致相等，插入的時候極板群棱角部分就同電池外殼的四角相磨擦，活性物質變得容易剝落的緣故。特別是把多塊正極板、負極板和隔離物層疊起來而成的極板群，很難準確地把它的外形做得與電池外殼的內沿相等。由于層疊時的位置偏差，正極板或負極板的寬度誤差等使極板群的外形變得不規則。更難辦的是，把封口板焊接在電池外殼上進行密封時在棱角部分本來就容易發生漏氣，活性物質一旦附著在這部分就不能用封口板對電池外殼進行密封了。為了避免這個問題可以把正極板和負極板的寬度做窄，但這樣極板的實際面積就減小了，于是發生體積能量密度下降的問題。
此外，有的方形電池可以做成這樣，例如把負極板彎曲起來做成U字形，中間夾上正極板并層疊起來。這樣結構的方形電池由于把兩種極板之一做成U字形，整體上能夠用少數塊極板做到多層重疊，因此具有能高效率大量生產的優點。但是把這樣結構的極板群插入電池外殼時，如

圖1和圖2所示，涂在芯體U形彎曲部分附近表面的活性物質層因與電池外殼的開口部分擠擦而剝落，因此具有容易剝離的缺點。如圖1所示，極板的下端被彎成U形的極板群2，當把它的下端插入電池外殼1的開口部分時，涂在芯體7的U形部分附近表面的活性物質8被開口部分剝掉而發生剝離。又如圖2所示，于極板群22的側面部分彎成U形的極板會發生下面的問題在把極板群22放入電池外殼21的中途，涂在芯體27的U形彎曲部分附近表面的活性物質28被剝掉而發生剝離的弊端。
為了防止方形電池所特有的上述問題，開發了如下的技術如圖3所示，把極板群32的表面用彎成字形狀的金屬罩312覆蓋起來，再插入電池外殼31(實公平6-4537號公報)。這種構造的方形電池具有下面的特長因使金屬罩312在電池外殼31的內表面滑動就可以把金屬罩312插入電池外殼31中，所以在插進電池外殼31時能夠有效地防止活性物質從極板群32脫落。但是這種構造的電池具有因金屬罩312引起的體積能量密度下降的缺點。因為在這種構造的電池的極板群32與電池外殼31之間增設了與發電無關的金屬罩312，能夠收容在電池外殼31內的極板群32的實際體積減小了。
如上所述，盡管人們迫切希望改善方形電池的體積能量密度，但是在方形電池上極難實現上述改善。特別是在進行低成本大量生產時改善方開電池的體積能量密度公認是更加困難的技術。
由于本發明的第1個目的是實現對方形電池體積能量密度的改善，所以本發明的重要目的是提供這樣的方形電池，當把極板群插入電池外殼時能防止活性物質附著在電池外殼的開口部分，并能確實可靠地對電池外殼進行密封。
再有，本發明的另一重要目的是提供這樣的方形電池，其結構極其簡單，既改善了方形電池的體積能量密度，又能低成本大量生產。
此外，近幾年鎳-氫電池取代了鎳-鎘電池得到廣泛使用，但是由于滿充電時產生的氧氣使它的負極板嚴重惡化。這是因為滿充電時在正極板產生的氧氣透過隔離物擴散到負極板，給負極板施加有害影響的緣故。
用圖4表示鎳-氫電池的電極群，并對氧氣給負極板施加有害影響的動作原理進行如下說明。
此圖的極板群42收容在具有密閉構造的方形密閉電池外殼中。極板群42是由正極板44和負極板43構成的，正極板44使用氫氧化鎳充當活性物質，負極板43使用氫吸藏合金充當活性物質48。正極板44與負極板43由絕緣用的隔離物45隔離而被層疊起來。
鎳-氫電池是把產生在氫吸藏合金中的可逆氫吸藏放出反應用于電化學作用的電池。圖5和圖6是表示負極板43和正極板44的充放電反應的模式圖。充電的時候如圖5所示，由于水的電解作用在負極板43的氫吸藏合金48A的表面生成原子狀態的氫，擴散到氫吸藏合金48A的內部被吸藏起來。放電時如圖6所示，曾被吸藏起來的氫在氫吸藏合金48A的表面與氫氧離子反應再變回水。即通過氫進行電極反應，氫吸藏合金48A擔當氫的貯藏體的作用。
此外，在鎳-氫電池中進行充電，首先當極板容量較小的正極板被充滿電后，由下述的反應產生出氧氣。
由于負極板的極板容量設計得大于正極板，從理論上講在負極板不產生氫氣。在正極板上產生的氧氣透過隔離物擴散到負極板，氧化了處于充電狀態的氫吸藏合金上的氫，由下述的反應生成水。
下-步，上述反應生成的水因下式的充電反應被消耗掉。
進一步，在正極板生成的氧氣因下述的電化學反應也被消耗掉。
如上所述，使正極板產生的氧氣在負極板上消耗掉從而做成密閉構造。
具有這種電極群構造的鎳-氫電池，是在芯體47的兩面涂上作為活性物質48的氫吸藏合金制成負極板43。由于從充滿電的正極板產生了氧氣，這種構造的鎳-氫電池使負極板43惡化。尤其是與正極板44非相對的負極板43，即在圖4中用符號A所表示的部分，也就是與電池外殼相對范圍的負極板43的惡化更為嚴重。這個A范圍的負極板43，由于與正極板44非相面對，所以充放電時氫的吸藏和放出量少，結果就成了電化學活性度差的領域。即A范圍的負極板43，盡管是缺乏反應性的范圍卻是受到透過了隔離物45的氧氣攻擊的范圍，所以惡化更為嚴重。這個范圍的負極板43的惡化導致電池的內阻增高，致使環充特性下降，還導致高速率放電特性變壞的問題。
此外，與正極板非相對的A范圍的負極板，在充放電時由于它是氫吸藏放出反應效率不高的范圍，實際上成為不能有效利用的負極板。在外殼的內部出現不能有效利用的范圍，導致體積能量密度的降低。而體積能量密度對于電池來說是極其重要的。特別是為了使負極板吸收氧氣以實現密閉結構，把鎳-氫電池負極板的極板容量設計得大于正極板。所以如果再出現不能有效利用的部分，就相當多地降低體積能量密度。
本發明的第2個目的在于進一步消除這個缺點。本發明的目的在于將負極板整體更有效地用于充放電以改善體積能量密度，還在于改善環充特性及高速率放電特性，并提供能夠有效地防止電池惡化的鎳-氫電池。
通過下面的詳細說明及附圖將更充分地表明本發明的上述及進一步的目的和特征。
本發明的方形電池是這樣構成的把由正極板和負極板通過隔離物相互層疊而成的極板群，插入底部封閉的方形外裝罐，并用封口板把外裝罐的開口部進行密封。
再有，方形電池是把芯體表面涂上活性物質而做成的極板作為極板群的最外側極板，并且使位于極板群兩面的最外側極板有同一極性；而且把最外側極板與外裝罐相鄰接的表面作成使芯體露出的芯體露出面。
這種方形電池的電池外殼內表面和極板的芯體做成有導電性的；將芯體壓接在電池外殼的內表面就能夠進行電氣連接。
把最外側極板彎成U形以使它夾住另外極性的極板并能夠層疊起來。這種方形電池，其最外側極板的U形彎曲部分去除了芯體表面的活性物質并被做成折彎薄層部。把芯體露出面做在最外側極板面對電池外殼的表面，并使它與折彎薄層部相連接。
這種方形電池，其密閉構造的電池外殼由外裝罐和封口板構成；是用激光焊接將封口板焊在方形外裝罐的開口部密封起來的。
這種方形電池可以做成鎳-氫電池或鎳-鎘電池等堿性可充電電池。
在鎳-氫電池的芯體上附著有包含氫吸藏合金的活性物質。
在鎳-氫電池極板群的最外側設置著用氫吸藏合金作活性物質的負極板。使最外側負極板的極板容量小于設置在正極板之間的中間負極板的容量。
鎳-氫電池的最外側負極板的容量做成中間負極板的極板容量的30～70％；更令人滿意的是做成40-60％；而最佳的是做成45～55％。
最外側極板的芯體，可以使用實際上沒有穿孔的非穿孔金屬。所謂實際上沒有穿孔的非穿孔金屬是這樣的金屬板，當把層疊起來的極板群插入外裝罐時，幾乎不發生活性物質透過最外側極板的芯體而轉移到芯體表面的情況。非穿孔金屬包括開有微小的穿孔卻幾乎不使活性物質透過的穿孔金屬。
在非穿孔金屬的表面通過結合劑附著上活性物質，或者對表面進行凹凸處理后附著上活性物質，或者還可以是對表面進行等離子體處理后附著上活性物質。
還可以用穿孔金屬來做芯體。
本發明的方形電池，在把極板群插入電池外殼時把芯體兼用作圖3的金屬罩312。兼用作金屬罩的芯體是非穿孔金屬或穿孔金屬等能導電的板材，用芯體露出面來做面向電池外殼的面。由于芯體露出面是去除了活性物質的芯體，所以把極板群插入電池外殼時能有效地防止活性物質從極板群脫落的問題。特別是當方形電池外殼內插入方形極板群時能確實地保護極板群的棱角部分，防止活性物質脫落。這是因為極板群的表面不是由另外的金屬罩來覆蓋，而是用極板的芯體來兼做金屬罩的緣故。用另外的金屬罩覆蓋著的極板群被插入電池外殼，即使金屬罩比極板群只小一點，極板群的棱角部分也會從金屬罩中突出來，突出部分的活性物質就會脫落。為了防止這個弊端可以把金屬罩做大，換句話說就是把極板群做小。但是這樣做極板群實際上的體積就減小，于是體積能量密度就降低了。與此相反，本發明的方形電池將層疊極板的芯體兼用作金屬罩并將極板群插入電池外殼，所以不會有芯體大于極板的事情。芯體覆蓋著極板群最外側表面的全部，所以在把它插入電池外殼時就有效地防止了活性物質從包括棱角部分在內的各部分脫落下來。
再有，把最外側極板彎成U形并層疊起來構成的極板群，其最外側極板與電池外殼相對的面被做成芯體露出面。這樣在把上述極板群插入電池外殼時也不會發生極板U形彎曲部分附近的活性物質脫落的情況，即在插入電池外殼時能夠防止高密度極板群的活性物質脫落。由于這個緣故，本發明的方形電池就能夠改善體積能量密度。
再有，這種方形電池不會發生活性物質污染電池外殼的開口部分的問題，也就沒有因污染引起的負極板外裝罐接合部的密封性下降的問題，所以就能夠用焊接等方法把電池外殼確實可靠地密封起來。因為防止了活性物質從插入電池外殼的極板群脫落，就能夠用焊接封口板等方法把電池外殼密封起來。
圖1是表示把現有的方形電池極板群插入電池外殼的狀態的截面圖。
圖2是表示把現有的另一方形電池極板群插入電池外殼的狀態的立體圖。
圖3是表示現有的用金屬罩覆蓋的另一方形電池的極板群插入電池外殼的狀態的分解立體圖。
圖4是表示作為現有的鎳-氫電池且作為比較例的方形電池極板群結構的截面圖。
圖5是表示鎳-氫電池充電時的電極反應的概略圖。
圖6是表示鎳-氫電池放電時的電極反應的概略圖。
圖7是本發明實施例1的方形電池的局部剖面立體圖。
圖8是表示圖7所示方形電池的極板群的截面圖。
圖9是表示將圖7所示正極板插入隔離物的狀態的立體圖。
圖10是表示本發明實施例2的鎳-氫電池極板群結構的截面圖。
圖11是曲線圖，表示本發明實施例2鎳-氫電池和作為比較例的鎳-氫電池的環充特性，和內阻變化。
圖12是曲線圖，表示本發明實施例2的鎳-氫電池和作為比較例的鎳-氫電池的放電速率特性。
下面對附號進行說明。1是電池外殼，1A是外裝罐，1B是封口板，2是極板群，3是負極板，3A是最外側負極板，3B是中間負極板，4是正極板，5是隔離物，6是折彎薄層部，7是芯體，8是活性物質，8A是氫吸藏合金，9是芯體露出面，10是集電接頭，11是正極端子，12是金屬罩。
(實施例1)圖7所示的方形電池是在密閉結構的方形電池外殼71里收容著極板群72。電池外殼71，是由插入了極板群72的外裝罐71A，和把這個外裝罐71A的開口部分密封起來的封口板71B構成的。外裝罐71A，由于要將負極板73壓接在其內表面以進行電氣連接，所以至少其內表面要有導電性。一般來說，具有這種構造的外裝罐71A是金屬盒。但是，也可以使用在內表面設置了導電層的塑料盒。塑料制的外裝罐是熔敷上塑料制的封口板進行密封的。
下面把方形電池做成一種堿性可充電電池-鎳-氫電池作為具體例進行詳述。但是本發明并不是把方形電池局限于鎳-氫堿性可充電電池。本發明的方形電池適用于一切在電池外殼內收藏有芯體表面涂著活性物質的極板群的電池。
圖8表示極板群的截面構造。此圖的極板群72是由兩塊負極板73和3塊正極板74構成的。負極板73被彎成U形，其中央設置著帶狀的折彎薄層部76，而U形之間夾著包在隔離物75里的正極板74。折彎薄層部76去除了芯體77兩面的活性物質78。從折彎薄層部去除所有附著在芯體77表面的活性物質是最理想的，但是即使多少殘存一些活性物質只要能折彎就行。
負極板73，是在芯體77表面涂上作為活性物質78的氫吸藏合金而做成的。芯體77使用穿孔金屬和非穿孔金屬。非穿孔金屬是沒有穿孔的薄金屬箔。使用非穿孔金屬的芯體，在其表面涂上結合劑，或者進行下述預先處理用等離子體處理表面使表面具有活性，或者對表面噴砂使其成為具有微小凹凸的面。這樣就能使附著的活性物質難以剝離。結合劑可以使用聚乙烯醇等用合成樹脂做的粘合劑。使用聚乙烯醇做結合劑時，把它涂在芯體表面并使它干燥后再在它的上面涂活性物質。
活性物質78，是添加了粘合劑的活性物質以糊膏狀涂在芯體77表面并涂有一定的厚度。活性物質糊膏被涂在芯體77表面以后，再使粘合劑硬化。
并不是在負極板73的芯體77的全表面上涂活性物質78。如圖所示的負極板73，其最外側極板面對電池外殼的表面上就不涂活性物質78。最外側極板僅在與正極板74相對的一個面上涂活性物質78。此外，負極板73被彎成U形的折彎薄層部76，在其芯體77的兩面都不涂活性物質78。
把活性物質78涂在局部的時候采用下述方法在芯體77的局部位置涂活性物質78，或者是在芯體77的全表面上涂活性物質糊膏之后，在粘合劑硬化之前用刮板刮去活性物質糊膏，這樣來去除芯體露出面79和折彎薄層部76上的活性物質78。
正極板74具有氫氧化鎳，如圖9所示，集電接頭710被焊接在基體材料上。隔離物75為一塊長的無紡布，它做成口袋狀并將正極板74包在其中。隔離物使正極板74與負極板73之間具有電絕緣。
采用下述方法把上述結構的正極板和負極板組裝成極板群，再將極板群裝入電池外殼組裝成方形電池。
①首先，把負極板73的中央部分的折彎薄層部76彎曲成U形。
②其次，把用隔離物75包著的正極板74夾進彎曲成U形的負極板73之中。
③在夾著正極板74的兩組負極板73之間夾進用隔離物75包著的正極板74，組裝成具有圖8所示構造的極板群72。
④此外，把正極板74的集電接頭710焊接在封口板71B的正極端子711上進行電氣連接。
⑤把極板群72插入方形封底的方筒狀外裝罐71A。外裝罐71A為金屬盒。
把極板群72插進電池外殼71之后，使折彎薄層部與電池外殼71的底面相接觸。還有作為極板群72最外側極板的負極板73，將它的芯體露出面79與電池外殼71的內表面壓接進行電氣連接。在此狀態下，插入電池外殼71中的極板群72被收容在電池外殼71中不發生喀噠喀噠的晃蕩。
⑥此后，從電池外殼71的開口部分注入電解液KOH液體，把裝有正極端子711的封口板71B插在電池外殼71的開口部分。此后，在封口板71B與電池外殼71開口部分的接合部位照射激光進行焊接，把封口板71B固定在電池外殼71的開口部分進行密封封口。
通過以上的工序就可以得到本發明實施例1的方形電池。為了明確表示本發明的方形電池顯示出多么優越的性能，也試制了比較電池。比較電池具有如圖4所示的極板群結構。即作為最外側極板的負極板43，其芯體47的兩面都涂了活性物質48。除了改變活性物質48的涂敷狀態以外，其他的構造都與上述極板群相同。特別是使涂在芯體47表面的活性物質48的總量也相同。制作方法也與上述實施例1的方形電池相同。
本發明實施例1的方形電池與比較例的方形電池各制作了1000個，并對負極板及電池外殼的焊接部分是否良好進行檢查。另外，本發明實施例1的方形電池，負極板73的芯體77使用穿孔金屬的，和使用非穿孔金屬的電池各制作了1000個。而且，焊接部分是否良好是這樣來測定的做成了方形電池之后靜置60天，然后用是否有堿性電解液漏出來測定封口部分的不合格率。
負極板的芯體使用穿孔金屬的方形電池，其負極板的所有芯體都使用穿孔金屬。而負極板的芯體使用非穿孔金屬的方形電池，僅是作最外側極板的負極板才使用非穿孔金屬，其他負極板的芯體使用穿孔金屬。當然，可以選擇負極板的全部芯體都使用非穿孔金屬，或者是僅在與最外側極板相連接的極板芯體使用非穿孔金屬，而其他負極板的芯體使用穿孔金屬。
本發明實施例1的方形電池，其封口部分的不合格率為0％。而比較例的方形電池，其封口部分的不合格率為1.6％，即1000個電池中有16個電池的封口部分發生了漏液。
如上所述，本發明的方形電池能夠極有效地減少其封口部分的不合格率。其原因如下由于用芯體露出部分來做極板群72的最外側極板與電池外殼71相接的部分，當把極板群72插入電池外殼71時不會發生極板群72的表面與電池外殼71相擠擦而被削去的情況，因此不發生活性物質78的脫落。因此就能夠用激光焊接等方法把外裝罐71A的開口部分確實可靠地密封起來。
而比較例的方形電池，在把極板群42插入電池外殼41時涂在極板群42表面的活性物質48被剝掉而發生脫落，脫落下來的活性物質48附著在封口板41B與電池外殼41的焊接部分成為雜質中介物。因此它有害于焊接質量，出現了針孔，封口的密封性能下降。
進一步對上述實施例1中試制的本發明方形電池和比較電池的放電速率特性進行比較，發現本發明實施例的方形電池，1C以上的高速率放電特性得到了幾％以上的提高。其原因是，本發明方形電池的芯體露出面直接與電池外殼進行電氣連接，這樣具有優越的集電性能所以能夠改善高速率放電特性。而比較例的方形電池，最外側極板不是由芯體而是通過活性物質與電池外殼相接觸，所以集電性能低故高速率放電性能較低。
上述比較例的方形電池和本發明的方形電池，為了明確表示芯體露出面的效果使它們的負極板涂敷活性物質量相同。本發明的方形電池，由于在插入電池外殼時能夠有效地防止活性物質脫落，所以在實際制作方形電池的生產工序中可以增加涂在芯體上的活性物質。其原因是，即使多涂了活性物質也可以在用芯體露出面壓住極板群的兩個表面的狀態，換句話說是在用金屬罩覆蓋的狀態插入電池外殼。因此本發明的方形電池具有下述特長可以使用較多的活性物質，把高密度的極板群插入電池外殼，而且可以極度減少由活性物質引起的液體漏出。
在本發明的實施例1中，進一步對負極板芯體使用穿孔金屬的方形電池和使用非穿孔金屬的方形電池的特性進行比較，發現使用非穿孔金屬的方形電池顯示出更優越的特性。與使用穿孔金屬的負極板相比，使用非穿孔金屬的負極板的表面涂敷活性物質更不易脫落，而且可以把負極板的填充密度做得較高。
如下述①～⑤那樣試制了使用穿孔金屬和非穿孔金屬作為芯體的負極板。而且，①～⑤為除去了單面上的活性物質的極板。
①在未做表面處理的穿孔金屬上涂了活性物質的負極板②在未做表面處理的非穿孔金屬上涂了活性物質的負極板③在非穿孔金屬表面上涂上結合劑后再涂上活性物質的負極板④對非穿孔金屬表面噴砂處理使其成為凹凸面，在凹凸面上涂了活性物質的負極板⑤對非穿孔金屬表面進行等離子體處理，然后在此表面涂上活性物質的負極板如上所述的試制負極板，對其活性物質的脫落通過下述實驗進行了測試。在負極板涂有活性物質的面上，用刀具切出10×10mm圍棋盤格狀的刻痕；然后在此面上貼上膠帶，并測定活性物質附著在膠帶上被剝離下來的格子數，由此測定出活性物質的脫落率。
下面是①～⑤的負極板活性物質的脫落率。
①的負極板……99％②的負極板……90％③的負極板……75％④的負極板……80％⑤的負極板……80％上述結果明顯地表示出在此測定條件下使用非穿孔金屬作芯體的負極板，活性物質的脫落較少，活性物質牢固地附著在芯體表面，極板強度較高。特別是在做了表面處理的非穿孔金屬表面涂的活性物質更不易脫落，呈現出最好的特性。
此外，負極板使用非穿孔金屬作芯體的極板群具有能夠在理想狀態下插入外裝罐的特點。其原因是，在作為最外側極板芯體露出面的芯體上沒有穿孔，故活性物質不會通過芯體的穿孔轉移向芯體露出面。由于在芯體露出面上完全不涂活性物質，而且不發生活性物質透過芯體轉移到芯體露出面的事情，所以在把極板群插入外裝罐時能夠極度減少發生活性物質附著在外裝罐開口部分的事情。
此外，對以上①～⑤的負極板在一定條件(10t/cm2)下進行壓延并測定了此時的填充密度。測定結果如下①的負極板……5.0g/cc
②的負極板……5.2g/cc③的負極板……5.2g/cc④的負極板……5.2g/cc⑤的負極板……5.2g/cc如上所述，與用穿孔金屬作芯體的負極板相比較，非穿孔金屬負極板的填充密度較高。這是因為活性物質均勻地填充在芯體表面的緣故。因活性物質被填充到穿孔中，人們想象可以把穿孔金屬的填充密度做得較高；而實際上在壓延狀態下很難高密度地把活性物質填充到穿孔。其原因是，進行壓延使活性物質平滑地移動，就不能把它壓入穿孔。
非穿孔金屬由于沒有穿孔可以被做得既薄又強。因此，使用非穿孔金屬做芯體的負極板可以使用薄的芯體，就能夠增加相對于負極板整個體積的活性物質的量。
如上所述，負極板芯體使用非穿孔金屬的方形電池能夠實現更優越的電池特性。
以上的實施例1用激光焊接把外裝罐與封口板焊在一起，進行密封和固定的方形電池為例進行了說明。但是本發明并不是特指用激光焊接，把外裝罐和封口板固定在一起并進行密封的構造；電池外殼和封口也可以用其他的焊接方法接合并密封起來，此外還可以用鉚接的方法進行密封封口。不用說，使用這些方法也能夠期待得到與上述實施例1相同的效果。
(實施例2)制作了與實施例1構造相同的鎳-氫電池。這種鎳-氫電池內裝著如圖10所示的截面構造的電極群。
此圖中的極板群102被做得與實施例1的極板群72大致相同。
最外側負極板103A，僅在與正極板104相對的一面上涂了活性物質108。最外側負極板103A的極板容量做成相當于設置在正極板104之間的中間負極板103B極板容量的一半。
最外側負極板103A，其理想的極板容量是中間負極板103B的極板容量的一半。最外側負極板103A的極板容量無論是小于中間負極板103B極板容量的一半，或是相反大于它的一半，都會使它與相對對置正極板104的極板容量之間的平衡變壞。
最外側負極板103A的極板容量小于一半的時候，負極板103就不能有效地吸收發生在對置正極板104的氧氣。相反，最外側負極板103A的極板容量大于中間負極板103B極板容量的一半時，電化學活性度低的范圍就變大了，負極板103就容易惡化。
由于上述原因，最外側負極板103A的極板容量設置為中間負極板103B極板容量的30～70％的范圍；較令人滿意的是40～60％的范圍；最好是在45～55％的范圍，最外側負極板103A的極板容量設計成小于中間負極板103B的極板容量。但是，負極板整體的極板容量還是設計得大于正極板整體的極板容量。這是因為負極板103要消耗掉滿充電以后因過充電而產生的氧氣。
將活性物質108涂在芯體107表面的局部時，采用與實施例1相同的方法。
正極板104也是用與實施例1相同的方法制作的。
上述構造的負極板103和正極板104，使用與實施例1的電池相同的方法組裝成鎳-氫電池。
用以上的工序就可以制成本發明實施例2的鎳-氫電池。為了明確表示出此實施例2的鎳-氫電池有多么優越的性能，試制了比較電池。比較電池具有如圖4所示的極板群構造。即把最外側負極板43A和中間負極板43B的極板容量做得相同，同時在芯體47的兩面涂上活性物質。除了改變活性物質48的涂敷狀態以外，其他的構造都與上述極板群102相同。特別是使涂在芯本47表面的活性物質48與涂在107表面的活性物質108的總量也相同。制作方法也與上述實施例2的鎳-氫電池相同將在以上的實施例2試制的本發明的鎳-氫電池與比較電池的環充特性進行比較，得到了如圖11所示的結果。這個環充特性是在充電電流和放電電流為1C時測定的。從此圖顯然可見，實施例2的鎳-氫電池，其環充特性得到了顯著改善。特別是在重復了500次充放電之后，實施例2的鎳-氫電池實際上可使用的放電容量幾乎沒有下降。此外，與比較電池相比其內阻的增加也很少，顯示了優越的電氣特性。但這里所示的內阻是把初期的內阻作為100時的相對值。實施例2的鎳-氫電池之所以顯示出這樣優越的電氣特性，是因為使相向而設的負極板103與正極板104之間達到較好的平衡，同時使芯體露出面109直接與電池外殼進行電氣連接，從而改善了集電性能。
此外，將實施例2試制的鎳-氫電池與比較電池的放電速率特性進行比較，得到了圖12所示的結果。從此圖顯然可見，實施例2的鎳-氫電池，其放電速率特性得到了顯著改善。最外側負極板103A上設置了芯體露出面109的鎳-氫電池之所以顯示出這樣優越的電氣特性，是因為在最外側負極板103A與正極板104的極板容量為理想的狀態下將二者相對設置，同時把最外側負極板103A的活性物質108全部布涂在芯體107靠正極板的一側使它有效地被用來進行充放電，此外還把芯體107直接壓接到外裝罐上使它在理想的狀態下進行電氣接觸。
實施例2的鎳-氫電池，去掉了圖10中虛線所示的A范圍的負極板103，這樣就使得最外側負極板103A的極板容量小于設置在正極板104之間的中間負極板103B的極板容量。范圍A所示的負極板103的部分由于不面對正極板104，成為電化學活性度低的領域，不能有效地進行氫吸藏放出反應。由于電池是在有一定內部容積的外殼里收容正極板104和負極板103，所以去掉了A范圍的負極板103的鎳-氫電池能夠如箭頭所示的那樣，把A范圍的負極板103分配并附加給與正極板104相對而設的部分。
例如，假設在圖4的鎳-氫電池中最外側負極板43A和中間負極板43B的極板容量各為6，即總共為12；而圖10所示的鎳-氫電池由于可以把最外側負極板103A的A范圍負極分散到其他3個領域中去，所以能夠使最外側負極板103A的極板容量為4，中間負極板103B的極板容量為8而保持其總量為12。因此，實際上就增大了進行氫吸藏放出反應的負極板103的極板容量。此外，雖然受到氧氣的攻擊，但是負極減少了電化學活性低的范圍，這樣就能夠防止電池惡化，特別是能夠改善環充特性防止高速率放電時的惡化。
由于本發明可以應用到不離開其實質特征精神的若干具體形式中，所以這里的具體例子是說明性的而不是限制性的。因為本發明的范圍是由下附權利要求來規定的而不是由上述說明，所以所有屬于權利要求范圍內的變化，或權利要求范圍的等價物都被認為是包括在權利要求之內。
權利要求
1.一種方形電池，包括(1)密閉構造的電池外殼，它包括底部封閉的方形外裝罐，和把這個外裝罐的開口部分密封起來的封口板；(2)被插入上述電池外殼的外裝罐，且把正極板和負極板由隔離物隔離而交替層疊起來構成的極板群；上述極板群的最外側極板為在芯體表面涂著活性物質的極板，并為同一種極性，而且把最外側極板與外裝罐相鄰接的表面做成使芯體露出的芯體露出面。
2.權利要求1所記載的方形電池，其電池外殼至少是內表面，和極板的芯體具有導電性，而且芯體被壓接在電池外殼的內表面上進行電氣連接。
3.權利要求1所記載的方形電池，其最外側極板被彎成U形以使它夾住另外極性的極板，并被層疊起來；U形彎曲部分是去除了芯體表面的活性物質而成的折彎薄層部；用芯體露出面來做最外側極板面向電池外殼的表面，并使它與上述折彎薄層部相連接。
4.權利要求1所記載的方形電池，其密閉構造的電池外殼是用激光焊接將封口板焊接到方形外裝罐的開口部分的。
5.權利要求1所記載的方形電池，其最外側極板為負極板，最外側負極板的極板容量小于設置在正極板之間的中間負極板的極板容量。
6.權利要求5所記載的方形電池，其最外側負極板的極板容量為中間負極板的極板容量的30～70％。
7.權利要求1所記載的方形電池，其方形電池為堿性可充電電池。
8.權利要求1所記載的方形電池，其方形電池為鎳-氫電池。
9.權利要求5所記載的方形電池，其方形電池為堿性可充電電池。
10.權利要求1所記載的方形電池，其最外側極板的芯體是實際上沒有穿孔的非穿孔金屬。
11.權利要求10所記載的方形電池，它是在非穿孔金屬的表面上通過結合劑附著上活性物質而構成的。
12.權利要求10所記載的方形電池，它是在非穿孔金屬的表面做了凹凸處理后附著上活性物質而構成的。
13.權利要求10所記載的方形電池，它是在非穿孔金屬的表面做了等離子體處理后附著上活性物質而構成的。
14.權利要求1所記載的方形電池，其芯體為穿孔金屬。
15.權利要求1所記載的方形電池，為了夾住另外極性的極板其最外側極板的下端被彎成U形，并成為層疊狀態。
16.一種方形電池，包括(1)電池外殼(2)被插入上述電池外殼，且把正極板和負極板由隔離物隔離并層疊起來構成的極板群；在上述極板群的最外側設置了用氫吸藏合金作活性物質的負極板，最外側負極板的極板容量小于設置在正極板之間的中間負極板的極板容量，而且最外側負極板的芯體面向正極板的一面涂有活性物質，而面向電池外殼的一面為芯體露出面。
17.權利要求16所記載的方形電池，其電池外殼至少是內表面，和極板的芯體具有導電性，而且芯體被壓接在電池外殼的內表面上進行電氣連接。
18.權利要求16所記載的方形電池，其最外側負極板的極板容量為中間負極板的極板容量的30～70％。
19.權利要求16所記載的方形電池，為了夾住另外極性的極板其最外側負極板被彎成U形，并被層疊起來；U形彎曲部分是去除了芯體表面的活性物質而成的折彎薄層部；用芯體露出面來做最外側極板面向電池外殼的表面，并使它與上述折彎薄層部相連接。
全文摘要
一種方形電池,在密閉構造的電池外殼里裝著把正極板和負極板由隔離物隔離交替層疊起來構成的極板群。電池外殼是用封口板把底部封閉的方形外裝罐的開口部分密封起來的。設置在極板群兩面的最外側極板,是在芯體的表面涂有活性物質的極板。此外,最外側極板為同一種極性,與外裝罐相鄰接的表面是使芯體露出的芯體露出面。
文檔編號H01M10/34GK1193197SQ9810609
公開日1998年9月16日 申請日期1998年3月10日 優先權日1997年3月12日
發明者浜松太計男, 井上雅雄, 長瀨敬, 米谷悟, 大井伸剛, 佐古洋文, 佐藤博, 伊勢忠司, 黑田靖 申請人:三洋電機株式會社