[发明专利]碱性蓄电池的电极及其生产方法

说明书

本发明涉及一种电极，具体地涉及一种供碱性蓄电池用的烧结型电极，和一种用于生产该电极的方法。

当随着便携式通信设备，办公自动化设施，电动工具和类似器械的用途不断增长，碱性蓄电池的市场也不断扩大时，迫切需要具有更大容量和更强性能的这类电池。

供碱性蓄电池用的电极按照它们的生产方法大致分为二类，即烧结型电极和膏状型电极；烧结型电极生产方法是在芯材料上涂一层由羰基镍粉与粘合剂搅拌而成的膏而形成衬底，再用活性材料通过电或化学方法将衬底浸渍，最后进行烧结；膏状型电极的生产方法是将包含活性材料的膏充填或涂在例如成型的金属和镍的无纺纤维那样的多孔金属体上，或者例如冲出的金属和压迫的金属那样的两维芯材料上。与膏状型电极比较，烧结型电极的特征是虽然由于衬底的孔率低而容量较低，但它在大电流时的充电-放电特性更为优越。

在烧结型衬底中也尝试增加衬底的孔率以满足更高容量的需要。然而增加孔率时会产生以下问题：降低芯材料对多孔体的粘附性，在活性材料浸渍、化学变化等步骤中衬底变形，以及镍多孔体或者浸渍或充填的活性材料自衬底脱落。

为改善芯材料对多孔体的粘附性，JP-A-51-59348建议一种方法，包括以下步骤：用5-20A/dm²的电流密度在铁板上镀镍以在铁板表面上形成粗糙电镀沉积，将镍粉粘附于以上步骤中形成的芯材料上，然后烧结。JP-B-60-41426建议的方法包括以下步骤：将烧结为平均颗粒直径0.1μm或更小尺寸的金属粉与粘合剂组成的浆涂于芯材料上，然后干燥和烧结，再将烧结为平均颗粒直径1.5～4.5μm的金属粉与粘合剂组成的浆涂于以上形成的烧结层表面上，然后干燥和烧结，JP-A-55-97403所公开的方法包括下列步骤：在芯材料上烧结一层其纤维直径为20μm或更小的镍纤维或镀镍金属纤维及然后烧结它们上面的镍粉。

上面提到的方法意欲通过增加多孔体和芯材料的接触面积以改善多孔体对芯材料的粘附性。然而在所有方法中芯材料和多孔体只是点接触，所以观察不到粘附性的实质性改善。

本发明的主要目的是为了解决上述问题而增大芯材料和烧结的镍多孔体之间的粘附强度以便在活性材料浸渍，化学变化和装配电池组合件的步骤中减小电极板变形和活性材料从衬底的脱落及以便在电极装入电池中时改善电池在大电流下的放电特性。

为解决上述问题，本发明的特征是使用一种烧结型衬底，该衬底所包含的一部分中形成烧结的镍多孔体的主体的直径在自导电芯材料与烧结的镍多孔体的接合界面向着衬底表面的方向内连续地变小。

最好在自导电芯材料两个表面向外的方向内大约1/5衬底厚度范围的区域内，形成烧结的镍多孔体的主体的直径在自导电芯材料与烧结的镍多孔体的接合界面向着衬底表面的方向内连续地变小。

此外，烧结型衬底与由P，B，S，In和As组成的组中选出的至少一种元素渗合，及在自芯材料表面向外的两个方向内大约1/5衬底厚度范围的区域内，至少一个元素在一点处的浓度随着该点逐渐靠近芯材料而连续地增大。

当镍金属与小量P，B，S，In或As渗合时，与纯镍金属的1452℃熔点比较，所得合金的熔点降低了极多。例如，双金属镍合金的熔点如下：Ni-P：880℃，Ni-B：1140℃，Ni-S：645℃，Ni-In：908℃，Ni-As：898℃。当衬底在不低于这些镍合金熔点的温度下烧结时，芯材料表面的镍合金熔化，因此芯材料与镍多孔体的接合界面快速地烧结。熔化的镍合金由于毛细管力沿着自芯材料表面向衬底表面的方向被吸入镍多孔体的孔隙内。因此当合金烧结后冷却并重新固化后，即形成一块衬底结构，其中镍多孔体主体直径沿着自芯材料向着衬底表面的方向连续地减小。当多孔体主体直径减小时，镍合金浓度也减小。

在作为熔化的镍合金与镍多孔体烧结的结果而形成的主体附近，镍多孔体趋向于具有大的芯直径。因此即使通过电或化学方法用活性材料将多孔体浸渍，有时候多孔体也不能安全地保持住活性材料。为不降低填充入衬底内的活性材料数量，存在镍合金的区域最好位于自芯材料表面向外的两个方向内大约1/5衬底厚度范围内。