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电池用极板的制造方法

xiaoxiao2020-08-01  2

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专利名称:电池用极板的制造方法
技术领域
本发明涉及一种碱性蓄电池用电极板的制造方法。
背景技术
像镍氢蓄电池、镍镉蓄电池等这样的碱性蓄电池,通过小型化,在重量节省方面会具有优越性,并且它们作为电源在个人电脑、携带式电话等上得到了广泛的应用。
在很多情形下,大量这种碱性蓄电池以电池组的方式使用,并且其中的每个碱性蓄电池需要分别具有无改变的统一充电和放电容量。
为了使电池容量统一,用于例如镍氢蓄电池中的正极板必须通过将氢氧化镍活性材料尽量统一地填入金属多孔坯体来制造。作为用活性材料填充金属多孔坯体地具体方法,有一种用糊状活性材料填充金属多孔坯体的方法是以下面这样的方式由喷嘴从金属多孔坯体的一面向另一面喷射糊状活性材料活性材料并不穿进金属多孔坯体,还有一种方法是通过将金属多孔坯体浸入糊状活性材料来填充它,等等,这些方法公开于JP-A-9-106814等中。
填充了活性材料的金属多孔坯体通过用像β射线这样的放射线穿透金属多孔坯体来控制填充活性材料的重量,如图6所示。

发明内容
根据上面的这些方法,在填充了活性材料的金属多孔坯体干燥之后对活性材料的重量进行测量。这是因为,由于水和活性材料对β射线的吸收率没有差别,除非水蒸发掉,否则无法精确测量所填充的活性材料的总量。
当金属多孔坯体填充了活性材料并干燥,并且此后所填充活性材料的总量由放射线穿透来测量时,需要很长时间来完成测量,并且填充总量的控制会有延时,导致了填入金属多孔坯体中活性材料总量的偏差。
此外,还有一个问题,如果金属多孔坯体的体积本身变化了,会导致活性材料填充的偏差。
根据本发明制造电池用极板的方法包括下面的步骤使X射线穿透所提供的核心材料,由此计算核心材料的重量;将活性材料填入该核心材料;此后再次使X射线穿透该核心材料,由此计算所填充活性材料和核心材料的重量;由上面所测得的重量之差算得活性材料的重量;当所填充材料的重量偏离给定的重量时,调整将填入核心材料中的活性材料的总量,由此抑制了所填充活性材料总量偏差的发生;然后将填充了活性材料的核心材料干燥以得到极板。
根据本发明的方法,所填充活性材料的总量在干燥之前就已经确定了,而且可迅速控制填充总量,并且,因此,可提供一种与传统方法制成的极板相比偏差——也就是活性材料的填充总量的不均衡——发生较少的电池用极板。
附图简述


图1示意性地示出了根据本发明的碱性蓄电池用正极板的制造步骤。
图2示意性地示出了X射线的发生。
图3示意性地示出了用活性材料糊填充金属多孔坯体1。
图4为根据本发明制造电池用极板的装置的示意图。
图5示意性地示出了根据比较实施例的碱性蓄电池用正极板的制造步骤。
图6示意性地示出了β射线的发生。
实现本发明的最佳方式
本发明为电池用极板的制造方法,它包括供应步骤,连续供应核心材料;测重步骤1,用X射线照射核心材料,测量X射线穿透量,并根据穿透量得到单位面积上的核心材料重量;填充步骤,用给定重量的活性材料填充核心材料;测重步骤2,用X射线照射填充了活性材料的核心材料,测量X射线穿透量,并根据穿透量得到单位面积上的核心材料和所填充活性材料的重量;重量计算步骤,计算测重步骤2中所测得的重量值和测重步骤1中所测得的重量值之差来得到所填充活性材料的重量;反馈控制步骤,万一重量计算步骤中算得的已填充活性材料的重量偏离上面提到的给定重量超过允许的范围,对将要填充的活性材料的重量进行反馈控制,所述的反馈控制根据活性材料的偏离重量进行;干燥步骤,对所填充活性材料进行干燥。
本发明的方法特征在于重量是根据X射线的穿透量来计算的。由于核心材料和活性材料的X射线吸收率与水的X射线吸收率很不相同(大约1/20),所以它们的重量可以无需干燥步骤就得到精确计算,与用β射线的重量计算不相同。此外,由于可在将活性材料填入核心材料之后马上确定所填充活性材料的重量,因此没有干燥的时间损失,并且可迅速进行将填充活性材料的重量控制。因此,可提供一种所填充活性材料的重量偏差较小的电池用极板。
只要能用作电极衬底,核心材料并没有特别的限制,并且可具有箔片、薄板、穿孔坯体、条板、多孔坯体等形状。
在使用诸如箔片或薄板这些重量偏差较小的核心材料的情形中,上面所提到的涉及到核心材料重量计算的步骤可以省略,并且,特殊地,所填充活性材料重量偏差较小的电池用极板也可通过包括下面步骤的方法来给出供应步骤,连续供应核心材料;填充步骤,用给定总量的活性材料来填充核心材料;重量计算步骤,用X射线照射填充了活性材料的核心材料,测量X射线穿透量,并根据穿透量得到单位面积上已填充核心材料的重量;反馈控制步骤,万一重量计算步骤中算得的已填充活性材料的重量偏离上面提到的给定重量超过允许的范围,对将要填充的活性材料的重量进行反馈控制,所述的反馈控制根据活性材料的偏离重量进行。
另一方面,在使用诸如穿孔坯体或多孔坯体(与箔片和薄板相比,它们的重量偏差较大)这样的核心材料的情形中,最好要进行上面所提到的涉及到核心材料重量计算的步骤。而且,当用多孔坯体作为核心材料时,还要事先进行一个减小核心材料本身重量偏差的步骤。
也就是说,本发明进一步涉及一种制造电池用极板的方法,它包括下面步骤供应步骤,连续供应具有三维连通空间(three-dimensionally communicating space)的金属多孔坯体;厚度调节步骤,调节金属多孔坯体的厚度;测重步骤1,用X射线照射金属多孔坯体,测量X射线的穿透量,并根据穿透量得到单位面积上金属多孔坯体的重量;填充步骤,用给定重量的活性材料填充金属多孔坯体;测重步骤2,用X射线照射填充了活性材料的金属多孔坯体,测量X射线穿透量,并根据穿透量得到单位面积上金属多孔坯体和所填充活性材料的重量;重量计算步骤,计算测重步骤2所测得的重量和测重步骤1所测得的重量之差来得到所填充活性材料的重量;反馈控制步骤,万一重量计算步骤中算得的已填充活性材料的重量偏离上面提到的给定重量超过允许的范围,对将要填充的活性材料的重量进行反馈控制,所述的反馈控制根据活性材料的偏离重量进行;干燥步骤,对所填充活性材料进行干燥。
具有三维连通空间的金属多孔坯体在体积上大于穿孔金属板,而且由于该体积有偏差,可通过在填充活性材料之前调节厚度来有效地统一体积。如果加上这一步骤,可进一步抑制填入金属多孔坯体中的活性材料重量的偏差。厚度调节的方法并没有限制,它可以通过,例如,滚筒滚压来进行。滚压程度可依赖于金属多孔坯体的物理性质来随意设定。
上面所提到的本发明的方法可使用例如图4中所示的制造电池用极板的设备来实现。参看图4,核心材料10用传送装置——例如滚筒11——来传送,并且在传送路线上顺序安置下面这些装置X射线护罩中的X射线发生器1和相对X射线发生器1的X射线探测器1,填料装置——例如喷嘴,X射线护罩中的X射线发生器2和相对X射线发生器2的X射线探测器2,以及分配装置。
首先,用X射线发生器1放出的X射线照射核心材料,穿过核心材料的X射线穿透量X1被X射线探测器1探测到并送入控制装置的X射线穿透量处理单元中。然后,用填料装置将活性材料填入核心材料。其后,用X射线发生器2放出的X射线照射填充了活性材料的核心材料,穿过核心材料的X射线穿透量X2被X射线探测器2探测到并送入控制装置的X射线穿透量处理单元中。
控制装置具有X射线穿透量处理单元、预先存储了重量计算数据和重量检验数据的存储单元。X射线穿透量处理单元首先利用存储在存储单元中的X射线穿透量X1的比较量数据D1和核心材料的重量W1来基于X射线穿透量X1计算核心材料的重量W1。比较量数据D1通过事先用X射线吸收系数作为变量获得X射线穿透量和核心材料重量之间的相关性来制定。
然后,X射线穿透量处理单元利用存储在存储单元中的X射线穿透量X2的比较量数据D2和填充了活性材料的核心材料的重量W2来基于X射线穿透量X2计算填充了活性材料的核心材料的重量W2。
这里,比较量数据D2通过事先用核心材料的X射线吸收系数和活性材料的X射线吸收系数作为变量获得X射线穿透量和核心材料重量之间的相关性来制定。正如上面所提到的,由于核心材料和活性材料的X射线吸收系数与水的X射线吸收系数有很大的不同,该相关性可只用核心材料和活性材料的X射线吸收系数作为变量来得到,而无需使用水的X射线吸收系数,但是水的X射线吸收系数也可用上。
所填充活性材料的总量W3由上面得到的W2和W1之差——即,W2-W1——来计算,并送入存储单元。在存储单元中,预先存储了活性材料的标准重量Wn和任意设定的允许误差范围Dn作为重量检验所用的数据。
在存储单元中,将所填充活性材料的总量W3与标准重量Wn和允许误差范围Dn作比较,判断W3是否处于标准重量Wn附近允许误差范围Dn内,也就是说,此重量是允许的还是不允许的。结果输出到控制单元。
当控制单元收到一个不允许总量的控制信号时,它控制来自填料装置的填料总量或传送装置的传送速度来控制填入核心材料的活性材料总量,并且抑制所填充活性材料总量的偏差。
上面的设备可在末端具有一个分配装置,如果重量是允许的,则该分配装置将该成品作为正品送到一个预定的地方,如果重量是不允许的,则该装置将该成品作为次品送到一个预定的地方。
此外,上面的设备在开始部分可有厚度调节装置,例如滚筒,以减小核心材料本身的重量偏差。
在使用重量偏差较小的核心材料——例如箔片或薄板——的情形中,可省略使用X射线发生器1和X射线探测器1对核心材料重量的控制,将被填充的核心材料总量可利用填充了活性材料的核心材料的重量来控制。
实例
根据本发明的碱性蓄电池用极板的制造方法将用下面的实例来进行说明。
将十份(按重量)镍金属粉末和5份(按重量)氧化钴粉末加入100份(按重量)氢氧化镍中,然后进行粉末混合。将水作为弥散剂加入上面所得的混合物中以使水在整个糊状物中的比例在重量上占25%,将这些揉制到一起来预备活性材料糊。该活性材料糊的X射线吸收系数为16.45。
图1示意性地说明了根据本发明一个实施方案的碱性蓄电池用正极板的制造步骤。制造步骤的细节将在下面说明。
在图1中所示的步骤1,厚度为3.0mm、孔隙度为98%、孔隙平均直径为200μm的条形海绵状镍金属多孔坯体1被送入两个铁制厚度调节滚筒之间,来将其厚度调节为2.5mm。
在图1中所示的步骤2,正如在示意性地示出X射线的发生的图2中一样,从X射线发生器3产生X射线(X射线能量为20kev),用X射线照射金属多孔坯体1以使X射线穿过该多孔坯体,穿过多孔坯体的X射线穿透量由探测器4探测,并利用X射线吸收系数来计算单位面积上金属多孔坯体1的重量。
此计算用像上面所提到的那样事先准备的显示出X射线穿透量和金属多孔坯体重量之间关系的比较量数据来进行。
在图1中所示的步骤3,正如在示意性地示出用活性材料糊填充金属多孔坯体的图3中一样,喷嘴5相对于金属多孔坯体1的一面放置,在金属多孔坯体1本身沿其长度方向运动时,用喷嘴5向金属多孔坯体1填充活性材料糊。
在此情形中,喷嘴5和金属多孔坯体1之间的距离保持在0.1mm,总量一定的糊状活性材料从喷嘴5放出来进行用糊状活性材料对多孔坯体的填充。在用此糊对多孔坯体的填充中,调节多孔坯体的运动速度以使从一面填充的糊没有到达多孔坯体的另一面,并且,结果,该运动速度优选为7m/min。
在图1中所示的步骤4,正如图2中所示,X射线从X射线发生器3产生,并可穿过填充了活性材料糊的金属多孔坯体1,穿透多孔坯体的X射线由探测器4探测,并像上面提到的那样利用X射线吸收系数来计算单位面积上活性材料糊和金属多孔坯体1的重量。由于活性材料糊(X射线吸收系数=0.692)中水的X射线吸收系数大约为氢氧化镍的1/20,因此水的总量可以忽略。
在图1中所示的步骤5,由步骤4算得的单位面积上活性材料糊和金属多孔坯体1的重量和步骤2所得的单位面积上金属多孔坯体1的重量之差得到单位面积上活性材料糊的重量。万一该重量超过给定的重量范围,对步骤3给出一个信号,进行活性材料糊重量的反馈,借此将填充活性材料的总量马上得到调节。
在图1中所示的步骤6,在本发明实例中,填充了活性材料糊的金属多孔坯体1被干燥以得到正极板6。在步骤7取起正极板6,在步骤8制造合适电池尺寸的正极板6。
在这个实例中,正极板6被滚压成厚度为0.8mm,并切成长度为110mm、宽度为60mm(这是A号碱性蓄电池正极板的尺寸)。这样,制造了10000个极板。
比较实例
接着,下面将示出一个比较实例。
使用与实例中组分相同的活性材料糊和相同的金属多孔坯体1。
图5示意性地说明了根据比较实例的碱性蓄电池用正极板的制造步骤。制造步骤的细节将在下面说明。
在图5中所示的步骤1,喷嘴5相对于一条形海绵状镍金属多孔坯体1的一面放置,该多孔坯体厚度为3.0mm,孔隙度为98%,孔隙平均直径为200μm;使用这个喷嘴5,在金属多孔坯体1本身沿其长度方向按实例中相同的方式运动的同时,金属多孔坯体被填充活性材料糊。多孔坯体在步骤2中被干燥以得到比较实例的正极板7。
在图5中所示的步骤3,正如示意性地示出β射线发生的图6中一样,β射线由β射线发生器8产生并穿过填充了活性材料糊的金属多孔坯体1,穿过多孔坯体的β射线由β射线探测器9探测。利用β射线吸收系数计算单位面积上活性材料糊和金属多孔坯体1的重量,从得到的重量中减去单位面积上金属多孔坯体1的重量以得到活性材料糊的重量。在步骤4取起正极板8。
这里,正极板7的重量在将正极板7干燥之后用β射线照射来测量。这是因为水的β射线吸收系数和氢氧化镍的吸收系数之间相差很小,无法区分。
此外,单位面积上活性材料糊的重量是基于标准值的,假设金属多孔坯体1的重量没有偏差。
如上获得的正极板7被滚压成厚度为0.8mm,并切成长度为110mm、宽度为60mm(这是A号碱性蓄电池正极板的尺寸)。这样,制造了10000个极板。
然后,分别从正极板6和正极板7中选出100个极板,并测量所填充活性材料糊的重量。重量偏差示于表1中。
表1
正如表1中所示,实例中所填充活性材料糊的重量偏差为±1.66%,而比较实例中所填充活性材料糊的重量偏差为±3.32%。
这是因为,在实例中,由于利用了X射线,可以无需将正极板6干燥就测量所填充活性材料糊的总量,而且,除此之外,所填充活性材料糊可以当进行已测量总量的立即反馈时来测量。此外,在实例中,测量了金属多孔坯体1的重量,正极板6的重量在用活性材料糊填充金属多孔坯体1之后测量,活性材料糊的重量通过从正极板6的重量中减去金属多孔坯体1的重量得到精确测量。
另一方面,在比较实例中,将正极板7干燥之后,利用β射线测量活性材料糊的重量和金属多孔坯体1的重量,并计算活性材料糊的重量。因此,不能直接测量活性材料糊的重量。此外,由于正极板的重量是在干燥之后测量的,即使重量偏差变大,也不能马上实行对填充步骤的反馈,从而偏差变大。
上面的实例示出了一种包含填充了活性材料糊的金属多孔坯体的正极板的制造方法,但它也可通过用储氢合金包裹穿孔金属而应用于某种制造方法中。
当用通过这些方法制造的正极板和负极板制作像镍金属氢化物蓄电池和镍镉蓄电池这样的碱性蓄电池时,可构成低电池容量偏差的高容量碱性蓄电池。
在上面的实例中,在用活性材料糊从金属多孔坯体的一面向另一面对该金属多孔坯体进行的填充中,用到了一种利用X射线控制填充总量的方法,这种利用X射线控制填充总量的方法也可用于下面的电极构造方式中将金属多孔坯体浸入活性材料糊中以用此糊来填充多孔坯体,或用活性材料糊或储氢合金糊包裹穿孔金属。
此外,像穿孔金属这样的核心材料无需调节其厚度,与金属多孔坯体不同,后者需要调节厚度。
工业应用
正如上面所说明的,根据本发明,可构造活性材料填充总量偏差较小的电极。此外,当这些电极用在电池上时,可构造充放电容量偏差较小的精良电池。
权利要求
1.一种制造电池用极板的方法,包括下面的步骤
供应步骤,连续供应核心材料;
测重步骤1,用X射线照射核心材料,测量X射线的穿透量,并根据穿透量得到单位面积上核心材料的重量;
填充步骤,用给定重量的活性材料填充核心材料;
测重步骤2,用X射线照射填充了活性材料的核心材料,测量X射线穿透量,并根据穿透量得到单位面积上核心材料和所填充活性材料的重量;
重量计算步骤,计算测重步骤2所测得的重量值和测重步骤1所测得的重量值之差来得到所填充活性材料的重量;
反馈控制步骤,万一重量计算步骤中算得的已填充活性材料的重量偏离上面提到的给定重量的允许的范围,对将要在填充步骤填充的活性材料的重量进行反馈控制,所述的反馈控制根据活性材料的偏离重量进行;以及
干燥步骤,对所填充活性材料进行干燥。
2.一种制造电池用极板的方法,包括下面的步骤
供应步骤,连续供应核心材料;
填充步骤,用给定总量的活性材料来填充核心材料;
重量计算步骤,用X射线照射填充了活性材料的核心材料,测量X射线穿透量,并根据穿透量得到单位面积上已填充核心材料的重量;
反馈控制步骤,万一重量计算步骤中算得的已填充活性材料的重量偏离上面提到的给定重量的允许的范围,对将要在填充步骤填充的活性材料的重量进行反馈控制,所述的反馈控制根据活性材料的偏离重量进行。
3.一种制造电池用极板的方法,包括下面的步骤
供应步骤,连续供应具有三维连通空间的金属多孔坯体;
厚度调节步骤,调节金属多孔坯体的厚度;
测重步骤1,用X射线照射金属多孔坯体,测量X射线的穿透量,并根据穿透量得到单位面积上金属多孔坯体的重量;
填充步骤,用给定重量的活性材料填充金属多孔坯体;
测重步骤2,用X射线照射填充了活性材料的金属多孔坯体,测量X射线穿透量,并根据穿透量得到单位面积上金属多孔坯体和所填充活性材料的重量;
重量计算步骤,计算测重步骤2所测得的重量和测重步骤1所测得的重量之差来得到所填充活性材料的重量;
反馈控制步骤,万一重量计算步骤中算得的已填充活性材料的重量偏离上面提到的给定重量的允许的范围,对将要在填充步骤填充的活性材料的重量进行反馈控制,所述的反馈控制根据活性材料的偏离重量进行;以及
干燥步骤,对所填充活性材料进行干燥。
4.根据权利要求1-3中任意一个的电池用极板制造方法,其中活性材料为主要由氢氧化镍或储氢合金糊组成的糊。
5.根据权利要求1的电池用极板制造方法,其中核心材料为穿孔金属板。
6.一种制造电极的设备,包括下面的装置
X射线发生装置和X射线探测装置,用以测量穿过填充了活性材料的核心材料的X射线穿透量;
X射线穿透量处理装置,用以基于X射线穿透量判断已填充活性材料的重量是允许的还是不允许的;以及
控制装置,用以基于表示不允许总量的信号来控制活性材料的填充总量。
7.一种制造电极的设备,其特征在于包括下面的装置
X射线发生装置和X射线探测装置,用以测量穿过核心材料的X射线穿透量;
活性材料填充装置;
X射线发生装置和X射线探测装置,用以测量穿过填充了活性材料的核心材料的X射线穿透量;
X射线穿透量处理装置,用以通过基于穿过核心材料的X射线穿透量和穿过填充了活性材料的核心材料的X射线穿透量计算已填充活性材料总量,来判断已填充活性材料重量是允许的还是不允许的;以及
控制装置,用以基于表示不允许总量的信号来控制活性材料的填充总量。
8.根据权利要求6或7的设备,包括分配装置,用以从所填充活性材料总量判断为允许的核心材料中区别出所填充活性材料总量判断为不允许的核心材料,并将其移除。
9.根据权利要求7的设备,另外包括调节核心材料厚度的装置。
全文摘要
根据本发明的电池用极板制造方法,包括使X射线穿过所给的核心材料,从而计算核心材料的重量;用活性材料填充核心材料;然后再次使X射线穿过该核心材料,从而计算所填充活性材料和核心材料的重量;基于这些测得的重量之差来计算活性材料的重量;如果所填充活性材料的重量偏离给定重量,则调节将填入核心材料中的活性材料的重量,从而抑制了已填充活性材料的总量偏差;然后将填充了活性材料的核心材料干燥以制成电极。
文档编号H01M4/38GK1418382SQ0180685
公开日2003年5月14日 申请日期2001年7月2日 优先权日2000年7月3日
发明者川口伸幸, 三栗谷仁, 伊藤义则, 西嵨宏昌 申请人:松下电器产业株式会社

【专利交易】【专利代理】【商标和版权申请】【高新技术企业认定】Tel:18215660330

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