DE19538834A1 - Verfahren zur Herstellung der negativen Elektrode einer wiederaufladbaren Batterie - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine wiederaufladbare Nickel-Metallhydrid-Batterie mit einem zylindrisch gewickelten Schichtaufbau, bestehend aus einer positiven Elektrodenplatte, einer negativen Elektrodenplatte und einer dazwischen angeord­ neten Separatorplatte, und im einzelnen die negative Elektrode desselben.

Als wiederaufladbare Batterien werden hauptsächlich Nickel- Cadmium-Batterien verwendet. Diese haben jedoch geringe Speicher­ kapazität und ferner führt das Cadmium zu einer ernsthaften Umweltverschmutzung. Deshalb lösen wiederaufladbare Alkali- Nickel-Metallhydrid-Batterien, die keine Umweltverschmutzung bewirken und eine Speicherkapazität haben, die um 30% bis 50% größer als die von Nickel-Cadmium-Batterien ist, die Nickel-Cadmium-Batterien allmählich ab. Eine Nickel-Metallhydrid-Batterie weist ein Metalloxid als positive Elektrode und eine Wasserstoffrückhaltelegierung als negative Elektrode auf, die eine hohe Abgabedichte hat. Die Wasserstoffrückhaltelegierung absorbiert beim Aufladevorgang erzeugten Wasserstoff und gibt ihn in den Elektrolyten ab.

Im allgemeinen weist eine Nickel-Metallhydrid-Batterie einen zylindrisch gewickelten Schichtaufbau, bestehend aus einer positiven Elektrodenplatte, einer negativen Elektrodenplatte und einer dazwischen angeordneten Separatorplatte, einen Schutzbecher zur Umschließung des zylindrisch gewickelten Schichtaufbaus und einen Elektrolyten auf. Bei einer solchen wiederaufladbaren Alkalibatterie erfordert die negative Elektrode eine Träger­ einrichtung zur Abstützung einer elektrolytisch aktiven Substanz, wie etwa Ni(OH)₂, wobei diese auch als Elektrizitätssammler dient. Als Trägereinrichtung werden Ni-Schaum, Ni-Faser, perforiertes Metall usw. verwendet.

Gemäß den Fig. 5A und 5B, die den Aufbau der negativen Elektrode einer herkömmlichen wiederaufladbaren Alkalibatterie zeigen, besteht die Trägereinrichtung aus einer mit Nickel beschichteten perforierten Stahlplatte, auf deren beiden Seiten ein Brei aus einer elektrolytisch aktiven Substanz aufgebracht ist. Wenn Ni-Schaum oder Ni-Fasern mit ihrer dreidimensionalen Struktur als Trägereinrichtung verwendet werden, besteht kein Problem hinsichtlich der elektrischen Leitfähigkeit. Wenn jedoch eine perforierte Metallplatte verwendet wird, ist die elektrische Leitfähigkeit in der äußeren elektrolytisch aktiven Substanz 1 erheblich niedriger als in der zentralen Trägereinrichtung 2. Ferner kann sich die elektrolytisch aktive Substanz 1 beim Wiederaufladen und Entladen leicht von der Trägereinrichtung lösen. Wenn der Elektrodenaufbau in dem Schutzbecher ohne Verschweißen durch Lappen befestigt wird, verliert die aktive Substanz einen erheblichen Betrag der elektrischen Leitfähigkeit infolge ihrer Oxidation und des Binders und Zusatzes, die in der Elektrode enthalten sind, wobei die Tendenz einer Ablösung von den Trägermitteln während der Herstellung besteht.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine wiederaufladbare Nickel-Metallhydrid-Batterie und ein Verfahren zur Herstellung der negativen Elektrode einer wiederaufladbaren Nickel-Metall­ hydrid-Batterie zu schaffen, bei bzw. mit welchen verhindert ist, daß sich die elektrolytisch aktive Substanz von der Träger­ einrichtung löst.

Ferner soll die elektrische Leitfähigkeit der negativen Elektrode einer wiederaufladbaren Alkalibatterie erhöht sein.

Ferner soll die Festigkeit des Elektrodenaufbaus einer wiederaufladbaren Alkalibatterie verbessert sein.

Hierzu schlägt die Erfindung eine wiederaufladbare Nickel- Metallhydrid-Batterie vor, welche aufweist:
einen zylindrisch gewickelten Schichtaufbau, bestehend aus einer positiven Elektrodenplatte, einer negativen Elektroden­ platte und einer dazwischen angeordneten Separatorplatte,
einen Schutzbecher zum Umschließen des zylindrisch gewickel­ ten Schichtaufbaus, und
einen Elektrolyten, wobei die negative Elektrodenplatte aus einer elektrolytisch aktiven Substanz, einer perforierten Trägerplatte zur Abstützung der elektrolytisch aktiven Substanz, wobei die elektrolytisch aktive Substanz auf beiden Seiten der Trägerplatte aufgebracht ist, und einem zusätzlichen Träger aus einem elektrisch leitenden Netzwerk besteht, das in die Aktivsub­ stanzschicht auf der einen Seite der Trägerplatte nahe ihrer Oberfläche zur Unterstützung der Abstützung durch die Träger­ platte eingebettet ist.

Ferner schlägt die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung der negativen Elektrode einer wiederaufladbaren Nickel-Metall­ hydrid-Batterie mit einem zylindrisch gewickelten Schichtaufbau, bestehend aus einer positiven Elektrodenplatte, einer negativen Elektrodenplatte und einer zwischen diesen angeordneten Separa­ torplatte, vor, welches die Verfahrensschritte des,
Ausbildens einer mit Nickel beschichteten perforierten Stahlplatte,
Herstellens eines Breis aus elektrolytischer aktiver Substanz,
Aufbringens des Breis auf beiden Seiten der perforierten Stahlplatte,
Einbettens eines zusätzlichen Trägers aus einem elektrisch leitfähigen Netzwerk in die Aktivsubstanzschicht der einen Seite der Trägerplatte nahe ihrer Oberfläche, und
Trocknens der Aktivsubstanzschichten, die auf beiden Seiten der Trägerplatte aufgebracht sind.

Im folgenden wird eine Ausführungsform der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen im einzelnen beschrieben.

Fig. 1 ist eine Schnittansicht der negativen Elektrode einer wiederaufladbaren Alkalibatterie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 zeigt einen zusätzlichen Träger aus einem leitfähigen Netzwerk zur Unterstützung der Abstützung durch die Trägerplatte,

Fig. 3 ist eine Kennkurve zur Veranschaulichung der Entladung einer wiederaufladbaren Batterie gemäß der vorliegenden Erfindung,

Fig. 4 veranschaulicht schematisch eine Schnittansicht einer wiederaufladbaren Batterie gemäß der vorliegenden Erfindung, und

Fig. 5A und 5B veranschaulichen den Aufbau der negativen Elektrode einer herkömmlichen wiederaufladbaren Alkalibatterie.

Unter Bezug auf Fig. 4 ist eine wiederaufladbare Nickel-Metallhydrid-Batterie aus einem zylindrisch gewickelten Schicht­ aufbau 18, welcher aus einer positiven Elektrodenplatte 12, einer negativen Elektrodenplatte 16 und einer dazwischenliegenden Separatorplatte 14 besteht, aufgebaut. Dieser Elektrodenschicht­ aufbau 18 ist in einem Schutzbecher 10 eingeschlossen, der einen flüssigen Elektrolyten enthält. Ein Deckelaufbau 20 dient der Abdeckung des oberen Endes des Bechers 10.

Unter Bezug auf Fig. 1 wird zur Herstellung der negativen Elektrode der gegenständlichen wiederaufladbaren Batterie zunächst eine mit Nickel beschichtete perforierte Stahlträger­ platte 2 ausgebildet. Die Perforation ist mit 3 bezeichnet. Ein Brei 1 einer elektrolytisch aktiven Substanz wird auf beide Seiten der perforierten Stahlplatte 2 aufgebracht. Außerdem wird ein zusätzlicher Träger 4 aus einem elektrisch leitfähigen Netzwerk, wie in Fig. 1 gezeigt, in der Aktivsubstanzschicht der einen Seite der Trägerplatte 2 eng bzw. knapp unter ihrer Oberfläche angebracht. Dann werden die auf beide Seiten der Trägerplatte aufgebrachten Aktivsubstanzschichten einem Trock­ nungsprozeß unterworfen. Der nahe der Oberfläche der Aktivsub­ stanzschicht angeordnete zusätzliche Träger besteht vorzugsweise aus einem Material mit guter elektrischer Leitfähigkeit und kann irgendeine Konfiguration haben. Der zusätzliche Träger dient der Ergänzung der niedrigen elektrischen Leitfähigkeit der elek­ trolytisch aktiven Substanz.

Wie in Fig. 2 gezeigt, wird mit Abnahme der Maschengröße des Netzwerks die Leitfähigkeit erhöht und die Menge an abgelöster aktiver Substanz vermindert, die Speicherkapazität pro Einheits­ volumen des Elektrodenaufbaus aber vermindert. Der zusätzliche Träger 4 kann auf beiden Seiten der negativen Elektrode eingebet­ tet sein. Die erfindungsgemäße wiederaufladbare Alkalibatterie hat, wie in Fig. 3 gezeigt, eine verbesserte Entladungscharak­ teristik, so daß der Zyklus von Wiederaufladung und Entladung, verglichen mit dem herkömmlichen, um ungefähr 8% verbessert ist. Ferner kann der erfindungsgemäße Elektrodenaufbau im Schutzbecher ohne Verwendung von Lappen befestigt werden, womit die Produkti­ vität verbessert wird. Die vorliegende Erfindung sichert also eine hohe Produktionsrate bei der Herstellung von wiederauflad­ baren Batterien.

Claims (6)

1. Wiederaufladbare Nickel-Metallhydrid-Batterie mit einem zylindrisch gewickelten Schichtaufbau (18), bestehend aus einer positiven Elektrodenplatte (12), einer negativen Elek­ trodenplatte (16) und einer dazwischen angeordneten Separator­ platte (14),
einem Schutzbecher (10), der den zylindrisch gewickelten Schichtaufbau (18) umschließt, und
einem Elektrolyten,
wobei die negative Elektrodenplatte (16) eine elektrolytisch aktive Substanz (1) und eine perforierte Trägerplatte (2) zum Abstützen der elektrolytisch aktiven Substanz (1) aufweist, wobei die elektrolytisch aktive Substanz auf beiden Seiten der Trägerplatte (2) aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß die negative Elektrodenplatte (16) ferner einen zusätzlichen Träger (4) aus einem elektrisch leitenden Netzwerk aufweist, der in der Aktivsubstanzschicht mindestens der einen Seite der Trägerplatte (2) nahe deren Oberfläche zur Unterstützung der durch die Träger­ platte bewirkten Abstützung eingebettet ist, aufweist.

2. Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrolytisch aktive Substanz (1) eine Wasserstoffrückhaltele­ gierung ist.

3. Batterie nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrolytisch aktive Substanz Ni(OH)₂ ist.

4. Verfahren zur Herstellung der negativen Elektrode einer wiederaufladbaren Nickel-Metallhydrid-Batterie mit einem zylindrisch gewickelten Schichtaufbau, bestehend aus einer positiven Elektrodenplatte (12), einer negativen Elektrodenplatte (16) und einer dazwischen angeordneten Separatorplatte (14), wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte aufweist:
Ausbilden einer mit Nickel beschichteten perforierten Stahlplatte (2),
Herstellen eines Breis aus elektrolytisch aktiver Substanz (1)
Aufbringen des Breies auf beide Seiten der perforierten Stahlplatte,
Einbetten eines zusätzlichen Trägers (4) aus einem elek­ trisch leitfähigen Netzwerk in der Aktivsubstanzschicht minde­ stens der einen Seite der Trägerplatte (2) nahe deren Oberfläche, und
Trocknen der auf die beiden Seiten der Trägerplatte aufgebrachten Aktivsubstanzschichten.

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die elektrolytisch aktive Substanz (1) eine Wasserstoffrückhaltelegierung ist.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei die elektroly­ tisch aktive Substanz Ni(OH)₂ ist.