DE19538834A1 - Nickel-metallic hydride battery - Google Patents

Nickel-metallic hydride battery

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Abstract

A nickel-metallic hydride battery has a cylindrically rolled layered material made of a positive electrode, a negative electrode and a separator between them. The negative electrode has an electrolytically active material on both sides of a perforated plate to hold it, serving as a collector. There is an electrolyte and a protective container around the whole lot. The negative electrode plate also has a carrier for an electrically conducting mesh which is embedded in the active material at least on one side of the perforated plate near its surface to support its function. The active material is a compound which retains hydrogen, such as nickel hydroxide.

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.The present invention relates to a rechargeable Nickel-metal hydride battery with a cylindrical wound Layer structure, consisting of a positive electrode plate, a negative electrode plate and one in between neten separator plate, and in particular the negative electrode the same.

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.The main rechargeable batteries are nickel Cadmium batteries used. However, these have low memory capacity and furthermore the cadmium leads to a serious one Environmental pollution. Therefore, rechargeable alkali Nickel metal hydride batteries that do not pollute effect and have a storage capacity that is 30% to 50% larger than that of nickel-cadmium batteries, the nickel-cadmium batteries  gradually. A nickel metal hydride battery has a metal oxide as a positive electrode and a Hydrogen retention alloy as a negative electrode on that has a high dispensing density. The hydrogen retention alloy absorbs and releases hydrogen generated during the charging process in the electrolyte.

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.Generally, a nickel metal hydride battery has one cylindrical wound layer structure, consisting of a positive electrode plate, a negative electrode plate and a separator plate arranged in between, a protective cup to enclose the cylindrical wound layer structure and an electrolyte. With such a rechargeable Alkaline battery requires the negative electrode support device for supporting an electrolytically active substance, such as Ni (OH) ₂, which also serves as an electricity collector serves. Ni foam, Ni fiber, perforated metal etc. used.

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.Referring to FIGS. 5A and 5B, which show the structure of the negative electrode of a conventional rechargeable alkaline battery, the carrier device consists of a nickel-plated perforated steel plate, a slurry is applied from an electrolytically active substance on both sides thereof. If Ni foam or Ni fibers with their three-dimensional structure are used as the carrier device, there is no problem in terms of electrical conductivity. However, if a perforated metal plate is used, the electrical conductivity in the outer electrolytically active substance 1 is considerably lower than in the central carrier device 2 . Furthermore, the electrolytically active substance 1 can easily detach from the carrier device during recharging and discharging. If the electrode assembly is ragged into the protective cup without welding, the active substance loses a significant amount of electrical conductivity due to its oxidation and the binder and additive contained in the electrode, with a tendency to detach from the carrier during manufacture consists.

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.The object of the invention is therefore a rechargeable Nickel-metal hydride battery and a manufacturing process the negative electrode of a rechargeable nickel metal to create a hydride battery, with which is prevented, that the electrolytically active substance from the carrier facility triggers.

Ferner soll die elektrische Leitfähigkeit der negativen Elektrode einer wiederaufladbaren Alkalibatterie erhöht sein.Furthermore, the electrical conductivity of the negative Electrode of a rechargeable alkaline battery may be raised.

Ferner soll die Festigkeit des Elektrodenaufbaus einer wiederaufladbaren Alkalibatterie verbessert sein.Furthermore, the strength of the electrode structure should be one rechargeable alkaline battery will be improved.

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.To this end, the invention proposes a rechargeable nickel-metal hydride battery which has:
a cylindrically wound layer structure consisting of a positive electrode plate, a negative electrode plate and a separator plate arranged between them,
a protective cup for enclosing the cylindrical winding layer structure, and
an electrolyte, the negative electrode plate consisting of an electrolytically active substance, a perforated carrier plate for supporting the electrolytically active substance, the electrolytically active substance being applied to both sides of the carrier plate, and an additional carrier consisting of an electrically conductive network which is incorporated in the Aktivsub stanzschicht is embedded on one side of the support plate near its surface to support the support by the support plate.

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.Furthermore, the invention proposes a method for producing the negative electrode of a rechargeable nickel-metal hydride battery with a cylindrically wound layer structure, consisting of a positive electrode plate, a negative electrode plate and a separator plate arranged between them, which process steps of
Forming a nickel-plated perforated steel plate,
Making a slurry of electrolytic active substance,
Applying the pulp on both sides of the perforated steel plate,
Embedding an additional carrier from an electrically conductive network in the active substance layer of one side of the carrier plate near its surface, and
Drying the active substance layers, which are applied on both sides of the carrier plate.

Im folgenden wird eine Ausführungsform der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen im einzelnen beschrieben.In the following, an embodiment of the invention will be described of the accompanying drawings.

Fig. 1 ist eine Schnittansicht der negativen Elektrode einer wiederaufladbaren Alkalibatterie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, Fig. 1 is a sectional view of the negative electrode of a rechargeable alkaline battery according to an embodiment of the present invention,

Fig. 2 zeigt einen zusätzlichen Träger aus einem leitfähigen Netzwerk zur Unterstützung der Abstützung durch die Trägerplatte, Fig. 2 shows an additional carrier of a conductive network to support the support by the support plate,

Fig. 3 ist eine Kennkurve zur Veranschaulichung der Entladung einer wiederaufladbaren Batterie gemäß der vorliegenden Erfindung, Fig. 3 shows a characteristic curve illustrating the discharge is of a rechargeable battery according to the present invention,

Fig. 4 veranschaulicht schematisch eine Schnittansicht einer wiederaufladbaren Batterie gemäß der vorliegenden Erfindung, und Fig. 4 illustrates schematically a sectional view of a rechargeable battery according to the present invention, and

Fig. 5A und 5B veranschaulichen den Aufbau der negativen Elektrode einer herkömmlichen wiederaufladbaren Alkalibatterie. Fig. 5A and 5B illustrate the structure of the negative electrode of a conventional rechargeable alkaline battery.

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.With reference to FIG. 4, a rechargeable nickel-metal hydride battery is constructed from a cylindrically wound layer 18 , which consists of a positive electrode plate 12 , a negative electrode plate 16 and an intermediate separator plate 14 . This electrode layer structure 18 is enclosed in a protective cup 10 , which contains a liquid electrolyte. A lid structure 20 serves to cover the upper end of the cup 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.With reference to Fig. 1, a nickel-coated perforated steel support plate 2 is first formed to produce the negative electrode of the rechargeable battery in question. The perforation is labeled 3 . A slurry 1 of an electrolytically active substance is applied to both sides of the perforated steel plate 2 . In addition, an additional carrier 4 made of an electrically conductive network, as shown in FIG. 1, is attached in the active substance layer on one side of the carrier plate 2 closely or just below its surface. Then the active substance layers applied to both sides of the carrier plate are subjected to a drying process. The additional support disposed near the surface of the active substance layer is preferably made of a material with good electrical conductivity and may have any configuration. The additional carrier serves to supplement the low electrical conductivity of the electrolytically active substance.

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.As shown in Fig. 2, as the mesh size of the network decreases, the conductivity increases and the amount of detached active substance decreases, but the storage capacity per unit volume of the electrode structure is reduced. The additional carrier 4 can be embedded on both sides of the negative electrode. The rechargeable alkaline battery of the present invention, as shown in Fig. 3, has an improved discharge characteristic, so that the cycle of recharge and discharge is improved by approximately 8% compared to the conventional one. Furthermore, the electrode structure according to the invention can be fastened in the protective cup without the use of rags, which improves productivity. The present invention thus ensures a high production rate in the manufacture of rechargeable batteries.

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.1. Rechargeable nickel-metal hydride battery with a cylindrical wound layer structure ( 18 ), consisting of a positive electrode plate ( 12 ), a negative electrode plate ( 16 ) and an intermediate separator plate ( 14 ),
a protective cup ( 10 ) which encloses the cylindrically wound layer structure ( 18 ), and
an electrolyte,
wherein the negative electrode plate ( 16 ) has an electrolytically active substance ( 1 ) and a perforated carrier plate ( 2 ) for supporting the electrolytically active substance ( 1 ), the electrolytically active substance being applied to both sides of the carrier plate ( 2 ), characterized in that that the negative electrode plate (16) further comprises an additional support (4) of an electrically conductive network that is embedded in the active substance layer at least one side of the carrier plate (2) near the surface thereof to support the plate by the carrier effected support, having. 2. Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrolytisch aktive Substanz (1) eine Wasserstoffrückhaltele­ gierung ist.2. Battery according to claim 1, characterized in that the electrolytically active substance ( 1 ) is a hydrogen retention alloy. 3. Batterie nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrolytisch aktive Substanz Ni(OH)₂ ist.3. Battery according to claim 1 or 2, characterized in that the electrolytically active substance is Ni (OH) ₂. 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.4. A method for producing the negative electrode of a rechargeable nickel-metal hydride battery with a cylindrical wound layer structure, consisting of a positive electrode plate ( 12 ), a negative electrode plate ( 16 ) and a separator plate ( 14 ) arranged in between, the method being as follows Process steps comprises:
Forming a perforated steel plate ( 2 ) coated with nickel,
Making a Mash from Electrolytically Active Substance ( 1 )
Applying the paste to both sides of the perforated steel plate,
Embedding an additional carrier ( 4 ) from an electrically conductive network in the active substance layer at least one side of the carrier plate ( 2 ) near its surface, and
Drying the active substance layers applied to the two sides of the carrier plate. 5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die elektrolytisch aktive Substanz (1) eine Wasserstoffrückhaltelegierung ist.5. The method according to claim 4, wherein the electrolytically active substance ( 1 ) is a hydrogen retention alloy. 6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei die elektroly­ tisch aktive Substanz Ni(OH)₂ ist.6. The method according to claim 4 or 5, wherein the electroly table active substance is Ni (OH) ₂.
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