[发明专利]金属多孔体及制造法和具有它的电池用电流收集器

说明书

本发明涉及一种包括碱性电池(例如镍-镉电池，镍-氢电池和镍-锌电池)用的金属框架的金属多孔体及制造该金属多孔体的方法，和具有该金属多孔体的电流收集器。

作为碱性电池的电流收集器，广泛使用海绵状金属和烧结金属。

海绵状金属是由具有三维网状结构的一个金属框架构成的，该三维网状结构具有通过将基本上为多面体的小室连接起来形成的一种连续的微孔结构。因为海绵状金属的孔隙率高达90％～98％，可以增加每单位体积的活性材料充入量；因此其优点是，可以使电流收集器具有高容量密度(mAh/cc)。

烧结金属的孔隙率不大于大约85％，这比海绵状金属差。然而，烧结金属的微孔直径可小至几微米，可允许大电流流过。结果，其优点是可形成一个高输出的电流收集器。

近年来，为了解决环境污染问题和能源问题，强烈要求开发新的技术(例如，混合式电动汽车)。这种电动汽车的电池需要具有(例如)烧结金属的高输出的电流收集器。

然而，利用糊剂方法(paste method)难以将活性材料充入烧结金属中。结果，必需重复地使用低压浸透法。这意味着，充入活性材料的过程必需要分批地进行，而不是连续地进行，这就使充入过程的成本提高。

为了克服烧结金属的这个缺点，提出了制造一种适合大功率情况使用，必需使大电流能通过的电流收集器的想法。该想法是不丧失海绵状金属的高孔隙率和高容量密度的优点的条件下，减小海绵状金属中的基本上为多面体的小室的直径。

然而，利用通常的方法去减小基本上为多面体的小室的直径，会使通过在该海绵状金属表面上的多面体小室的开口可以看见的，该内部小室存在的窗口尺寸同时减小。

这种内部小室存在的窗口尺寸的减小带来的问题是，在充入活性材料的过程中，该窗口容易堵塞，并且难以均匀地将活性材料充入海绵状金属中。这些问题会造成在接着进行的滚压过程中，出现裂纹的严重问题，并使电池的最终容量减小。

本发明的一个目的是要提供一种具有高的容量密度，即在充入活性材料过程中不会堵塞的，可使活性材料均匀性充入海绵状金属很深的内部，从而可允许大电流通过的金属多孔体；及制造该金属多孔体的方法。

本发明的另一个目的是要提供一种高输出和容量大的电池用的电流收集器。

为了解决上述问题，在经过刻苦钻研后，本发明者们发现，当控制海绵状金属的“小室直径”和“窗口直径”，使它们在相应的规定范围内，则可以在不丧失海绵状金属的高孔隙率和高容量密度优点的条件下，得到高的输出，从而可实现本发明。

在本发明中，当用于具有通过将基本上为多面体的小室连接起来形成的连续式微孔结构的带框架的金属多孔体(例如海绵状金属多孔体)或塑料多孔体时，术语“小室直径”和“窗口直径”定义如下：

“小室直径”(C)：是指在一个金属或塑料多孔体的表面上，一个基本上为多面体的小室的基本上为多角形的开口的最长的对角线(参见图1)；和

“窗口直径”(W)：是指通过在一个金属或塑料多孔体的表面上的另一个基本上为多面体的小室的上述开口，可以看见的一个在内部存在的、基本上为多面体的小室的基本上为多角形的窗口的最长的对角线(通常，通过一个开口，可以看见多个这种窗口)(参见图1)。

本发明的金属多孔体由具有三维网状结构的金属框架构成，该网状结构具有通过将基本上为多面体的小室连接起来形成的连续微孔结构。该基本上为多面体的小室的小室平均直径为200～300微米，窗口平均直径为100～200微米。

本发明的金属多孔体适合于用作允许大电流通过的大功率电流收集器，因为该金属多孔体的小室平均直径较小。

另外，本发明的金属多孔体，与具有同样的小室平均直径的通常的金属多孔体比较，其窗口平均直径较大。因此，本发明的金属多孔体可被活性材料高密度地均匀充满，从而可以在不丧失海绵状金属的高孔隙率和高容量密度的优点条件下，进一步增加电池的容量。

本发明的金属多孔体可以(例如)通过下列方法得到：

(a)首先，提供一种小室平均直径为200～300微米，窗口平均直径为100～200微米的塑料多孔体。第二，利用无电敷镀方法，在该塑料多孔体的框架表面上形成一个导电层，制成一个电阻率为1KΩ·cm或更小的导电多孔体。最后，通过以该导电多孔体作为阴极进行电镀，在该导电层的表面上形成一个连续的金属镀层。