[发明专利]电池电极基板和利用该电池电极基板的电极

说明书

技术领域

本发明涉及用于电池的电极基板和用于电池的电极。具体而言，本发明涉及具有高容量保持率和优异高速放电性能的电池用电极基板和电极。

背景技术

按照惯例，除铅蓄电池和锂离子电池以外，碱性二次电池也实现了广泛的应用，作为便携式应用、移动式应用、工业应用等的二次电池。

碱性二次电池由于具有高可靠性、长寿命以及在降低成本、尺寸和重量方面超越锂离子电池的优点而应用于各领域。特别是出于节能和环保的考虑，汽车制造商如今正采用碱性二次电池以投入混合型车辆(hybridvehicle)等的实际使用中，甚至在海外也受到了广泛的关注。目前，镍氢电池是主流电源。

对于用作各种装置(从便携式装置到大型工业设备)的电源的碱性电池，常采用镍电极作为正极(即阴极)。与其它电池的电极类似，镍电极采用下述结构：用于收集电流的集电体(current collector)携带引起电池反应的正极用阴极活性材料。在这一点上，具有烧结镍粉的烧结镍板代替常规袋式(pockettype)的发明在实用的碱性二次的开发中发挥了主要作用。

从那时起，人们一直努力降低镍电极的成本并提高其容量。就降低成本而言，人们提出了二维结构，例如冲孔金属(punched metal)的二维结构，以代替具有三维网状结构(mesh structure)的烧结坯块(sintered compact)。具体而言，该技术旨在通过用活性物质浆料(包含活性物质的浆料混合物)填充冲孔金属的孔隙来制造镍电极。然而，这种镍电极因其所存在的各种问题而仍未达到实用阶段。

通过采用具有三维网状结构的泡沫镍(nickel foam)代替烧结坯块，可以提高镍电极的容量。制造泡沫镍的方法通常包括以下步骤：在聚氨酯树脂泡沫片上镀镍，燃烧聚氨酯树脂，然后在还原气氛下进行退火以改进镍骨架(nickel frame)的强度。此外，用活性物质浆料填充泡沫镍的孔隙，然后施压。从而得到镍电极。泡沫镍的孔隙率(孔隙占据整个体积的比率)为92％～96％，这远高于烧结坯块的近80％的孔隙率。由于增大了单位体积的活性物质填充量，所以可实现更高的容量。

在开发的初期，泡沫镍的问题是易于损坏。例如，将片状镍电极卷起并存放在圆筒状电池壳中时，泡沫镍中出现裂纹。然而，这种问题已得以克服，并且采用泡沫镍集电体的圆筒状或矩形固体镍氢电池已投入实用，用于便携式设备以及要求大功率和高可靠性的混合型车辆。尽管某些设备采用以烧结坯块作为镍电极的镍氢电池，但主流已变为具有泡沫镍集电体的电极，所述泡沫镍集电体填充有活性物质浆料(活性物质混合物)，例如特开平第09-306484号公报披露的镍电极板。

对于指定用于电池的电极集电体，出于大功率的考虑而不是就高容量而言，泡沫镍目前已达到合适的性能水平。余下的问题在于通过减少镍量(相当于镍电极成本的大部分)，从而使得镍电极低廉价格。

在发展初期，用于电池电极的泡沫镍单位面积的镍质量为500g/m²～600g/m²。目前已开发出一种单位面积的镍质量为近350g/m²，仍能够投入实际使用的泡沫镍。然而，如果进一步减小镍量，则会降低镍电极的强度。即便能够生产泡沫镍，在镍电极的制造步骤中或在电池的生产过程中断裂的几率也是极高的。

已提出了一种采用多孔电极基板代替泡沫镍作为集电体的镍电极，该多孔电极基板是通过对无纺织物芯(nonwoven fabric core)的表面镀镍而形成。与上述特开平第09-306484号公报中披露的泡沫镍相比，这种以无纺织物作为芯的镍电极可使镍量减小，同时保持预定的强度，并且优势在于便于制造。例如，在特开第2005-347177号公报中披露了一种电极，该电极是用活性物质填充这种电极基板而形成。

该公报披露了指定用于碱性电池的镍电极，获得所述镍电极的方法包括：对树脂制成的无纺织物的表面进行镀镍而形成集电体(多孔电极基板)，用活性物质混合物填充该集电体，之后进行压力成型。

然而，例如上述特开第2005-347177号公报中所披露的电池，其缺点在于：电池性能易于随重复充放电而下降。

这是由于下述事实：向填充有活性物质混合物的电极基板施加高压的时，适于作芯的无纺织物的纤维交叉点在压缩后移位。在此情况下，如果使纤维交叉点在加压前的状态和加压后的状态之间变化，则电极基板的三维网状结构将断裂而在镀覆于纤维表面的镍中产生裂纹和/或使电极基板中的孔隙收缩，从而导致电池性能下降。