[发明专利]电池用非烧结型薄型电极、使用该电极的电池及其制造方法

说明书

本发明涉及电池用膏状薄型电极，该电极具有低成本、高放电速度和改善了的循环寿命，还涉及使用此种电极的蓄电池。

目前，电池的电极，在商业的基础上是指蓄电池电极，普遍分成烧结型电极和非烧结型电极两大类。烧结型电极的活性物质被填充到高空隙率三维基体中，这里的金属粉末被烧结成具有在两侧具有很高的空隙率的二维金属基体。非烧结型电极的活性物质是用粘接剂粘在二维金属基体或格栅上，或者填充到三维基体中，比如发泡镍、金属袋或管，而不使用烧结基体。

一般说来，由于在烧结板上使用了大量金属，烧结型电极表现出优异的导电性能(高速充电和放电的性能)，还具有优异的机械强度和活性物质的流淌稳定性，同时它所具有的缺陷是这种电极重量大，而且由于电极基体的体积很大，而在电极基体中充填的活性物质量却很小，使得体积能量密度很小。

反之，一种代表性的简单非烧结型电极却是廉价而重量轻。这种电极由于使用了廉价的小体积基体，所以具有比较大的体积能量密度。这种电极通过涂布或直接充填活性物质粉末的方法很容易制造。但同时它具有的问题是，在整个电极的机械强度和活性物质的保持力上，作为整体来说在集流能力上很差。对于需要反复充放电的蓄电池来说这是很大的问题，因此就各种蓄电池系统形成了各种解决方案。

其结果，人们提出了非烧结型电极作为具有解决上述问题各种类型的基体。代表性的非烧结型电极基体是膏状或者说涂布型基体，其中活性物质粉末与导电材料或粘接剂混合，然后将其与溶液混合，将得到的膏状物或浆状物涂布在各种形状的二维基体上，或者在某些情况下将活性物质粉末填充在具有大量可以进行电化学反应的微孔的袋状或管状基体中。

作为前一种非烧结型电极的例子，可以举出镉负电极、碱性蓄电池用的金属氢化物负电极、锂离子电池用正电极和负电极和铅酸电池用正电极和负电极。后一种非烧结型电池用在比如大容量碱性蓄电池的镍正电极，或者用在某些类型的铅酸电池中。作为在这里所叙述的电极的基体，根据电池的系统或目的不同，可以单独地使用打孔的金属、金属筛网、膨胀金属、金属格栅等。

然而现在，如在USP4,251,603中所建议的，已开始应用在三维延伸的泡沫状多孔镍基体或纤维状镍基体中，以高密度填充了膏状活性物质的新型电极，以下简称为3DM型。在分类上这类电极属于新分类的非烧结型电极。虽然这类电极的容量和可靠性都很高，而且由于基体使用的金属少，容易制成比烧结型电极容量更大和重量更轻的电极。但是，由于这类电极基体中具有大直径空隙，它们还是存在机械强度低和电极全体的电子通导性低的问题，此外还有基体成本高的问题。

由于本发明的膏状电极涉及到对上述的3DM系统中使用的三维基体，特别是对碱性蓄电池系统的改进，现在为了方便对现有技术进行详细描述，在下面将小型圆筒密封形Ni/MH电池的镍正电极作为例子进行技术说明。

作为碱性蓄电池用镍正电极，是由德国在第二次世界大战中研制出的烧结型电极，因其具有高性能和高耐用性，故取代了以前的非烧结型电极，即袋状电极。因此，烧结型电极开始用在需要高性能和高可靠性的袖珍型Ni/Cd电池中。作为负电极，也同样地开始转向烧结型。至于以后开发的圆柱形密封Ni/Cd电池的电极，由于容易加工成薄片形电极，烧结型正、负电极逐渐成为主流。作为80年代以来在日本实现了显著增长的手提式袖珍型电子设备如摄录机或CD播放机的电源，由这种镍/镉电池(Ni/Cd电池)为代表的小型圆柱形密封电池实现了奇迹般的增长。然而，在90年代，一种新型的镍-金属氢化物蓄电池(Ni/MH电池)和锂离子电池相继投入实用，开始扩展到镍-镉电池的市场。

而且，作为电动工具等使用的电源，以及在移动电气设备上的应用，比如电气汽车(EV)、混合型电气汽车(HEV)、电力助推自行车等方面的应用，作为一个新兴市场，近年来已开始成长。而且作为这些类型电气设备的电源，以Ni/MH电池为主已开始使用。一种镍正电极已用于上述的Ni/Gd电池以及近年来明显增长的Ni/MH电池，而烧结型和3DM型则根据实际用途分别使用。

至于这种大量生产的镍正电极的结构，由于电极的机械稳定性，非烧结型仅限于袖珍型电池。这种袖珍型电极的结构是，活性物质粉末填充到具有无数小孔能够避免上述的活性物质粉末流淌的防电解液的金属袋中。而烧结型电极所采用的结构是，将活性物质盐溶液浸渍到三维烧结板的空间中，然后加工转化为含碱溶液的活性物质。当然，这种情况下的活性物质不处于粉末状态。