DE19538834B4 - Wiederaufladbare Nickel-Metallhydrid-Batterie und Verfahren zur Herstellung der negativen Elektrode einer wiederaufladbaren Nickel-Metallhydrid-Batterie - Google Patents

Wiederaufladbare Nickel-Metallhydrid-Batterie und Verfahren zur Herstellung der negativen Elektrode einer wiederaufladbaren Nickel-Metallhydrid-Batterie Download PDF

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Abstract

Wiederaufladbare Nickel-Metallhydrid-Batterie mit
einem zylindrisch gewickelten Schichtaufbau (18), bestehend aus einer positiven Elektrodenplatte (12), einer negativen Elektrodenplatte (16) und einer dazwischen angeordneten Separatorplatte (14),
einem Schutzbecher (10), der den zylindrisch gewickelten Schichtaufbau (18) umschließt, und
einem Elektrolyten,
wobei die negative Elektrodenplatte (16) eine elektrochemisch aktive Substanz (1) und eine perforierte Trägerplatte (2) zum Abstützen der elektrochemisch aktiven Substanz (1) aufweist, wobei die elektrochemisch 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 Trägerplatte bewirkten Abstützung eingebettet ist, aufweist.

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 angeordneten Separatorplatte, und im einzelnen die negative Elektrode desselben.
  • Als wiederaufladbare Batterien werden hauptsächlich Nickel-Cadmium-Batterien verwendet. Diese haben jedoch geringe Speicherkapazität 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 Trägereinrichtung zur Abstützung einer elektrochemisch 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 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 elektrochemisch 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 elektrochemisch aktiven Substanz 1 erheblich niedriger als in der zentralen Trägereinrichtung 2. Ferner kann sich die elektrochemisch 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.
  • Aus EP 419221 A1 und WO 95/06333 A1 ist eine wiederaufladbare Nickel-Metallhydrid-Batterie gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und somit mit einem Aufbau der negativen Elektrode entsprechend 5A bekannt.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine wiederaufladbare Nickel-Metallhydrid-Batterie und ein Verfahren zur Herstellung der negativen Elektrode einer wiederaufladbaren Nickel-Metallhydrid-Batterie zu schaffen, bei bzw. mit welchen verhindert ist, dass sich die elektrochemisch aktive Substanz von der Trägereinrichtung 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.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Nickel-Metallhydrid-Batterie mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Diese Aufgabe wird ferner durch ein Verfahren gemäß Pa tentanspruch 4 gelöst.
  • Im Folgenden wird eine Ausführungsform der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen im einzelnen beschrieben.
  • 1 ist eine Schnittansicht der negativen Elektrode einer wiederaufladbaren Alkalibatterie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
  • 2 zeigt einen zusätzlichen Träger aus einem leitfähigen Netzwerk zur Unterstützung der Abstützung durch die Trägerplatte,
  • 3 ist eine Kennkurve zur Veranschaulichung der Entladung einer wiederaufladbaren Batterie gemäß der vorliegenden Erfindung,
  • 4 veranschaulicht schematisch eine Schnittansicht einer wiederaufladbaren Batterie gemäß der vorliegenden Erfindung, und
  • 5A und 5B veranschaulichen den Aufbau der negativen Elektrode einer herkömmlichen wiederaufladbaren Alkalibatterie.
  • Unter Bezug auf 4 ist eine wiederaufladbare Nickel-Metallhydrid-Batterie aus einem zylindrisch gewickelten Schichtaufbau 18, welcher aus einer positiven Elektrodenplatte 12, einer negativen Elektrodenplatte 16 und einer dazwischenliegenden Separatorplatte 14 besteht, aufgebaut. Dieser Elektrodenschichtaufbau 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 1 wird zur Herstellung der negativen Elektrode der gegenständlichen wiederaufladbaren Batterie zunächst eine mit Nickel beschichtete perforierte Stahlträgerplatte 2 ausgebildet. Die Perforation ist mit 3 bezeichnet. Ein Brei 1 einer elektrochemisch aktiven Substanz wird auf beide Seiten der perforierten Stahlplatte 2 aufgebracht. Außerdem wird ein zusätzlicher Träger 4 aus einem elektrisch leitfähigen Netzwerk, wie in 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 Trocknungsprozeß unterworfen. Der nahe der Oberfläche der Aktivsubstanzschicht 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 elektrochemisch aktiven Substanz.
  • Wie in 2 gezeigt, wird mit Abnahme der Maschengröße des Netzwerks die Leitfähigkeit erhöht und die Menge an abgelöster aktiver Substanz vermindert, die Speicherkapazität pro Einheitsvolumen des Elektrodenaufbaus aber vermindert. Der zusätzliche Träger 4 kann auf beiden Seiten der negativen Elektrode eingebettet sein. Die erfindungsgemäße wiederaufladbare Alkalibatterie hat, wie in 3 gezeigt, eine verbesserte Entladungscharakteristik, 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 Produktivität verbessert wird. Die vorliegende Erfindung sichert also eine hohe Produktionsrate bei der Herstellung von wiederaufladbaren Batterien.
    •

Claims (6)

  1. Wiederaufladbare Nickel-Metallhydrid-Batterie mit einem zylindrisch gewickelten Schichtaufbau (18), bestehend aus einer positiven Elektrodenplatte (12), einer negativen Elektrodenplatte (16) und einer dazwischen angeordneten Separatorplatte (14), einem Schutzbecher (10), der den zylindrisch gewickelten Schichtaufbau (18) umschließt, und einem Elektrolyten, wobei die negative Elektrodenplatte (16) eine elektrochemisch aktive Substanz (1) und eine perforierte Trägerplatte (2) zum Abstützen der elektrochemisch aktiven Substanz (1) aufweist, wobei die elektrochemisch 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 Trägerplatte bewirkten Abstützung eingebettet ist, aufweist.
  2. Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrochemisch aktive Substanz (1) eine Wasserstoffrückhaltelegierung ist.
  3. Batterie nach Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrochemisch 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 elektrochemisch aktiver Substanz (1), Aufbringen des Breies auf beide Seiten der perforierten Stahlplatte, Einbetten eines zusätzlichen Trägers (4) aus einem elektrisch leitfähigen Netzwerk in der Aktivsubstanzschicht mindestens 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 ein Brei aus einer Wasserstoffrückhaltelegierung hergestellt wird.
  6. Verf ahren nach Anspruch 4, wobei ein Brei aus Ni(OH)2 hergestellt wird.
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