電池電極基板用金屬片材及使用該金屬片材的電池電極的製作方法
2023-11-10 09:22:47 2
專利名稱：電池電極基板用金屬片材及使用該金屬片材的電池電極的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電池電極基板用金屬片材及使用該金屬片材的電池電極，特別地，本發明涉及的電池電極基板用金屬片材適用於電動汽車電源用電池的電極基板，該電池電極基板用金屬片材在電極基板的厚度增加、所塗敷的活性物質量增加的同時，所塗敷活性物質與金屬片材的密合性好，防止了活性物質從電極基板上脫落。
以往，作為由鎳·氫電池、鎳·鎘電池等的正極板及負極板組成的電極板的基板，主要是使用在由衝孔加工作穿孔處理的鐵板上鍍以鎳塗層的鍍鎳穿孔鋼板(以下，稱為衝孔金屬板)，在該衝孔金屬板上填充以活性物質，製成電極板。該電極板在圓筒型電池的場合，是以帶狀的正極板和負極板通過分隔器作蝸卷狀內置於圓筒型電池內。在塊狀電池的場合，所述的電極板通過分隔器將正極板和負極板疊層置於電池內。
上述衝孔金屬板系呈平板狀、板厚約為60μm-100μm的冷軋鋼板上施以金屬板衝孔加工，按所需型式衝出1.0mm-2.5mm的園孔，使其開孔率達40％-50％之後，再施以鎳塗層，以保持其耐腐蝕性，作為電池電極用基板。
另外，作為鋰一次電池的由正極板及負極板組成的電極板基板，主要是使用以SUS、Ti等金屬材料加工成的金屬網，該金屬網中填充活性物質後，製成電極板。在鋰二次電池中，正極板系將活性物質以所定的厚度塗敷於由鋁箔所組成的金屬芯材的二側面而製成，負極板系將活性物質以所定的厚度塗敷於由銅箔所組成的金屬芯材的二側面而製成。
又，作為空氣鋅電池正極的空氣極的基板，主要是使用金屬絲網(在SUS網眼上鍍鎳的金屬網)。另外，作為汽車用蓄電池而引人注目的鉛蓄電池上使用了由鉛合金(Pb·Sb合金、Pb·Ca合金、Pb·Ca·Sn合金等)形成的鑄造網柵及多孔網柵，在上述絲網或網柵上填充以活性物質即製成電極板。
再有，作為上述的鎳氫電池、鎳鎘電池及鋰一次電池的電極板用基板，也可使用如下製得的多孔金屬板即，對樹脂發泡體、無紡布、及網狀物等施以化學鍍層，進行導電處理後，再進行電鍍，接著，進行脫氣和燒結，製成多孔金屬材料。
以上所述的任一種電池電極用基板皆為平板狀，其形成狀態為在將活性物質從其二側面塗敷，使活性物質填充在形成於電極基板上的衝孔中的同時，也以所需的厚度，將該活性物質塗敷於該基板的二側表面。而以上所述的衝孔金屬板、金屬網、金屬絲網皆因不是三維結構，所以，其與活性物質的密接性差，活性物質的保持力低。特別是，當所形成的孔較大時，在電極製作及使用的過程中，容易發生活性物質從基板上剝離、脫落的問題。為此，也有人使用這樣的方法將粘結劑大量地添加於活性物質中，以防止其從基板上剝離、脫落。但是，大量添加粘結劑也存在著降低活性物質的反應性，使電池性能差的問題。
在上述的三維結構的泡沫狀多孔金屬材料的情況下，與衝孔金屬板和金屬絲網等的情況比較起來，則由於三維結構的開孔中填充有活性物質，其活性物質的保持力較高。然而，由於形成填充活性物質的開孔的網格較細，所以該泡沫狀多孔金屬材料的集電能力低，在進行快速充放電時，無法進行迅速的充放電。
又，以往所提供的任一種電極基板，其厚度薄，所以相應於該基板厚度方向所塗敷的活性物質的厚度也薄。由此，相對於電極厚度方向上的導電性能差，很難提高電池性能。
針對上述問題，迄今，有人在特開平7-130370號公報及特開平7-335208號公報上提出了這樣一種電極在金屬板或金屬箔上穿孔時，在孔周緣設置孔口毛邊，使包括該孔口毛邊的表觀厚度達金屬箔的2倍。然而，在進行開孔加工時，開孔的開孔率低。如果，只在開孔的周緣設置毛邊的話，則毛邊的比率小。由此產生的問題是，由於不能因上述毛邊使活性物質的保持力足夠大，所以容易產生活性物質的脫落。特別是，在以上下模具開孔的場合，其開孔率至多為50％左右，即使在各個孔的周緣設置毛邊，毛邊的佔有比率很低，而且，由於毛邊的高度作成與板厚同樣的尺寸，用毛邊來保持活性物質是不充分的。另外，由於包括該孔口毛邊的表觀厚度為金屬板厚的2倍，塗在基板上的活性物質厚度也僅是以往厚度的2倍左右，該厚度尚不至於提高電池性能。
本發明系鑑於上述問題而作，本發明的課題是，提供一種電池電極用基板及使用該電池電極用基板的電池電極，所述的電池電極用基板對活性物質的保持力大，且可將活性物質的塗敷量順其厚度方向增加。
為了解決上述課題，本發明提供了一種權利要求1的電池電極基板用的金屬片材，該金屬片材系在多孔金屬材料上，對其基準面，設置按所需的間隔向著其上方和下方曲折而形成的圓錐狀、角錐狀或波形狀的突出部，將這些突出部所包圍形成的空間作為活性物質填充空間，且，至少在這些突出部的外周面部分設置有許多孔。
上述的上下突出部系將平板狀的多孔金屬材料配置於上下一對衝壓模之間進行衝壓，即，由對於多孔金屬材料的一次衝壓作用而形成。或者，所述的上下突出部籍通過設有凹凸部的軋輥之間而形成。所述的多孔金屬材料即可以是單層結構，也可以是層疊的多層結構，其開孔率為10％-99％(權利要求5)。
如權利要求1所述，作為電極用基板的多孔金屬材料自身不是平板狀，而是作成在其上下二側設有突出部形狀的片材，所以，包括這些上下突出部的片材的表觀厚度可以達到以往基板厚度的2倍以上的非常厚的尺寸。由這些突出部所包圍形成的空間成為活性物質填充空間，可以填充活性物質。所以，所述片材不僅可以增大活性物質的塗敷厚度，同時，也因為該填充空間呈圓錐狀、角錐狀或波形狀，可以提高對填充其間的活性物質的保持力。另外，由於突出部的周面上設置有許多開孔，這些開孔中也填充有活性物質，所以，可將活性物質確實地保持於突出部之間的活性物質填充空間，防止活性物質剝離和脫落。
另外，也可以準備多塊如上所述的多孔金屬材料，將這些多孔金屬材料作上下層疊時，錯開其上下突出部的位置，使在上下疊層的多孔金屬材料之間形成空間，該空間也可作為活性物質的填充空間使用(權利要求2)。
在將上述多孔金屬材料的突出部間距作成1mm以下，並作上下層疊時，要使其上下突出部恰好互相嚙合是很困難的，因此，可使所述多孔金屬材料在層疊時其上的突出部處於自然的錯位狀態，從而可在其間形成活性物質的填充空間。
另外，如使上述多孔金屬材料下層的向上突出部的頂點與上層的向下突出部的頂點相合，則此時，由該些突出部所圍成的空間容積最大，同時，多孔金屬材料的層疊高度也達到最大，該金屬板適宜於用作厚度要求較大的電極用基板。
如上所述，將上下具有突出部的多孔金屬材料作上下層疊，則不僅可以使填充其間的活性物質的保持強度更高，且可增加活性物質的填充量。另外，可以僅由調整疊層多孔金屬材料的塊數，即可容易地調整電極用基板的厚度。
再者，也可在上述多孔金屬材料的上下突出部的頂點上分別配置平板狀的多孔金屬材料，將圍於其間的空間作為活性物質填充空間(權利要求3)。即，換言之，形成瓦楞板狀，如此，將上下突出部的開口端用平板狀的多孔金屬材料封閉，這樣，即可提高填充於上下突出部之空間的活性物質的保持力。
將上述多孔金屬材料的突出部向下、向上地反覆交替折曲，使該多孔金屬材料的突出部呈朝向左右方向的狀態，上下並列成厚幅片材，也可將圍於上述突出部之間的空間作為活性物質填充空間使用(權利要求4)。即，不用多塊多孔金屬材料，僅由折曲一塊設有突出部的多孔金屬材料，也可形成具有所需厚度的三維結構體。籍此，順次上下折曲具有突出部的多孔金屬材料，即可容易地設計製得具有任意厚度的電極基板用片材。
作為上述多孔金屬材料，最好是使用將金屬粉末軋製成片狀而形成的多孔金屬材料(權利要求6)。
作為將上述金屬粉末軋製成片狀而形成的多孔金屬材料(材料)，宜使用與本申請人的申請有關的特願平8-122534號所公開的將金屬粉末用壓花輥軋壓而形成的多孔金屬片材。在所述一對軋輥中，至少一個軋輥是在其外周面上施以由許多凹部形成的圖案加工的壓花輥，對該壓花輥的外周面供給金屬粉末，使金屬粉末落於上述凹部內的同時，也使金屬粉末堆積於除凹部之外的外周表面上。所述多孔金屬片材籍該對軋輥的旋轉，直接對其外周表面上的金屬粉末進行軋壓，而得到具有一定的壓花孔的多孔金屬片材。
又，作為上述多孔金屬材料也宜使用其它如(1)設有許多小孔的金屬板或金屬箔，(2)金屬篩網、金屬絲網，(3)由三維網狀發泡體、多孔纖維狀樹脂或篩網體的單體或它們的一種或二種以上的層疊體所組成，在電鍍、蒸鍍、塗布金屬粉末或噴鍍金屬之後，再經由脫氣、燒結而形成的金屬多孔體，(4)由金屬纖維等組成的金屬多孔體等(權利要求7)。
作為上述多孔金屬材料較好的是使用如本申請人已提供的許多多孔金屬材料。即，可以使用或組合使用本申請人先前已申請的金屬多孔製品，例如，記載於特開平2-274895號、特公平7-6076號、特公平7-6077號、特公平7-116635號、特開平3-241662號、特開平7-118713號、特開平7-118701號、特開平7-118706、特願平5-310748號、特願平6-182509號、特願平6-220622號、特願平6-220625號、特願平6-291464號、特願平7-295734號、特願平6-302504號、特願平7-190671號或特願平7-295737號上的金屬多孔製品。
由上述金屬纖維所組成的金屬多孔製品系公開於本申請人的申請特願平7-295737號的金屬多孔製品，該金屬多孔製品系在金屬纖維交錯混合的同時，交錯的金屬纖維之間發生直接粘結，形成包圍開孔的骨架，成為維紡絲法或金屬箔切斷法製成的金屬細絲，或由振動切削法切削金屬棒或金屬箔卷形成的絲狀金屬所組成。
上述多孔金屬材料上設有開孔，如衝孔狀、網狀、蜂窩狀、絲網狀、網柵狀、多孔泡沫狀、篩網狀、花邊狀等(權利要求8)。
又，本發明的權利要求9提供了一種電池電極基板用的金屬片材，該金屬片材不是在多孔的電池電極基板用金屬片材上，而是在實心的金屬片材或金屬箔上，對其基準面，設置按所需的間隔向著其上方和下方折曲而形成的圓錐狀、角錐狀或波形狀的突出部，形成電池電極用基板金屬片材。該實心的電極基板用金屬片材可適用於鋰二次電池所用的電極基板用片材。
又，較好的是，將上述實心的金屬製片材作為芯材，至少在其二側面的一面層疊其它的金屬材料(權利要求10)。例如，在實心的金屬箔的二側面上層疊泡沫狀多孔金屬層，使其與該金屬箔一體化，用衝壓金屬模或軋輥在該層疊製品的上下側形成突出部，從而形成該層疊製品。所述的金屬片材由於在金屬箔二側面上的泡沫狀多孔金屬材料的開孔中填充有活性物質，所以，其可在提高活性物質的保持力的同時增加其表觀厚度，因而可以厚厚地塗敷活性物質。
上述的金屬片材可以由Ni、Al、Cu、Fe、Ag、Zn、Sn、Pb、Sb、Ti、In、V、Cr、Co、C、Ca、Mo、Au、P、W、Rh、Mn、B、Si、Ge、Se、Ln、Ga、Ir或它們的合金組成(權利要求11)。
較好的是，突出於上述多孔金屬材料或實心的金屬材料上方的突出部和突出於其下方的突出部連續，從其上方突出部的下端向其下方突出，形成下方突出部，成為無平面狀基準面的形狀(權利要求12)。
即，如作成該形狀，則成為從圓錐狀或角錐狀的凹曲部分，及從各邊的上端突出的突出部所圍成的狀態，形成一個活性物質的填充空間，該空間的深度相當於上下突出部的高度(表觀高度)。如此，由於增大了活性物質填充空間，可以增大活性物質的填充量，提高電池的性能。
使由折曲於上述上方和下方所形成的突出部的上下頂端間的距離所測得的金屬片材的表觀厚度作成為多孔或實心的金屬材料厚度的3-500倍(權利要求3)。該金屬片材的表觀厚度為0.03mm-5.0mm(權利要求14)。
如上所述，使金屬材料自身折曲，形成於上下方向的突出部，則可將金屬片材的表觀厚度任意地增大至金屬材料厚度的3-500倍範圍內所希望的厚度。例如，在10μm的金屬箔的上下二側面設置5mm的突出部，則其表觀厚度達500倍。由此，填充於這些突出部之間的活性物質填充空間其表觀厚度達500倍。由此，填充於這些突出部之間的活性物質填充空間內的活性物質的量，與不設有突出部的場合比較起來，可達數百倍，這樣，即可增大活性物質的厚度方向，提高集電能力，使快速的充放電成為可能。
較好的是，上述圓錐狀或角錐狀突出部的厚度沿著其端部走向而減小；在其向下的突出部上，其上端基準側部的厚度最大；而在其向上的突出部上，其下端的基準側部的厚度最大(權利要求15)。如此，將位於上下突出部中央的基準部厚度作成最大，則可保持金屬片材的強度；另一方面，使突出部的前端一側延伸變薄，則可增大突出部的高度，增加表觀厚度，從而增加活性物質的填充量。
本發明又提供了一種使用如權利要求1至權利要求15之任一項所述的電池電極基板用金屬片材，在其突出部所圍成的空間中填充活性物質的電池用電極(權利要求16)。
在成凹曲狀設置於上述電極中的上下方向的圓錐狀、角錐狀或波紋狀中的活性物質填充空間中，填充有活性物質，由於所填充的該活性物質，其整個外周被突出部所包圍，所以，可以在提高活性物質保持力的同時，增加活性物質的填充量。另外，電極極板為多孔性，在其突出部的外周面上開設有孔，在該開孔內也填充有活性物質，使活性物質難於剝離、脫落。
上述活性物質中也可含有導電材料(權利要求17)。即，由於被所述的突出部包圍的活性物質填充空間增大使活性物質的填充量也增大，但是，由於活性物質中通常並不含有導電材料，所以，其導電性成為問題。由此，在活性物質的填充空間大、導電性能差的場合，在活性物質中最好含有導電材料。
再有，本發明在權利要求18中提供的電池具有如權利要求16或17中所述的電池用電極。該電極由於厚度大，可增大活性物質的填充量，因此特別適於作電動汽車用的電源電池。
發明的實施方式以下，參照
本發明的實施方式。
圖1至圖8所示為第一實施方式，該第一實施方式的金屬片材S系在按一定的圖案、具有園孔的衝孔狀的多孔金屬材料(材料)1上，使向著上方突出的稜錐狀的向上突出部2，以及向著下方突出的稜錐狀的向下突出部3成如圖所示的縱橫方向的交錯形成。在圖1中，向下突出部3的部分以斜線表示。即，該向下突出部3為這樣的結構以向下突出部3包圍向上突出部2的周圍，同時，以向上突出部2包圍向下突出部3的周圍；向上突出部2四周的下端2a成為向下突出部3的上端3a，成為連續的結構，基準線L上不設置水平面，金屬片材S為由向上突出部2和向下突出部3構成的整體結構。另外，不言而喻，上下突出部2、3也可有間隔地形成，並留有沿基準線L的平面。
上述向上突出部2及向下突出部3因是折曲多孔金屬材料1而形成的，所以，當然，在其傾斜的外周周面上開設有許多開孔2b、3b。這些開孔2b、3b形成了10％-99％的多孔金屬材料1的開孔率，且以該比率開設於突出部2、3的周面上。又，更好的開孔率為50％-90％，在本實施方式中為70％(圖中，開孔2b、3b的個數省略表示)。
上述多孔金屬材料1的厚度為10μm-100μm，所形成的金屬片材S如圖2(A)，(B)，(C)所示，其上下突出部2和3之頂點間的高度H設為0.05mm-5.0mm，其向上突出部2及向下突出部3的高度分別設定為1/2H的0.025mm-2.5mm。其向上突出部2及向下突出部3的截面形狀相同，其各自的間距P設為50μm以上。另外，向上突出部2和向下突出部3連續的基準線L部分的厚度設為大致與多孔金屬材料1的厚度相當的10μm-100μm，突出部2、3從該基準線L順向突出部2、3的前端的走向，其厚度逐漸減小，前端2c、3c的厚度為5μm-80μm。
上述金屬片材S籍將如圖3(A)所示的開孔率10％-99％的多孔金屬材料1通過如圖3(B)所示的設有凹凸齒形狀的一對軋輥10A、10B之間，形成如上所述的向上突出部2和向下突出部3。又，也可用設置有上下一對凹凸狀的衝壓金屬模取代軋輥，形成上下突出部2、3。
如上所述地，在多孔金屬材料1上設置折曲形成的上下突出部2、3，形成金屬片材S，在將該金屬片材S用作電池用電極時，則如圖4(A)、(B)所示，從其上下二側面塗敷糊狀活性物質5。該活性物質5如圖所示，分別填充於被向上突出部2及與其下端連接的向下突出部3所包圍四周的、上方開口的活性物質填充空間6，以及被其上下相反的、向下突出部3及與其上端連接的向上突出部2所包圍四周的、下方開口的活性物質填充空間7，並填充至其開口端附近。詳細地說，在上方開口的活性物質填充空間6，活性物質被填充於被向下突出部3所圍成的角錐狀凹部，和與該向下突出部3的四周上端連接的向上突出部2夾合的空間，其填充深度與金屬片材的表觀高度H大致相同。填充於下方開口的活性物質填充空間7的活性物質的填充深度也與上述H的深度大致相同。這樣，由於是從上下方向填充活性物質5至深度H，活性物質的填充厚度很大。且，活性物質的填充空間6、7的四周被包圍，使填充的活性物質的保持力增強，不容易發生剝離和脫落。
又，填充於上述的上方開口及下方開口的活性物質填充空間6、7的活性物質5，也填充於多孔金屬材料1的許多開孔2b、3b中，並受其支持，所以，活性物質的保持強度很大。另外，較好的是，活性物質填充空間6、7較大時，活性物質5的內部也含有導電材料，這樣，可以更加提高其導電性能。
作為上述多孔金屬材料1，在本實施方式中，使用了由軋輥對金屬粉末材料作衝孔開孔的多孔金屬材料1。該多孔金屬材料1的製造方法系使用如圖5(A)(B)所示的具有壓花輥11的軋輥，用圖6所示的製造裝置進行製造。即，在一對軋輥中，其中一根作成按一定的間距在縱橫方向上設有半球狀凹部11a的壓花輥11，其另外一根為外周表面光滑的平面輥12。
如圖6所示，在上述壓花輥11的上方設置有以振動裝置14所支承的、其底部裝有網眼狀部分13a的篩子13，該振動裝置14使篩13作左右振動，邊搖晃，邊將金屬粉末散布於壓花輥11的上面。金屬粉末從料鬥15經定量加料器16向篩13定量進料。作為直接散布於壓花輥11之上供給的金屬粉末P，在本實施方式中，是使用了直徑2-7μm的尖峰(spike)狀的鎳粉末。散布的金屬粉末P，如圖8(A)所示，如設計了凹部11a部分，則落入該凹部11a內，此時，注意不要使金屬粉末P澱積至達到外周面11b的高度，另一方面，也不要使金屬粉末P突出於外周面11b上。另一方面，金屬粉末P澱積於凹部11a以外的外周面11b上至一定的厚度時，形成具有一定厚度的層。在此狀態下，當由一對軋輥組成的壓花輥11和平面輥12旋轉時，在接觸部位上的壓花輥11的外周面11b上的金屬粉末P因受到平面輥12的15噸重的下壓載荷而被壓縮，軋成薄的壓縮金屬片材1』。另一方面，由於凹部11a內的金屬粉末P未跑出至外周面，未受到軋輥12的擠壓，而是隨壓花輥11的旋轉從接觸部位脫落，當凹部11a朝向下方時，則如圖8(B)所示，金屬粉末P從凹部11a落下。又，當該金屬粉末從接觸部位脫落時，在上述軋制所形成的壓縮金屬片材1』也從軋輥的外周面脫落，而被引出來。
由上述軋輥軋壓的受壓金屬片材1』，如圖7所示，在相應於凹部11a的部分上開設有開孔20，同時，其相應於外周部11b的部分為包圍開孔20的部分21，尺寸L1的部分為多孔片材部分。又，未設有凹部11a的尺寸L2部分為由帶狀的金屬實心部組成的導程部。其後，上述片材1』如圖6所示，被連續地送入燒結爐25內，在非氧化氣氛中、750℃的溫度下，加熱約15分鐘，進行燒結。然後，使上述受壓金屬片材P通過由加熱至300℃-400℃的平面軋輥組成的軋輥26和27之間，邊加熱，邊在5噸的軋壓負荷下再次軋壓。接著，再被連續地送入燒結爐28內，在非氧化的氣氛中、1150℃的溫度下，加熱約15分鐘，進行燒結。然後，使所述受壓金屬片材1』通過調質軋輥29A和29B之間，進行矯正加工，作成所需厚度的多孔金屬材料1，接著，卷繞成卷。最後，使該成卷金屬材料邊退卷，邊通過如圖3所示的設有凹凸狀的軋輥10A、10B或金屬模，形成上下突出部2、3。
使用以上述壓花輥從金屬粉末形成的多孔金屬材料1，可任意地設定金屬片材的厚度及開孔率、開孔面積等，同時，由於該材料為純金屬制，所以具有優異的導電性能。
圖9(A)(B)(C)顯示了第二個實施方式，在該實施方式中，設置了平板形狀的多孔金屬材料30A，以夾合上述設有向上突出部2和向下突出部3的多孔金屬材料1，且與其向上突出部2的頂點接觸；同時，設置了平板狀的多孔金屬材料30B，以使其與向下突出部3的頂點接觸，感應加熱這些多孔金屬材料1和多孔金屬材料30A及30B的接觸點，使其熔融成一體。
如上所述，在第二實施方式中，換言之，使作成波紋瓦楞狀。設置於其片材中央部位的多孔金屬材料1的向上突出部2和向下突出部3與第一實施例不同，是作成波形形狀，且在其長度方向連續。另外，不言而喻，上下突出部2、3即可以是如同實施例1的角錐狀突出部，也可以是圓錐狀突出部。
上述設於片材中央的多孔金屬材料1系將作了開孔加工的鎳金屬箔折曲而形成。另一方面，設置於上下二面的平板狀多孔金屬材料30A、30B與實施例1同樣，使用了以軋輥軋壓金屬粉末而形成的多孔金屬材料。即，不是用軋輥先形成平板狀的金屬片材之後再在其上設以凹凸部，而是直接使用以軋輥形成平板狀的金屬片材。
在上述波紋瓦楞狀的第二實施方式中，由設置於片材中央部位的多孔金屬材料1的上下凹凸部2、3構成的活性物質填充空間6、7的開口部，由於設置於其上下側面的多孔金屬材料30A及30B而處於閉鎖狀態，所以，可以提高填充於上述空間內活性物質的保持力。另外，由於設置於上下二側面的金屬材料30A、30B也是多孔材料，所以，可以從其上下二側面將活性物質填充於活性物質填充空間6、7之間。再有，最好是將上下二側面的多孔金屬材料30A、30B的開孔率作成40％以上，使其不至於阻礙活性物質的充填，同時，該金屬材料的開孔率應設在60％以下，以提高其對活性物質的保持功能。
圖10(A)(B)顯示了第三個實施方式，該實施方式使用了3塊設有與第一實施方式同樣的角錐狀向上突出部2和向下突出部3的多孔金屬材料1，將該3塊金屬材料層疊，在此狀態下感應加熱，使其熔融成一體。另外，層疊的金屬材料塊數不限於3塊，為了滿足作為電池電極用基板所要求的厚度，可以層疊任意塊數。
上述層疊的多孔金屬材料1與第一實施方式一樣，使用了以軋輥軋壓金屬粉末而形成片狀的多孔金屬材料，由模壓加工形成上下突出部2、3。這些上下突出部2、3設置0.7mm的間距，且該突出部2、3的大小相同，因此，在作上下疊層的狀態下，其上下突出部2、3必然呈不一致。由此，如圖10(A)所示，其下層的多孔金屬材料1的向上突出部2碰接於上層的多孔金屬材料1的向下突出部3的斜面，其間可形成活性物質填充空間31。
又，如圖10(B)所示，使其下層的多孔金屬材料1的向上突出部2的頂點和其上層的多孔金屬材料1的向下突出部3的頂點一致，則可使其間所形成的活性物質填充空間31的容積達最大。
如果是將設置有如上所述的上下凹凸部的多孔金屬材料1作成層疊結構的金屬片材，則將活性物質從其上下二側塗敷，也可將活性物質通過多孔金屬材料1的各個開孔填充於被其突出部所包圍的空間31。
作成上述結構後，則除了被開口於上下二側的突出部所包圍形成的空間，活性物質填充空間成為被上下突出部所包圍的閉合截面，可以增強活性物質的保持力。且，由層疊所需的金屬材料的塊數，可以將活性物質填充空間增大至任意的容積，從而增加其填充量。
圖11(A)(B)顯示了第四實施方式，將設置有上下突出部2、3的多孔金屬材料1作向上、下反覆交錯的折曲，形成厚幅片狀，使其上下突出部以朝向左右的狀態作上下並列，圍於上述突出部之間的空間作為活性物質填充空間。
具體地，在多孔金屬材料1上，以一定間隔的間距形成二列上下突出部2、3，將不設突出部2、3的部分1-1作成水平狀態形成側面之後，將設置有突出部2、3的部分以該突出部2、3作圖中左向突出的狀態向上折曲，接著，將未設有突出部的部分1-1折曲至水平狀態，形成上側面U，再向下折曲之後，折曲至水平，形成下側面D。由此反覆折曲，作成具有如圖示狀態的厚度為W的三維結構金屬片材。
在製成上述結構的場合，由改變上下方向的高度，可以任意地改變金屬片材的厚度。又，可用不設有突出部的部分封閉橫向的突出部2、3的開口端，以提高充填於被突出部所圍空間內的活性物質的保持力。
圖12顯示了第四實施方式的變化例，該實施形態系設置了向著向上及向下的二個折曲方向作左右向突出的突出部2、3。
圖13顯示了第四實施方式的變化例，該實施方式使用了以金屬纖維形成的、開孔率較大的無紡布狀的多孔金屬材料40作為多孔金屬材料，以取代衝孔金屬板狀的多孔金屬材料。即，預先在以金屬纖維形成的無紡布狀多孔金屬材料40上形成突出部2、3，與第三實施方式同樣，作向上和向下交錯的折曲，形成具有所需厚度的三維結構的金屬片材。
在從上述第一實施方式至第四實施方式中使用的多孔金屬材料並不限於實施例中所記載的多孔金屬材料，以下列舉的金屬材料也適用，也可使用在這些多孔金屬材料上形成有上下突出部的金屬材料。
(1)設有許多小孔的金屬板或金屬箔；(2)金屬絲網或金屬網柵；(3)在三維網狀發泡體、多孔纖維狀樹脂或網眼結構的單體或這些結構物的一種或二種以上的層疊體上，進行電鍍、蒸鍍、塗敷金屬粉末，或者噴鍍金屬粉末之後，再經脫氣、燒結所形成的多孔金屬體；(4)由金屬纖維組成的金屬多孔體。
另外，設置於上述多孔金屬材料上的孔可以是設計成衝孔狀、網眼狀、蜂窩狀、絲網狀、網格狀、泡沫狀、篩網狀、花邊狀等，只要其上的開孔率達10-99％即可。
圖14顯示了第五實施方式，該實施方式系將無孔實心的金屬箔通過一對設有凹凸部的軋輥，曲折形成角錐形狀的向上突出部2』和向下突出部3』而形成。對於該第五實施方式的金屬片材，與第一實施方式一樣，將活性物質充填於由上下角錐狀的突出部2』、3』所包圍的活性物質填充空間6』、7』中，作為電極。以上述實心的多孔金屬材料為基板設置的電極適用於作為鋰二次電池使用。
又，如第一實施方式至第五實施方式所示，向上突出部和向下突出部不一定必須連續成無基準的水平部的狀態，也可在鄰接部位處形成向上突出部和向下突出部。
圖15顯示了第六實施方式，該實施方式在與第一實施方式同樣的多孔金屬材料1的二側面上層疊泡沫狀金屬多孔體50，使它們成為一體，使該一體化的層疊體通過如同第一實施方式和第五實施方式的、設有凹凸部的軋輥，或由設有凹凸部的上下金屬模形成向上突出部2』和向下突出部3』。這些上下突出部2』和3』所夾合的空間作為活性物質填充空間6』、7』，填充有活性物質5。
這樣，由於在平滑的多孔金屬材料1的二側面層疊具有三維的開孔的泡沫狀金屬多孔體50，填充的活性物質5填充於三維結構的開孔中，從而更難被剝離和脫落。
圖16顯示了第七實施方式，該實施方式系在實心狀的金屬材料1』上形成有向上呈圓錐狀突出的向上突出部2』以及沿圖中斜線向下方向所示的方向呈圓錐狀突出的向下突出部3』。這樣，即使是作圓錐狀突出，也可如同角錐狀突出的場合一樣，包圍並確實保持活性物質，同時，增加表觀厚度，增大活性物質的塗敷量。
從上述說明顯見，在本發明中，電池電極基板用金屬片材是將作為電極用基板的金屬材料本身作成其上下二側面設有突出部的形狀，而不是平板狀，所以，可將包括這些上下突出部之內的表觀厚度作成其厚度為以往基板厚度3-500倍的非常大的厚度，這些突出部所包圍的空間可作為活性物質填充空間充填活性物質，因此，上述片材在防止活性物質的剝離和脫落的同時，也可增大活性物質的塗敷厚度。由此，本發明的電池電極基板用金屬片材與以往的平板狀金屬片材比較起來，其活性物質的厚度方向增大，可提高集電能力，並可作快速充放電。
又，由於上述填充空間為圓錐、角錐或波形的凹曲形狀，所以，可以提高填充其間的活性物質的保持力。而且，由於在突出部外周面上設有許多孔，活性物質填充於這些孔間，可確切地將活性物質保持於突出部之間的活性物質填充空間內。
再有，作為權利要求2的組成部分，將平板狀的多孔金屬材料設置於設有上下突出部的多孔金屬材料的上下側，可以增強填充於被突出部所圍的空間的活性物質的保持力。另外，由於上下配置了平板狀的多孔金屬材料，提高了活性物質的保持力，增大了形成於片材中央的多孔金屬材料上的上下突出部的突出量，增大了活性物質填充空間的容積，同時，容易增大電極用基板的厚度。
再有，作為權利要求3的組成部分，上下層疊設置設有上下突出部的多孔金屬材料，疊層之間的活性物質填充空間成為閉合的截面，可以增強活性物質的保持力。又，由疊層層數的增加，可以容易地增大電極用基板的厚度，同時，增大活性物質的填充量。
再有，作為權利要求4的組成部分，可以僅由折曲一塊多孔金屬材料，就可設計製得任意厚度的活性物質的填充空間大的、三維結構的電極用基板。
這樣，按照權利要求2至權利要求4的結構，其優點是由於活性物質的填充空間是由開孔的金屬材料所包圍，所以，可以更加提高填充於該空間的活性物質的保持力，確實可防止活性物質的剝離和脫落，且，可以增大電極用基板的厚度。
附圖的簡單說明圖1為本發明的第一實施方式的金屬片材的平面圖。
圖2(A)為圖1中的A-A向剖視圖，圖2(B)為圖1中的B-B向剖視圖，圖2(C)為圖1中的C-C向剖視圖。
圖3(A)(B)所示為上述金屬片材的製造工序示意圖。
圖4(A)(B)所示為上述金屬片材中填充於活性物質狀態的剖視圖。
圖5所示為形成上述金屬片材基材的多孔金屬材料用的軋輥，(A)為正視圖，(B)為主部剖視圖。
圖6所示為上述多孔金屬材料的製造工序圖。
圖7所示為製造的多孔金屬材料的平面圖。
圖8(A)(B)所示為上述軋輥作用的示意圖。
圖9(A)為第二實施方式的斜視圖，(B)為第二實施方式的中央的多孔金屬材料的斜視圖，(C)為填充於活性物質的狀態的剖視圖。
圖10(A)(B)為第三實施方式的正視示意圖。
圖11所示為第四實施方式，(A)為正視示意圖，(B)為斜視示意圖。
圖12所示為第四實施方式的變化例的正視示意圖。
圖13所示為其它的第四實施方式的變化例的剖視示意圖。
圖14為第五實施方式的剖視圖。
圖15為第六實施方式的剖視圖。
圖16為第七實施方式的平面示意圖。
圖中，1表示多孔金屬材料，2表示向上突出部，3表示向下突出部，2b、3b表示孔，5表示活性物質，6、7表示活性物質填充空間，S表示金屬片材。
權利要求
1.一種電池電極基板用金屬片材，該金屬片材系在多孔金屬材料上，對其基準面，設置按所需的間隔向著其上方和下方折曲而形成的圓錐狀、角錐狀或波形狀的突出部，將這些突出部所包圍形成的空間作為活性物質填充空間，且，至少在這些突出部的周面部分設置有許多孔。
2.如權利要求1所述的電池電極基板用金屬片材，其特徵在於，設置多塊所述的多孔金屬材料，將這些多孔金屬材料作上下層疊時，錯開其上下突出部的位置，使在上下疊層的多孔金屬材料之間形成空間，將該些空間作為活性物質的填充空間。
3.如權利要求1或2所述的電池電極基板用金屬片材，其特徵在於，在上述多孔金屬材料的上下突出部的頂點上分別配置平板狀的多孔金屬材料，將圍於其間的空間作為活性物質填充空間。
4.如權利要求1所述的電池電極基板用金屬片材，其特徵在於，使上述多孔金屬材料的突出部向下、向上地反覆交替折曲，使該多孔金屬材料的突出部以朝向左右方向的狀態，上下排列成厚幅片材，將圍於上述突出部之間的空間作為活性物質填充空間。
5.如權利要求1至5之任一項所述的電池電極基板用金屬片材，其特徵在於，所述的多孔金屬材料既可以是單層結構，也可以是層疊的多層結構，其開孔率為10％-99％。
6.如權利要求1至5之任一項所述的電池電極基板用金屬片材，其特徵在於，上述多孔金屬材料，系使用將金屬粉末軋製成片狀而形成的多孔金屬材料。
7.如權利要求1至6之任一項所述的電池電極基板用金屬片材，其特徵在於，上述多孔金屬材料為(1)設有許多小孔的金屬板或金屬箔；(2)金屬篩網、金屬絲網；(3)由三維網狀發泡體、多孔纖維狀樹脂或篩網體的單體或它們的一種或二種以上的層疊體所組成，在電鍍、蒸鍍、塗布金屬粉末或噴鍍金屬之後，再經由脫氣、燒結而形成的金屬多孔體；(4)由金屬纖維等組成的金屬多孔體。
8.如權利要求1至7之任一項所述的電池電極基板用金屬片材，其特徵在於，上述多孔金屬材料上設有開孔，如衝孔狀、網狀、蜂窩狀、絲網狀、網柵狀、多孔泡沫狀、篩網狀、花邊狀等。
9.一種電池電極基板用的金屬片材，該金屬片材是在實心的金屬材料狀、角錐狀或波形狀的突出部，由這些突出部所圍成的空間作為活性物質填充空間。
10.如權利要求9所述的電池電極基板用金屬片材，其特徵在於，將上述金屬片材作為芯材，至少在其二側面的一面層疊其它的金屬材料。
11.如權利要求1至10之任一項所述的電池電極基板用金屬片材，其特徵在於，所述的金屬片材由Ni、Al、Cu、Fe、Ag、Zn、Sn、Pb、Sb、Ti、In、V、Cr、Co、C、Ca、Mo、Au、P、W、Rh、Mn、B、Si、Ge、Se、Ln、Ga、Ir或它們的合金組成。
12.如權利要求1至11之任一項所述的電池電極基板用金屬片材，其特徵在於，突出於上述多孔金屬材料或實心的金屬材料上方的突出部和突出於其下方的突出部連續，從其上方突出部的下端向其下方突出，形成下方突出部，成為無平面狀基準面的形狀。
13.如權利要求1至12之任一項所述的電池電極基板用金屬片材，其特徵在於，由折曲於上述上方和下方所形成的突出部的上下頂端間的距離所測得的金屬片材的表觀厚度為多孔或實心的金屬材料厚度的3-500倍。
14.如權利要求13所述的電池電極基板用金屬片材，其特徵在於，所述金屬片材的表觀厚度為0.03mm-5.0mm。
15.如權利要求1至14之任一項所述的電池電極基板用金屬片材，其特徵在於，上述圓錐狀或角錐狀突出部的厚度沿著其端部走向而減小；在其向下的突出部上，其上端的基準側部的厚度最大；而在其向上的突出部上，其下端的基準側部的厚度最大。
16.如權利要求1至15之任一項所述的電池電極基板用金屬片材，其特徵在於，提供了在其突出部所圍成的空間中填充活性物質的電池用電極。
17.如權利要求16所述的電池電極基板用金屬片材，其特徵在於，上述活性物質中含有導電材料。
18.一種電池，所述電池具有如權利要求16或17中所述的電池用電極。
全文摘要
一種電池電極用基板及使用該電池電極用基板的電池電極,所述電池電極基板用金屬片材系在多孔金屬材料上,對其基準面,按所需間隔設置向其上、下方折曲而形成的圓錐狀、角錐狀或波形狀的突出部,將這些突出部所包圍形成的空間作為活性物質填充空間,且,至少在這些突出部的周面部分設有許多孔。上述片材在防止活性物質的剝離和脫落的同時,也可增大活性物質的塗敷厚度。由此,使用本發明的電池電極可提高集電能力等電池性能。
文檔編號H01M4/70GK1170249SQ9711315
公開日1998年1月14日 申請日期1997年5月16日 優先權日1996年5月17日
發明者杉川裕文 申請人:片山特殊工業株式會社