CN109952681A - 非对称的二次电化学电池 - Google Patents

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Abstract

一种具有水性碱性电解质的非对称的二次电化学电池包括负电极，所述负电极具有基于碳的储存材料以及附加的储存材料作为阳极储存材料，所述基于碳的储存材料使得能够通过构造双电层（亥姆霍兹双层）来将电荷储存在所述电极中，所述附加的储存材料可以借助氧化还原反应来储存电能。该电池的正电极具有氢氧化镍和/或羟基氧化镍和/或这些镍化合物的衍生物作为阴极储存材料。所述负电极的容量Kn比所述正电极的容量Kp处于在为0.7:1到5:1的范围中的比例X。附加的储存材料针对所述电极的干重以为0.1重量%到8重量%的份额包含在所述负电极中。

Description

非对称的二次电化学电池
技术领域
随后描述的发明涉及一种非对称的二次电化学电池，该非对称的二次电化学电池具有水性碱性电解质。所述非对称的二次电化学电池具有负电极以及具有正电极，所述负电极包括基于碳的储存材料作为阳极储存材料，所述基于碳的储存材料使得能够通过构造双电层（亥姆霍兹（Helmholtz）双层）将电荷储存在电极中，所述正电极包括氢氧化镍和/或羟基氧化镍和/或这些镍化合物的衍生物作为阴极储存材料。
背景技术
电化学电池始终包括正电极和负电极。在电化学电池放电时，进行供应能量的化学反应，所述化学反应由两个相互电耦合的但是在空间上彼此分开的不完全反应组成。在氧化还原电势相对较低时进行的不完全反应在负电极处进行；在氧化还原电势相对较高时进行的不完全反应在正电极处进行。在放电时，在负电极处通过氧化过程释放电子，结果得到（大多数经由外部载荷）至正电极的电子流，由所述正电极吸纳相对应数量的电子。在正电极处，因此进行还原过程。同时，在电池内发生对应于电极反应的离子流。该离子流通过离子传导的电解质来确保。在二次电化学电池中，放电反应是可逆的，即存在如下可能性：使在放电时实现的化学能到电能的转变逆转。在本上下文中，如果使用术语“阳极”和“阴极”，则一般根据其放电功能命名所述电极。在这种电池中，负电极因此是阳极，正电极是阴极。
数年来，已知了非对称的二次电化学电池，该非对称的二次电化学电池具有水性碱性电解质，在所述非对称的二次电化学电池中，负电极包括基于碳的储存材料作为阳极储存材料，所述基于碳的储存材料使得能够通过构造双电层（亥姆霍兹双层）将电荷储存在电极中，而正电极包括如下材料作为阴极储存材料：所述材料可以借助氧化还原反应储存电能。对于这种系统的实例在WO 2016/005529 A1中或者在WO 2016/020136 A2中予以描述。例如活性炭适宜作为阳极储存材料。作为阴极储存材料，例如可以采用氢氧化镍/羟基氧化镍或者氧化铁/铁。在这些电池中，通过法拉第过程来给正电极充电，而负电极在充电时在阳极储存材料与电解质之间的界面处构造双电层。
在这种结构方式的电池中成问题的是，正电极和负电极具有差别极大的自放电率。一般说来，负电极的自放电率比正电极的自放电率高得多。这导致大问题，尤其是在充电过程中的大问题。如果给其负电极具有比正电极更低的充电状态的电池充电，则在负电极已达到其整个容量之前，要么给正电极过充电，要么但是必须中断充电过程。
发明内容
本发明所基于的任务是提供电化学电池，所述电化学电池具有关于所述问题得以改进的特性。
该任务通过在下文中所描述的电池来解决，尤其是也通过根据本发明的具有权利要求1的特征的电化学电池的特别优选的实施形式来解决。根据权利要求1的电池的优选的实施形式在从属权利要求2至6中予以说明。所有权利要求的措辞对此通过参考说明书的内容而得到。
如在现有技术中已知的电池那样，根据本发明的非对称的二次电化学电池具有负电极和与该负电极耦合的正电极，其中如开头所描述的那样，在电池放电时在负电极处释放电子，而由正电极同时吸纳相对应数量的电子。
负电极包括基于碳的储存材料作为阳极储存材料，所述基于碳的储存材料使得能够通过构造双电层（亥姆霍兹双层）将电荷储存在电极中。此外，负电极包括阳极集流体（Anodenstromkollektor）。正电极包括氢氧化镍和/或羟基氧化镍和/或这些镍化合物的衍生物作为阴极储存材料。此外，正电极包括阴极集流体。在负电极与正电极之间布置有至少一个多孔的隔离器层，所述隔离器层具有第一扁平侧（Flachseite）和第二扁平侧。不仅电极而且隔离器在此用水性碱性电解质浸渍。电极、隔离器和电解质被壳体包围。
隔离器层的第一扁平侧包括第一区域，该第一区域与负电极的阳极储存材料处于平面接触，尤其是用该材料来覆盖。隔离器层的第二扁平侧包括第二区域，该第二区域与正电极的阴极储存材料处于平面接触，尤其是用该材料来覆盖。在此，第一区域和第二区域（并且由此也为负电极和正电极）在重叠区域中至少部分重叠。
避免或者至少减小所述的结合非对称的电池的电极的不同的自放电率形成的问题的可能性在于，将正电极和负电极的容量设定（einstellen）到清楚限定的比例。
根据本发明的电池的特点在于，负电极的容量Kn和正电极的容量Kp彼此处于在为0.7:1到5:1（Kn:Kp）的范围中的比例X。
优选地，负电极的容量Kn和正电极的容量Kp彼此处于在为1:1到5:1的范围中的比例X。在该范围之内，负电极/正电极的容量比例优选在为1:1至2:1的范围中、特别优选在为1:1至1.5:1的范围中、进一步优选在为1:1到1.1:1的范围中。
因此，根据本发明，使负电极的容量Kn和正电极的容量Kp以确定的比例彼此均衡。
负电极的优选的实施形式
负电极在优选的实施形式中包括如下特征中的至少一个特征，在特别优选的实施形式中也包括如下特征中的多个特征：
- 基于碳的储存材料优选地是来自具有如下内容的组的至少一种材料：活性炭（AC）、活性炭纤维（AFC）、碳化物衍生碳（CDC）、碳气凝胶、石墨（石墨烯（Graphen））和碳纳米管（CNT）。
众所周知，活性炭是多孔的、特别细粒的碳改性物（Kohlenstoffmodifikation），所述碳改性物具有大的内表面。根据本发明采用的活性炭优选地具有至少800m2/g、优选地至少900m2/g（分别根据DIN ISO 9277来确定）的BET表面。替选地或者附加地，根据本发明使用的活性炭具有至少60F/g（根据DIN IEC 62391来确定）的容量值。
活性炭纤维可以从活性炭获得。活性炭纤维同样是多孔的，具有大的内表面，并且大多数有大约10µm的典型的直径。除了高的比容量之外，活性炭纤维沿着纤维轴具有极好的传导性。
碳气凝胶是由有机凝胶制成的合成的高孔隙度的材料，其中凝胶的液体成分通过热解利用气体替代。碳气凝胶例如可以通过间苯二酚-甲醛的热解来制造。它们具有比活性炭更好的导电性。
碳化物衍生碳由多种物质构成，所述物质从如例如碳化硅和碳化钛这样的碳化物通过热分解或者通过化学卤化被转变成纯的碳。由碳化物衍生碳制成的电极拥有带有定制的孔大小的大的表面。总的看来，由CDC制成的电极与由活性炭制成的电极相比具有更高的能量密度。
石墨烯是具有二维结构的碳改性物。多个链接的苯环构造蜂窝形的图案，其中每个碳原子以120°的角度被三个其他碳原子围绕，并且其中所有碳原子都是sp2杂化的。石墨烯提供每个重量单位的在理论上最大的利用碳可达到的表面，并且因而当前是与开发超级电容器有关联的深入检查的对象。
碳纳米管是变形为圆柱形纳米管的石墨烯层。存在单壁的纳米管和多壁的纳米管，其中多个单壁的纳米管彼此同轴地嵌套布置。通常，基于CNT的电极比基于活性炭的电极拥有更小的电极表面。尽管如此，利用CNT比利用活性炭电极原则上可以实现更高的容量。
当然，所述的基于碳的材料也可以相互组合地来使用。在这种情况下，任何混合比例都是可设想的。
基于碳的储存材料优选地以如下份额（Anteil）包含在负电极中：所述份额在为10重量%至94.9重量%的范围中、特别优选地在为40重量%至94.9重量%的范围中。
这些百分值针对负电极整体的重量，即针对该电极的包括阳极储存材料、阳极集流体以及如电极粘结剂这样的必要时所包含的固体附加物（为此参见下文）在内的重量。然而，用来浸渍电极的电解质并不包括在内。在利用电解质浸渍电极之前，所述的百分值针对在已变干燥（水的份额<2重量%）的状态下的电极。在下文中，在电极的该状态的情况下也述及该电极的干重。
在此处应注意的是，所有在下文中说明的百分值同样针对负电极整体（如在这里所限定的那样）的重量，所述百分值详细说明了负电极中的份额。当然，所参与的电极组成部分的百分值在所有情况下总是加和到100重量%。
-在特别优选的实施形式中，除了基于碳的储存材料之外，负电极还包含附加的储存材料作为阳极储存材料，所述附加的储存材料可以借助氧化还原反应储存电能。
附加的储存材料优选地是如下材料：所述材料可以在水性碱性电解质中可逆地氧化和还原。对此的优选的实例是氧化还原对铁/氧化铁或者氧化还原活性化合物、如二氧化钛。此外，氢储存合金是特别好地合适的。在碱性溶液中，这些氢可以以杂化的形式结合并且也又释放。合适的氢储存合金例如是AB2合金、AB5合金、A2B7合金或者AB3合金。复合金属（Mischmetall）也适合作为附加的储存材料。
通过添加附加的储存材料，可以使正电极和负电极的不同的自放电率彼此相适应。储存材料的稳定的电势在这种情况下使负电极的自放电性能稳定。
尤其是，当负电极具有附加的储存材料时，那么可以实现在为1:1至2:1的范围中的所述的优选的容量比例X。原则上适用的是，负电极与正电极的容量比例在具有附加的储存材料的情况下比不带有附加的储存材料容易得多地朝1:1或者甚至0.7:1的方向下降。
- 特别优选地，附加的储存材料以为0.1重量%到8重量%的份额包含在负电极中。在该范围之内，常常进一步优选为1.0重量%到3重量%的份额。
- 阳极储存材料整体优选地以如下份额包含在负电极中：所述份额在为10重量%至95重量%的范围中、特别优选地在为40重量%至95重量%的范围中。
- 在优选的实施形式中，负电极包含电极粘结剂。在这种情况下，例如可以是聚四氟乙烯（PTFE）。替选地，作为电极粘结剂例如可以使用羧甲基纤维素（CMC）、羟丙基甲基纤维素（HPMC）、苯乙烯-丁二烯-橡胶（SBR）、聚乙烯醇（PVA）、聚环氧乙烷（PEO）或者基于聚丙烯酸酯的粘结剂。
电极粘结剂优选地以为0.1重量%到30重量%的份额包含在负电极中。在根据本发明的电池的数个实施形式中，进一步优选在该范围之内的为0.1重量%到5重量%的份额。
- 在优选的实施形式中，负电极可以作为片（Tablette）存在。负电极在这种情况下可以盘形地或者也可以棱柱形地构造，即例如构造为具有矩形的或者六边形的几何形状。通常，术语“片”在本发明尤其是应被理解为具有盘形的或者棱柱形的几何形状的任何本体，该本体由挤压或者压实过程得到并且具有自支承的（selbsttragend）结构。在这种情况下，尤其是可以涉及复合体（Verbundkoerper）。例如，负电极可以构造为如下片：所述片包括三维的金属传导基质（Leitmatrix），如在下文更详细地描述的那样，并且阳极储存材料嵌入到所述传导基质中。这种片例如可以通过如下方式来制造：将包含阳极储存材料的膏引入到开孔式金属泡沫中，并且紧接着使包含阳极储存材料的金属泡沫变干燥和压实所述金属泡沫。
片可以直接从挤压过程中获得，或者也可以通过冲压过程形成，在冲压过程中，片例如从包含阳极储存材料的层中冲裁出。
替选地，负电极可以作为薄的、条形的或者带形的层电极存在。尤其是，当电极的长度是其宽度的三倍或者更大（um den Faktor 3 oder mehr ueberschreitet）时，那么所述电极条形地或者带形地存在。在这种情况下，当电极的厚度不大于1.5mm、特别优选地不大于1mm时，那么所述电极尤其是被称为薄的。
- 阳极集流体在优选的实施形式中是集流器（Stromableiter），所述集流器形成三维传导基质，阳极储存材料嵌入到所述三维传导基质中。尤其是，阳极集流体是导电的泡沫、导电的无纺织物、导电的毡或者导电的织物。它优选地由金属、例如镍制成。特别优选地，阳极集流体是镍泡沫。
替选地，阳极集流体也可以是包覆负电极的栅格或者网。
要注意的是，阳极集流体不必一定完全用阳极储存材料来覆盖。例如存在负电极的构建方案，在所述构建方案中，条形的阳极集流体居中地用阳极储存材料来覆盖，但是在纵向侧具有未被覆盖的边缘区域。
- 阳极集流体优选地占负电极的总重量的在为5重量%到60重量%的范围中的份额。然而，该范围的上边界一般只有当所使用的阳极储存材料的比重非常小时才达到。
- 负电极优选地具有在为1 mAh/g到150 mAh/g的范围中的比容量K1。在根据本发明的电池的数个实施形式中，在该范围之内的容量K1特别优选在为10 mAh/g到100 mAh/g的范围中，进一步优选在为20 mAh/g到60 mAh/g的范围中。
所说明的容量值在这种情况下针对电极的干重，如上文已限定的那样，即针对电极整体的重量，包括阳极储存材料、阳极集流体以及必要时所包含的固体附加物在内，但是不考虑电解质。
正电极的优选的实施形式
正电极在优选的实施形式中包括如下特征中的至少一个特征，在特别优选的实施形式中包括如下特征中的多个特征：
- 阴极储存材料是氢氧化镍和/或羟基氧化镍和/或这些镍化合物的衍生物。
氢氧化镍以两种晶体形式存在，即以α形式（α-Ni(OH)2）和以β形式（β-Ni(OH)2）存在。在本发明的范围中，可以采用α-或者β-Ni(OH)2。此外也可以使用α-和β-混合相。
羧基氧化镍（NiOOH）可以在根据本发明的电池运行期间由Ni(OH)2形成。然而特别有利地，NiOOH也可以最初地（不仅代替Ni(OH)2而且除了所述Ni(OH)2之外）被添加给阴极，即在根据本发明的电池首次投入运行之前被添加给阴极。在该情况下，电池紧接在其制成之后已经过充电地或者至少经过部分充电地存在。
衍生物尤其是分子式为Ni1-xMx(OH)2的衍生物，其中M是至少一种被取代的金属原子，优选地来自具有如下内容的组：Mg、Al、Ca、Co、Cr、Sn、Cu、Zn、Cd、Mn、Fe、Y和Yb。在α氢氧化镍的情况下，作为取代物特别优选Mg、Al、Ca、Co、Cr、Sn、Cu、Zn和Cd。在β氢氧化镍的情况下，作为取代物特别优选Al、Mn、Fe、Co、Cu、Zn、Y和Yb。
α-Ni(OH)2作为亚稳相存在。在存放在水性碱性溶液中时，α-Ni(OH)2一般快速地转变到β形式。通过将镍原子的部分通过钴替换，可以使亚稳相稳定。在特别优选的实施形式中，Ni1-xMx(OH)2被用作阴极储存材料，其中M=Co并且其中x=0.01至0.5。
此外，也可以采用被涂覆的Ni(OH)2。对此的实例是由Ni(OH)2构成的颗粒，所述颗粒的表面用Co和/或用CoOOH来涂覆，以改进传导性。
尤其是，α-Ni(OH)2除了氢氧离子之外可以以插入的形式包含其他负离子，例如来自具有如下内容的组的负离子：硝酸根离子、氯离子、硫酸根离子、碳酸根离子、氰酸根离子、醋酸根离子、琥珀酸根离子、戊二酸根离子和己二酸根离子。由于较高的封装密度，外来负离子到β-Ni(OH)2中的并入是明显较少有的。
特别优选地，在根据本发明的电池中，作为阴极储存材料采用球形的具有如下D50值的β-Ni(OH)2：所述D50值在为8-15µm的范围中。在改进方案中，在β-Ni(OH)2中的镍原子的部分可以通过Co和/或Zn原子取代。
- 正电极除了阴极储存材料之外还包含至少一种传导性改进物（Leitfaehigkeitsverbesserer），所述传导性改进物优选地来自具有如下内容的组：镍、钴、氧化钴、碳酸钴、氢氧化钴、石墨、硬碳（Hard-Carbon）、软碳（Soft-Carbon）和炭黑。
特别有利地，在正电极中的至少一种传导性改进物引起其自放电率的提高。传导性改进物的添加因此可以用于平衡正电极和负电极的不同的自放电率。这尤其是在如下情况下适用：同时在负电极中包含上文所描述的附加的储存材料，所述附加的存储材料可以借助氧化还原反应来储存电能。
- 特别优选地，至少一种传导性改进物以为0.1重量%到25重量%的份额包含在正电极中。
百分值针对正电极整体的重量，即针对电极的包括阴极储存材料、阴极集流体以及如电极粘结剂这样的必要时所包含的固体附加物（为此参见下文）在内的重量。然而，用来浸渍电极的电解质并不包括在内。在用电解质浸渍电极之前，所述的百分值针对在变干燥（水的份额<2重量%）的状态下的电极。在下文中，在电极的该状态的情况下也述及该电极的干重。
在此处应注意的是，所有在下文中说明的百分值同样针对负电极整体的重量，如在这里所限定的那样，所述百分值详细说明了正电极中的份额。
- 阴极储存材料优选地以如下重量份额包含在正电极中：所述重量份额在为1重量%至95重量%的范围中，特别优选地在为10重量%至95重量%的范围中。
- 在优选的实施形式中，正电极包含电极粘结剂。在这种情况下，例如可以涉及羧甲基纤维素（CMC）或者涉及CMC衍生物。替选地，作为电极粘结剂例如可以使用羟丙基甲基纤维素（HPMC）、苯乙烯-丁二烯橡胶（SBR）、聚乙烯醇（PVA）、聚环氧乙烷（PEO）或基于聚丙烯酸酯的粘结剂。
电极粘结剂优选地以为0.1重量%到8重量%的份额包含在正电极中。
- 在优选的实施形式中，正电极作为片或者作为薄的、条形的或者带形的层电极存在。术语“片”和“层电极”在这种情况下要如在负电极的情况下那样理解。
- 在优选的实施形式中，阴极集流体是集流器，该集流器形成三维传导基质，阴极储存材料嵌入到所述三维传导基质中，该阴极集流体尤其是导电的泡沫、导电的无纺织物、导电的毡或者导电的织物。
替选地，阴极集流体也可以是导电的膜、导电的网或者导电的栅格、例如膨胀金属栅格（Streckmetallgitter）。
要注意的是，阴极集流体不必一定完全用阴极储存材料来覆盖。例如存在正电极的构建方案，在所述构建方案中，条形的阴极集流体居中地用阴极储存材料来覆盖，但是在纵向侧具有未被覆盖的边缘区域。
- 阴极集流体以在为5重量%到60重量%的范围中的重量份额包含在正电极中。这里，该范围的上边界一般也只有当所使用的阳极储存材料的比重非常小时才达到。
- 正电极具有在为40 mAh/g到310 mAh/g的范围中的比容量K2，优选地在为50mAh/g到240 mAh/g的范围中的比容量K2，特别优选地在60 mAh/g到200 mAh/g的范围中的比容量K2。
所说明的容量值在这种情况下针对电极的干重，如上文已限定的那样，即针对电极整体的重量，包括阴极储存材料、阴极集流体以及必要时所包含的固体附加物在内，但是不考虑电解质。
隔离器层的优选的实施形式
作为隔离器层，根据本发明优选地采用多孔的扁平形成物（Flaechengebilde），所述多孔的扁平形成物对于在正电极与负电极之间来回移动的离子是可透过的，可是同时使电极彼此电绝缘。作为扁平形成物，例如可以考虑多孔膜，例如由聚烯烃（Polyolefin）或者由聚酯（Polyester）制成的多孔膜。在许多优选的实施形式中，扁平形成物是无纺织物。无纺织物同样例如可以由聚烯烃或者聚酯制成。
电解质的优选的实施形式
水性碱性电解质优选地是至少一种碱-和/或土碱氢氧化物的水性溶液。特别优选地，电解质包含至少一种来自具有如下内容的组的氢氧化物：氢氧化钠、氢氧化钾和氢氧化锂。所述至少一种氢氧化物优选地以为0.1 mol/l至10 mol/l的浓度包含在该电解质中。
壳体的优选的实施形式
根据本发明的电池的壳体优选地不仅液密地而且气密地构造。气密密封在这种情况下应理解为，根据本发明的电池不包括用于有针对性地减小在电池正常运行期间在壳体之内的过压的装置、即例如过压阀。然而，出于安全原因，可以设置有防爆膜，在超过压力阈值时，该防爆膜不可逆地被损毁。
该壳体例如可以构造为纽扣电池壳体，例如构造为如在EP 1 011 163 A1中所示出的壳体。但是替选地，根据本发明的电池也可以构造为扁平形电池，如其例如在EP 1 391947 A1中所描述的那样。在该情况下，其壳体优选地由薄金属膜形成，所述薄金属膜经由密封层彼此连接。
在下面还将更详细地描述的数个优选实施形式中，正电极和负电极作为带形的电极隔离器复合件的部分存在，所述电极隔离器复合件必要时作为螺旋形的绕组存在。在该情况下，壳体在优选的实施形式中可以构造为纽扣电池壳体，例如构造为如例如在WO2010/089152 A1的图4中所示出的纽扣电池壳体。但是替选地，尤其是在该情况下，也可以构造为圆柱形的圆电池壳体。
特别优选地，电池的壳体是金属壳体，例如是由不锈钢或者由镀镍的钢制成的壳体。这尤其是在如下情况下适用：壳体是纽扣电池壳体，或者壳体是圆柱形的圆电池壳体。
如果壳体是纽扣电池壳体，则该壳体根据本发明在如下情况下是特别优选的：该壳体具有金属网或者栅格，所述金属网或者栅格布置在壳体的内侧之一处，尤其是扁平地贴靠在其内侧的一个内侧处。由此，可以显著地改善电极与纽扣电池壳体的相对应部分的电接触。
在优选的实施形式中，根据本发明所使用的纽扣电池壳体包括与正电极电连接的正的壳体半部件（Gehaeusehalbteil）和与负电极电连接的负的壳体半部件，其中负的壳体半部件的内侧用金属网或者栅格（例如膨胀金属栅格）来覆盖。金属网或者栅格可以与负的壳体半部件通过焊接来连接。
使正电极和负电极均衡
为了使根据本发明的电池的正电极和负电极在根据本发明的容量参数之内均衡，可以使电极的一个或者多个参数同时彼此协调。在这种情况下，尤其是涉及比容量K1和K2、第一区域（在所述第一区域中，负电极的阳极储存材料与隔离器层的第一扁平侧处于平面接触）所跨越的面积F1、第二区域（在所述第二区域中，正电极的阴极储存材料与隔离器层的第二扁平侧处于平面接触）所跨越的面积F2、负电极的平均厚度D1和正电极的平均厚度D2。用数学方式来表达，在这些参数与比例X之间存在如下关系：
X=K1*D1*F1/K2*D2*F2。
由此得知，因子K1、D1和F1分别表现为与因子K2、D2和F2成比例。K1和D1与F1构成的乘积在这种情况下是Kn。K2和D2与F2构成的乘积在这种情况下是Kp。容量比例X因此可以经由比容量K1和K2、厚度D1和D2以及面积F1和F2而被影响。
特别优选地，负电极具有在为30µm到800µm的范围中的平均厚度D1。该数据针对电极在第一区域中的厚度，即在隔离器层的第一扁平侧的如下区域中的厚度：该区域与负电极的阳极储存材料处于平面接触。
正电极优选地具有在为30µm到500µm的范围中的平均厚度D2。该数据针对电极在第二区域中的厚度，即在隔离器层的第二扁平侧的如下区域中的厚度：该区域与正电极的阴极储存材料处于平面接触。
在圆形的电极几何形状的情况下，尤其是借助如下两条直线确定电极的平均厚度：所述直线以彼此正交的取向穿过圆形电极的中心来安放。在中心以及在所述直线的每条直线上的两个点中，即分别在中心与电极边缘之间的半个线段上，确定电极的厚度。电极的平均厚度对应于所获得的五个测量结果的平均值。
在矩形的电极几何形状的情况下，尤其是借助如下两条直线来确定电极的平均厚度：所述直线以对角线的取向穿过矩形电极的中心以及四个角点来安放。在中心以及在所述直线的每条直线上的两个点中，即分别在中心与四个角点中的一个角点之间的半个线段上，确定电极的厚度。电极的平均厚度对应于所获得的五个测量结果的平均值。
在条形的或者带形的电极几何形状（当电极的长度是其宽度的3倍或者更大时）的情况下，为了确定电极的平均厚度，尤其是将两条直线彼此平行地以及平行于电极的纵向边缘地放到电极上。在所述直线和纵向边缘之间的间距以及在所述直线之间的间距在此是相等的。紧接着，电极被划分成10个相同大小的纵向部段。在所述纵向部段的每个纵向部段中，在这两条直线中的每条直线上的点中确定电极的厚度。电极的平均厚度对应于所获得的二十个测量结果的平均值。
不仅对于正电极而且对于负电极都优选的是，正电极和负电极分别在第一区域中和第二区域中具有基本上恒定的厚度。“基本上恒定的”在这种情况下应被理解为，负电极和正电极的厚度优选地在任何部位处都与相应电极的平均厚度偏差不大于25%、优选地小于15%。
此外优选的是，负电极的平均厚度比正电极的平均厚度处于在为0.7:1到25:1的范围中的比例。在所述范围之内，进一步优选在为3:1到15:1的范围中的厚度比例“负电极的平均厚度/比正电极的平均厚度”。
在优选的实施形式中，第一区域和第二区域（并且由此也为负电极和正电极）完全相互重叠。这并不一定意味着，第一区域和第二区域在完全重叠的情况下也是相同大小的。这仅意味着：第一区域和第二区域没有相对彼此布置为使得，不仅第一区域的一部分不与第二区域重叠，而且第二区域的一部分不与第一区域重叠。即如果第一区域小于第二区域，则第一区域根据该条件没有不与第二区域重叠的部分，而第二部分的一部分不能与第一区域重叠。如果第二区域小于第一区域，则第二区域根据该条件没有不与第一区域重叠的部分，而第一区域的一部分不能与第二区域重叠。如果第一区域和第二区域相同大小，则所述区域中没有一个区域具有不与相应另外的区域重叠的部分。
在特别优选的实施形式中，第一区域跨越面积F1，而第二区域跨越面积F2，其中F1和F2彼此处于在为0.8:1至10:1的范围中的比例。在该实施形式中，负电极在隔离器层上占用为正电极的一倍到10倍的面积。
在另一优选的实施形式中，F1和F2彼此处于在为1:1到1.5:1的范围中或者在为0.8:1到1:1的范围中的比例。
为1:1到1.5:1的范围在如下情况下是特别优选的：正电极和负电极条形地或者带形地构造。而当这些电极具有盘形的几何形状时（如在本发明尤其是在包含片形电极的纽扣电池中是这种情况），则一般优选为0.8:1到1:1的范围。因此在该情况下，并不是非惯常的是，正电极与负电极相比占据更大的面积。
在根据本发明的电池的特别优选的实施形式中，负电极以两个单独的层的形式存在，而正电极以一个层的形式存在，其中这些层和至少一个隔离器按 “负电极/隔离器/正电极/隔离器/负电极”顺序来布置。为了计算“负电极的平均厚度（D1）与所述正电极的平均厚度（D2）”的比例，将两个单独的层的平均厚度（D1a和D1b）加到D1上。用数学方式表达为：D1a+D1b=D1。
在可能的其他实施形式中，负电极和正电极分别以电极带的形式存在，并且至少一个隔离器层以至少一个隔离器带的形式存在。优选地，将带形的正电极和带形的负电极和至少一个隔离器带加工成带形的电极隔离器复合件，在所述电极隔离器复合件中，至少一个隔离器带布置在正电极与负电极之间。完全特别优选地，电极隔离器复合件作为螺旋形的绕组存在。
为了使在这种绕组之内的这些电极均衡，可以设置有，带形的负电极比带形的正电极更长，并且带形的负电极在电极隔离器复合件之内在至少一个端部处与带形的正电极重叠。
由于负电极具有高导电性并且在负电极中的电主要以双电层的形式储存，所以负电极可以无问题地具有不与在绕组之内的正电极重叠的区域。即可能的是构建如下绕组：在所述绕组中，正电极和负电极基本上具有相同的厚度，并且正电极和负电极的均衡唯一地经由电极的长度来进行。例如，绕组可以具有一个或者多个位于外部的线圈，所述线圈唯一地由负电极和隔离器构成的复合件形成。为了制造这种绕组，将比较长的条形的负电极与比较短的条形的正电极组合。在绕组的至少一个端部处，接着发生负电极的重叠。
在考虑到所述的参数的情况下，可以计算和有针对性地设定电极的容量，并且由此也可以计算和有针对性地设定在负电极和正电极之间的容量比例。但是在实践中，也可能存在与所算出的值的偏差，这例如可以归因于因子K1和K2。比容量K1和K2的值与多个因子有关，并且因而可以在上文限定的优选的范围之内波动。例如如下因子对K1和K2发生影响：
- 阳极储存材料和/或阴极储存材料的质量
-“非活性成分”在电极中的份额，即例如电极粘结剂的重量份额或者集流体的重量
- 电极的致密化程度。
在实践中，因而在理论上可测定的容量和容量比例常常通过实际测量来检验。
用于确定Kn和Kp/K1和K2的通用方式
负电极和正电极的容量Kn和Kp一般彼此单独地确定。
优选的是，为了单独确定容量，负电极和正电极相对过大尺寸的参考电极接通，分别成型，并且紧接着经受多个充电和放电循环，直至这些电极展现出稳定的充电和放电性能。接着，通过测量放电电流，经由通式KP=I放电电流×t放电时间[mAh]来测定容量Kp和Kn。在正电极中，稳定的充电和放电性能一般在第二充电和放电循环结束之后达到。在负电极中，稳定的充电和放电性能一般在第四充电和放电循环结束之后达到。
以这种方式可以确定容量Kp和Kn。在考虑到分别检查的电极的重量m的情况下，可以算出比容量K1（K1=Kn/m负电极[mAh/g]）和K2（K2=Kp/m正电极[mAh/g]）。
用于确定Kn和Kp/K1和K2的特别优选的方式
正电极的容量Kp的确定特别优选地在纽扣电池测试系统中进行。在这种情况下，正电极或者正电极的必要时由从该电极切割出或者冲制出的合适的部段直接在制造该电极或者该部段之后变干燥，直至该电极或者该部段的水含量小于2重量%（针对该电极或者该部段的总重量）。该电极或者该部段用KOH电解质（32重量%的KOH）来浸渍，并且在纽扣电池壳体中相对过大尺寸的复合金属电极接通。
通过计算算出地（例如根据所使用的电极活性材料的已知的比容量）或者通过预先检查，近似确定容量Kp。
紧接着，正电极成型。为此，测试电池首先以在10h中为0.12C的恒定电流速率来充电，接着以在1.5h中为0.267C的恒定电流速率来放电，并且紧接着以在4h中为0.1C的恒定电流速率来充电。所说明的“C值”在这种情况下描述了针对近似测定的容量的相应的充电和放电电流。
针对真正的测量，在室温（23℃±2℃）下以0.2C使测试电池放电，直至已达到为1.0V的放电电压，并且紧接着以在16h中为0.1C来充电。该过程重复两次。通过测量测试电池在第三次放电时的放电电流，经由通式KP=I放电电流×t放电时间 [mAh]来测定正电极的容量Kp。
负电极的容量Kn的确定特别优选地借助烧杯中的三电极测量来进行。为此，负电极在为12h的持续时间中被安放在调温到80℃的KOH电解质（32重量%的KOH）中，并且紧接着相对过大尺寸的活性炭电极接通。Hg/HgO电极用作参考电极。
在电势范围OCV÷-1.0V中，在室温（23℃±2℃）下首先利用在电极中的基于碳的储存材料（针对电极的干重（水份额<2重量%））处为23mA/g的充电电流对比Hg/HgO来给负电极进行充电，接着以相同大小的放电电流使负电极放电（实例：在电极中的基于碳的储存材料的份额为0.5g的情况下，充电和放电电流为11.5mA）。该过程重复四次。通过测量在第五次放电时的放电电流，经由通式Kn=I放电电流×t放电时间[mAh]可以测定负电极的容量Kn。
以这种方式可以确定容量Kp和Kn。在考虑到分别检查的电极的重量m的情况下，可以算出比容量K1（K1=Kn/m负电极[mAh/g]）和K2（K2=Kp/m正电极[mAh/g]）。
根据本发明的电池（变型方案A-1）的特别优选的实施形式
在特别优选的实施形式中，根据本发明的电池是纽扣电池，即具有优选地圆形的横截面的电池，该电池的高度小于其直径。在该实施形式中，电池优选地具有如下特征中的至少一个：
- 负电极是片，所述片具有在为0.5mm到3mm的范围中的平均厚度。
- 负电极包括活性炭作为阳极储存材料。
- 作为可以借助氧化还原反应储存电能的附加的储存材料，负电极包括氢储存合金或者铁或氧化铁粉末。
- 负电极包含电极粘结剂、优选地PTFE。
- 阳极集流体是金属网或者是导电的泡沫，该金属网包覆负电极。
- 正电极作为薄的层电极存在，所述薄的层电极具有在为30µm到350µm的范围中的平均厚度，优选地在为150µm到250µm的范围中的平均厚度。
- 正电极包括氢氧化镍和/或羟基氧化镍和/或这些镍化合物的衍生物。
- 阴极集流体是导电的泡沫。
- 负电极的平均厚度比正电极的平均厚度处于在为2:1到20:1的范围中的比例。在该范围之内，比例进一步优选在为4:1到10:1（负电极的平均厚度/正电极的平均厚度）的范围中。
- 隔离器基于聚烯烃。
- 电解质包含氢氧化钾（KOH）或者由氢氧化钠（NaOH）和氢氧化锂（LiOH）构成的混合物或者由KOH、NaOH和LiOH构成的混合物。
- 第一区域和第二区域完全相互重叠。
- 第一区域跨越面积F1，而第二区域跨越面积F2，其中F1和F2彼此处于在为0.8:1至1:1的范围中的比例。
- 负电极具有在为10 mAh/g到100 mAh/g的范围中的比容量K1。在该范围之内，K1优选地在为20 mAh/g到60 mAh/g的范围中。
- 正电极具有在为2 mAh/g到310 mAh/g的范围中的比容量K2。在该范围之内，K1优选地在为5 mAh/g到240 mAh/g的范围中，特别优选地在为10 mAh/g到200 mAh/g的范围中。
- 负电极的容量Kn比正电极的容量Kp处于在为1:1到2:1的范围中的比例X。在该范围之内，Kn/Kp的比例进一步优选在为1:1至1.1:1的范围中。
特别优选地，按照变型方案A-1的根据本发明的电池具有所有上述的特征，尤其是在总是最优选的实施形式中的所有上述的特征。
根据本发明的电池（变型方案A-2）的特别优选的实施形式
在该特别优选的实施形式中，根据本发明的电池是纽扣电池，即具有优选地圆形的横截面的电池，该电池的高度小于其直径。在该实施形式中，电池优选地具有如下特征中的至少一个：
- 负电极是或者包括片，所述片具有在为0.2 mm到1.8 mm的范围中的平均厚度。
- 负电极包括活性炭作为阳极储存材料。
- 作为可以借助氧化还原反应储存电能的附加的储存材料，负电极包括氢储存合金、氧化还原活性的二氧化钛化合物或者铁或氧化铁粉末。
- 作为电极粘结剂，负电极包含PTFE粘结剂、SBR粘结剂、PVA粘结剂、丙烯酸粘结剂、PEO粘结剂和/或CMC粘结剂。
- 阳极集流体是导电的泡沫。
- 正电极作为片存在，所述片具有在为30µm到350µm的范围中的平均厚度，优选地在为150µm到250µm的范围中的平均厚度。
- 正电极包括氢氧化镍和/或羟基氧化镍和/或这些镍化合物的衍生物。
- 作为电极粘结剂，正电极包括PTFE粘结剂、SBR粘结剂、PVA粘结剂、丙烯酸粘结剂、PEO粘结剂和/或CMC粘结剂。
- 阴极集流体是导电的泡沫。
- 负电极的平均厚度比正电极的平均厚度处于在为2:1到20:1的范围中的比例。在该范围之内，比例进一步优选在为4:1到10:1（负电极的平均厚度/正电极的平均厚度）的范围中。
- 隔离器基于聚烯烃。
- 电解质包含氢氧化钾（KOH）或者由氢氧化钠（NaOH）和氢氧化锂（LiOH）构成的混合物或者由KOH、NaOH和LiOH构成的混合物。
- 第一区域和第二区域完全相互重叠。
- 第一区域跨越面积F1，而第二区域跨越面积F2，其中F1和F2彼此处于在为0.8:1至1:1的范围中的比例。
- 负电极具有在为10 mAh/g到100 mAh/g的范围中的比容量K1。在该范围之内，K1优选地在为20 mAh/g到60 mAh/g的范围中。
- 正电极具有在为2 mAh/g到310 mAh/g的范围中的比容量K2。在该范围之内，K1优选地在为5 mAh/g到240 mAh/g的范围中，特别优选地在为10 mAh/g到200 mAh/g的范围中。
- 负电极的容量Kn比正电极的容量Kp处于在为1:1到2:1的范围中的比例X。在该范围之内，Kn/Kp的比例进一步优选在为1:1至1.1:1的范围中。
特别优选地，按照变型方案A-2的根据本发明的电池具有所有上述的特征，尤其是在总是最优选的实施形式中的所有上述的特征。
根据变型方案A1和A2的电池优选地具有在为2法拉第到10法拉第的范围中的容量，尤其是在为3法拉第到5法拉第（根据IEC62391）的范围中的容量。
这些电池的阻抗优选地在1kHz的情况下为400-500 mOhm。
根据本发明的电池（变型方案B）的特别优选的实施形式
在另一特别优选的实施形式中，根据本发明的电池是堆叠电池（Stapelzelle）或者卷绕式电池（Wickelzelle）。在该实施形式中，电池优选地具有如下特征中的至少一个：
- 负电极作为薄的层电极存在，所述层电极具有在为0.2mm到1.8mm的范围中的平均厚度，尤其是在为0.2mm到1.5mm的范围中的平均厚度。
- 负电极包括活性炭作为阳极储存材料，以及作为可以借助氧化还原反应储存电能的附加的储存材料，负电极包括氢储存合金或者铁或氧化铁粉末。
- 阳极集流体是导电的泡沫。
- 正电极作为薄的层电极存在，所述层电极具有在为30µm到350µm的范围中的平均厚度。
- 正电极包括氢氧化镍和/或羟基氧化镍和/或这些镍化合物的衍生物。
- 阴极集流体是导电的泡沫。
- 负电极的平均厚度比正电极的平均厚度处于在为0.7:1到25:1的范围中的比例。在该范围之内，比例进一步优选在为3.0:1到15:1（负电极的平均厚度/正电极的平均厚度）的范围中。
- 隔离器基于聚烯烃。
- 电解质包含氢氧化钾（KOH）或者由氢氧化钠（NaOH）和氢氧化锂（LiOH）构成的混合物或者由KOH、NaOH和LiOH构成的混合物。
- 第一区域跨越面积F1，而第二区域跨越面积F2，其中F1≤F2，尤其是F1和F2彼此处于在为1:1至1.5:1的范围中的比例。
- 负电极具有在为10 mAh/g到100 mAh/g的范围中的比容量K1。在该范围之内，K1优选地在为20 mAh/g到60 mAh/g的范围中。
- 正电极具有在为2 mAh/g到310 mAh/g的范围中的比容量K2。在该范围之内，K2优选地在为50 mAh/g到240 mAh/g的范围中，特别优选地在为10 mAh/g到200 mAh/g的范围中。
- 负电极的容量Kn比正电极的容量Kp处于在为1:1到2:1的范围中的比例X。在该范围之内，Kn/Kp的比例进一步优选在为1:1至1.1:1的范围中。
特别优选地，按照变型方案B的根据本发明的电池具有所有上述的特征，尤其是在总是最优选的实施形式中的所有上述的特征。
在另一特别优选的实施形式中，按照变型方案B的根据本发明的电池的正电极尤其是以为0.1重量%到25重量%的份额包括至少一种来自具有如下内容的组的材料作为传导性改进物：镍、钴、氧化钴、碳酸钴、氢氧化钴、石墨和炭黑。
特别优选地，根据变型方案A-1、A2和B的电池的负电极以为0.1重量%到8重量%、特别优选地为1.0重量%到3重量%的份额包含附加的储存材料，并且以为10重量%到94.9重量%、特别优选地为40重量%到94.9重量%的份额包含基于碳的储存材料，（如在所有之前的情况下那样，百分值针对电极的干重）。
所述特征中的数个特征以及必要时也有根据本发明的非对称的电池的其他特征从现在接下来对根据本发明的电池的优选的实施形式的描述中得到。在所示的实施形式中，上文所描述的特征中的许多特征相互组合地实现。可是，这并不一定是必需的。要强调的是，结合根据本发明的电池的所示的实施形式所描述的兼性特征也可以彼此但独地实现。所描述的实施形式仅用于阐述和用于更好地理解本发明，并且绝不应被理解为限制性的。
附图说明
在图1中示出了按照变型方案A-1的根据本发明的电池的第一实施形式（穿过电池的中间剖面的摄影照片）。为了创建照片，已根据随后的指导制造电池，并且紧接着将该电池在中心切断。
在图2中示出了按照变型方案A-2的根据本发明的电池的第二实施形式（穿过电池的中间剖面的摄影照片）。为了创建照片，已根据随后的指导制造电池，并且紧接着将该电池在中心切断。
具体实施方式
根据变型方案A-1的第一实施形式
电池100包括液密的和气密的壳体，所述壳体包括壳体部件101和102。壳体部件101和102通过密封件103彼此电绝缘。在壳体中布置有电极104（负电极）和105（正电极）。在这两个电极104和105之间布置有隔离器层106。电极104和105与隔离器106利用水性碱性电解质来浸渍。
壳体是纽扣电池壳体。壳体部件101用作电池杯（Zellenbecher），壳体部件102用作电池盖。密封件103确保，没有电解质可以从电池流出。
负电极104包括盘形的片104a，所述片104a具有圆形的几何形状、为1.6mm的平均厚度和7mm的直径。片基本上包括下列部件：
- 70.5重量%的活性炭，作为基于碳的储存材料
- 24重量%的PTFE，作为电极粘结剂
- 3重量%的炭黑，作为附加的传导添加物（Leitadditiv）
- 2.5重量%的氢储存合金，作为附加的储存材料，所述附加的储存材料可以借助氧化还原反应储存电能。
为了制造这种片，已压实由所列举的部件构成的干燥混合物。所列举的百分值针对片的在已用电解质浸渍该片之前的干重。
除了片104a之外，负电极104包括由镍制成的网104b，利用所述网104b包覆片。网104b是阳极集流体。包括阳极集流体在内，负电极称重为90mg（电极的干重）。
正电极105同样构造为盘形的片。所述正电极同样具有圆形的几何形状，以及具有为0.16mm的平均厚度和为8mm的直径。正电极105基本上包括下列部件：
- 由镍泡沫构成的膜，作为阴极集流体，（60.2重量%）
- 氢氧化镍，作为阴极储存材料，（36.2重量%）
- 羧甲基纤维素，作为电极粘结剂，（0.4重量%）
- 氧化钴，作为传导性改进物，（3.2重量%）。
在各个部件之后的括号中，分别说明了：要给相应的部件分配占电极的总重量的何种重量份额，其中所列举的百分值针对电极的在已用电解质浸渍该电极之前的干重（水份额<2重量%）。
为了制造这种正电极，由所列举的部件构成的水性浆状混合物已混入到镍泡沫膜中。紧接着，通过干燥已去除所包含的水。例如借助砑光机，将所获得的复合体压实。
从这样获得的电极层已冲制出具有所需的圆形的几何形状的正电极。正电极包括阴极集流体在内称重为30mg（电极的干重）。
隔离器层106由无纺织物制成，所述无纺织物由聚丙烯构成。隔离器具有为250µm的平均厚度（未挤压）和为9mm的直径。
用来浸渍所述电极的水性碱性电解质是具有为6M氢氧化钾的浓度的水性氢氧化钾溶液。
根据变型方案A-2的第二实施形式
电池200包括液密的和气密的壳体，所述壳体包括壳体部件201和202。壳体部件201和202通过密封件203彼此电绝缘。在壳体中布置有电极204（负电极）和205（正电极）。在这两个电极204和205之间布置有隔离器层206。电极204和205和隔离器206利用水性碱性电解质来浸渍。
壳体是纽扣电池壳体。壳体部件201用作电池杯，壳体部件202用作电池盖。密封件203确保，没有电解质可以从电池流出。
负电极204的电接触通过焊入电池盖202中的膨胀金属栅格207来改善。
负电极204构造为盘形的片。所述负电极具有圆形的几何形状，以及具有为1.20mm的平均厚度和为8mm的直径。负电极204基本上包括下列部件：
- 由镍泡沫构成的膜，作为阳极集流体，（47.5重量%）
- 活性炭，作为基于碳的储存材料，（47.5重量%）
- 羧甲基纤维素，作为电极粘结剂，（0.8重量%）
- 苯乙烯丁二烯橡胶，作为电极粘结剂，（1.8重量%）
- 炭黑SuperC45，作为附加的传导添加物，(1.1重量%)
- 氢储存合金，作为可以借助氧化还原反应储存电能的附加的储存材料，（1.3重量%）。
在各个部件之后的括号中，分别说明了：要给相应的部件分配占电极的总重量的何种重量份额，其中所列举的百分值针对电极的在已用电解质浸渍该电极之前的干重（水份额<2重量%）。
负电极204的主要部件（阳极集流体和插入到其中的阳极储存材料）配备有附图标记204c（阳极储存材料）和204d（阳极集流体）。
正电极205同样构造为盘形的片。所述正电极205同样具有圆形的几何形状，以及具有为0.13 mm的平均厚度和为8mm的直径。正电极205基本上包括下列部件：
- 由镍泡沫构成的膜，作为阴极集流体，（70.0重量%）
- 氢氧化镍，作为阴极储存材料，（27.0重量%）
- 羧甲基纤维素，作为电极粘结剂，（0.2重量%）
- 氧化钴，作为传导性改进物，（2.8重量%）。
为了制造正电极205和负电极204，已分别将由所列举的部件构成的水性浆状混合物混入到由镍泡沫构成的膜中。紧接着已通过干燥去除所包含的水。例如借助砑光机，将所获得的复合体压实。
从这样获得的电极层，已冲制出具有所需的圆形的几何形状的电极204和205。正电极称重为26mg，负电极称重为53 mg，（电极的干重）。
隔离器层106由无纺织物制成，所述无纺织物由聚丙烯构成。隔离器具有为250µm的平均厚度（未挤压）和为9mm的直径。
用来浸渍所述电极的水性碱性电解质是具有为6M氢氧化钾的浓度的水性氢氧化钾溶液。
根据变型方案A-2的第二实施形式的电极容量的确定
30mg重的正电极的容量Kp的确定在纽扣电池测试系统中进行。在这种情况下已保证了，正电极的水含量已小于2重量%（针对电极的总重量）。电极已利用KOH电解质（32重量%的KOH）来浸渍，并且在大小匹配的纽扣电池壳体中已相对过大尺寸的复合金属电极来接通。
首先，通过计算算出地或者通过预先检查，已近似确定容量Kp。在本发明，根据所使用的氢氧化镍的已知的比容量，已算出为2.0mAh的近似值。
紧接着，正电极已被成型。为此，首先已以在10h中为0.12C的恒定电流速率来给测试电池充电，接着以在1.5h中为0.267C的恒定电流速率来使测试电池放电，并且紧接着以在4h中为0.1C的恒定电流速率来给测试电池充电。所说明的“C值”在这种情况下描述了针对近似测定的容量的相应的充电和放电电流。这样，例如在为2mAh的容量的情况下，为0.12C的电流速率例如对应于为0.24mA的充电电流。在10h上的充电因此对应于近似测定的为2.0mAh的容量的120%。在1.5h上在0.267C下的放电与此类似地对应于近似测定的为2.0mAh的容量的40 %。
针对真正的测量，在室温（23℃±2℃）下已以0.2C来使测试电池放电，直至已达到为1.0V的放电电压，并且紧接着以在16h中为0.1C来给测试电池充电。该过程已重复两次。通过测量测试电池在第三次放电时的放电电流，已经由通式KP=I放电电流×t放电时间 [mAh]来测定正电极的容量Kp。
负电极的容量Kn的确定借助烧杯中的三电极测量来进行。为此，负电极在为12h的持续时间上已被安放在调温到80℃的KOH电解质（32重量%的KOH）中，并且紧接着相对过大尺寸的活性炭电极来接通。Hg/HgO电极用作参考电极。
在电势范围OCV÷-1.0V中，在室温（23℃±2℃）下已首先利用充电电流1.3mA（在电极中的23mA/g活性炭）对比Hg/HgO来给电极充电，接着以为1.3mA的放电电流来使电极放电。该过程已重复多次。通过测量在第五次放电时的放电电流，已经由通式Kn=I放电电流×t放电时间[mAh]来测定负电极的容量Kn。
以这种方式已确定容量Kp和Kn。在考虑到所检查的电极的重量m的情况下，已算出比容量K1（K1=Kn/m负电极[mAh/g]）和K2（K2=Kp/m正电极[mAh/g]）。
负电极的电容Kn已为2.13mAh。由此算出的比容量K1已为32.9mAh/g。
正电极的容量Kp已为1.95mAh。由此算出的比容量K2已为44.8mAh/g。
负电极的容量Kn比正电极的容量Kp已处于为1.09比1的比例X。

Claims (6)

1.一种非对称的二次电化学电池，其包括：
1.1 负电极，所述负电极包含：
1.1.1 基于碳的储存材料作为阳极储存材料，所述基于碳的储存材料使得能够通过构造双电层（亥姆霍兹双层）将电荷储存在所述电极中，以及附加的储存材料作为阳极储存材料，所述附加的储存材料能够借助氧化还原反应储存电能，以及
1.1.2 阳极集流体，
1.2 正电极，所述正电极包含：
1.2.1氢氧化镍和/或羟基氧化镍和/或这些镍化合物的衍生物作为阴极储存材料，以及
1.2.2 阴极集流体，
1.3 在所述负电极与所述正电极之间的至少一个多孔的隔离器层，所述至少一个多孔的隔离器层具有第一扁平侧和第二扁平侧，以及
1.4 水性碱性电解质，利用所述水性碱性电解质浸渍所述电极和所述隔离器，以及
1.5 壳体，所述壳体包围所述电极、所述隔离器和所述电解质，
其中，
1.6 所述第一扁平侧包括第一区域，所述第一区域与所述负电极的所述阳极储存材料处于平面接触，并且所述第二扁平侧包括第二区域，所述第二区域与所述正电极的所述阴极储存材料处于平面接触，以及
1.7 所述第一区域和所述第二区域在重叠区域中至少部分重叠，
其特征在于，
1.8 所述附加的储存材料针对所述负电极的干重以为0.1重量%到8重量%的份额包含在所述负电极中，以及
1.9 所述负电极的容量Kn比所述正电极的容量Kp彼此处于在为0.7:1到5:1的范围中的比例X。
2.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述负电极的容量Kn比所述正电极的容量Kp处于在为1:1到5:1的范围中、优选地在为1:1到2:1的范围中、特别优选地在为1:1到1.5:1的范围中的比例X。
3.根据上述权利要求中任一项所述的电池，其特征在于下列附加特征中的至少一个：
3.1 所述基于碳的储存材料是来自具有如下内容的组的至少一种材料：活性炭（AC）、活性炭纤维（AFC）、碳化物衍生碳（CDC）、碳气凝胶、石墨（石墨烯）和碳纳米管（CNT），
3.2除了所述基于碳的储存材料之外，所述负电极还包含附加的储存材料作为阳极储存材料，所述附加的储存材料能够借助氧化还原反应储存电能，尤其是以为0.1重量%到8重量%的份额、优选地以为1.0重量%到3重量%的份额来包含所述附加的储存材料，
3.3所述阳极储存材料以在为40重量%到95重量%的范围中的份额包含在所述负电极中，
3.4 所述负电极包含电极粘结剂，尤其是以为0.1重量%到30重量%的份额、优选地以0.1重量%至5重量%的份额包含所述电极粘结剂，
3.5 所述附加的储存材料是氢储存合金，或者是铁或氧化铁粉末，或者是氧化还原活性的化合物、如二氧化钛，
3.6 所述负电极作为带、作为薄的层或者作为片存在，
3.7 所述阳极集流体是集流器，所述集流器形成三维传导基质，所述阳极储存材料嵌入到所述三维传导基质中，所述阳极集流体尤其是导电的泡沫、导电的无纺织物、导电的毡或者导电的织物，
3.8 所述阳极集流体是包覆所述负电极的栅格或者网，
3.9 所述阳极集流体以在为5重量%到60重量%的范围中的份额包含在所述负电极中，
3.10 所述负电极具有在为1 mAh/g到150 mAh/g的范围中的比容量K1，优选地在为10mAh/g到100 mAh/g的范围中的比容量K1，特别优选地在20 mAh/g到60 mAh/g范围中的比容量K1。
4.根据上述权利要求中任一项所述的电池，其特征在于下列附加特征中的至少一个：
4.1 除了所述阴极储存材料之外，所述正电极还包含至少一个传导性改进物，所述至少一个传导性改进物优选地来自具有如下内容的组：镍、钴、氧化钴、碳酸钴、氢氧化钴、石墨和炭黑，尤其是以为0.1重量%到25重量%的份额包含所述至少一个传导性改进物，
4.2所述阴极储存材料以如下重量份额包含在所述正电极中：所述重量份额在为1重量%至95重量%的范围中、特别优选地在为10重量%至95重量%的范围中，
4.3 所述正电极包含电极粘结剂，尤其是以为0.1重量%到8重量%的份额包含所述电极粘结剂，
4.4 所述阴极集流体是集流器，所述集流器形成三维传导基质，所述阴极储存材料嵌入到所述三维传导基质中，所述阴极集流体尤其是导电的泡沫、导电的无纺织物、导电的毡或者导电的织物，
4.5 所述阴极集流体是导电的膜、导电的网或者导电的栅格，
4.6所述阴极集流体以在为5重量%到60重量%的范围中的重量份额包含在所述正电极中，
4.7 所述正电极具有在为40 mAh/g到310 mAh/g的范围中的比容量K2，优选地在为50mAh/g到240 mAh/g的范围中的比容量K2，特别优选地在60 mAh/g到200 mAh/g范围中的比容量K2。
5.根据上述权利要求中任一项所述的电池，其特征在于下列附加特征中的至少一个：
5.1 所述负电极具有在为30µm到800µm的范围中的平均厚度D1，
5.2 所述正电极具有在为30µm到500µm的范围中的平均厚度D2，
5.3 所述负电极的平均厚度比所述正电极的平均厚度处于在为0.7:1到25:1的范围中、优选地在为3:1到15:1的范围中的比例，
5.4 所述第一区域和所述第二区域完全相互重叠，
5.5 所述第一区域跨越面积F1，而所述第二区域跨越面积F2，其中F1和F2彼此处于在为0.8:1至10:1的范围中、优选地在为1:1到1.5:1的范围中或者在为0.8:1到1:1的范围中的比例。
6.根据上述权利要求中任一项所述的电池，其特征在于下列附加特征：
6.1 所述负电极是或者包括片，所述片具有在为0.2 mm到1.8 mm的范围中的平均厚度，
6.2 所述负电极包括活性炭作为阳极储存材料，
6.3 作为能够借助氧化还原反应储存电能的附加的储存材料，所述负电极包括氢储存合金、氧化还原活性的二氧化钛化合物或者铁或氧化铁粉末，
6.4 所述负电极包含PTFE粘结剂、SBR粘结剂、PVA粘结剂、丙烯酸粘结剂、PEO粘结剂和/或CMC粘结剂作为电极粘结剂，
6.5 所述阳极集流体是导电的泡沫，
6.6 所述正电极作为片存在，所述片具有在为30µm到350µm的范围中的平均厚度，
6.7 所述正电极包含PTFE粘结剂、SBR粘结剂、PVA粘结剂、丙烯酸粘结剂、PEO粘结剂和/或CMC粘结剂作为电极粘结剂，
6.8 所述阴极集流体是导电的泡沫，
6.9 所述负电极的平均厚度比所述正电极的平均厚度处于在为2:1到20:1的范围中的比例，
6.10 所述隔离器基于聚烯烃，
6.11 所述电解质包含氢氧化钾（KOH）或者由氢氧化钠（NaOH）和氢氧化锂（LiOH）构成的混合物或者由KOH、NaOH和LiOH构成的混合物，
6.12 所述负电极具有在为10 mAh/g到100 mAh/g的范围中的比容量K1，
6.13 所述正电极具有在为2 mAh/g到310 mAh/g的范围中的比容量K2，
6.14 所述负电极的容量Kn比所述正电极的容量Kp处于在为1:1到2:1的范围中的比例X。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112542567A (zh) * 2019-09-20 2021-03-23 通用汽车环球科技运作有限责任公司 薄膜参考电极及其制造方法、包括该电极的电化学装置

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022044003A1 (en) * 2020-08-24 2022-03-03 Bar-Ilan University Method and apparatus for hydrogen production by electrolysis
JP2024506162A (ja) * 2021-02-05 2024-02-09 ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ カリフォルニア 血中バイオマーカ濃度の信頼できる予測のためのワンタッチ指先汗センサおよび個人化データ処理
CN114023569B (zh) * 2021-10-29 2022-07-19 山西大学 一种三维碳纳米管胶带柔性集流体的制备方法
WO2023238926A1 (ja) * 2022-06-10 2023-12-14 マクセル株式会社 電極積層体、その製造方法および電気化学素子

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102290245A (zh) * 2011-04-29 2011-12-21 深圳市惠程电气股份有限公司 一种聚酰亚胺电容电池及其制作方法
CN102668198A (zh) * 2009-11-18 2012-09-12 三井化学株式会社 电化学电池用水性糊剂、涂布该水性糊剂而形成的电化学电池用极板、及包括该极板的电池
CN104871349A (zh) * 2012-12-12 2015-08-26 亚奎尼能源公司 用于水性电解质能量储存的复合阳极结构和含有所述结构的装置
WO2016005528A2 (de) * 2014-07-09 2016-01-14 Varta Microbattery Gmbh Sekundäre elektrochemische zelle und ladeverfahren

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19857638A1 (de) 1998-12-14 2000-06-15 Varta Geraetebatterie Gmbh Elektrischer Akkumulator in Form einer Knopfzelle
DE10226848A1 (de) 2002-06-15 2003-12-24 Varta Microbattery Gmbh Galvanisches Element
JP5767115B2 (ja) 2009-02-09 2015-08-19 ファルタ マイクロバッテリー ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング ボタン電池とそれを製造する方法
DE102014223194A1 (de) * 2014-11-13 2016-05-19 Varta Microbattery Gmbh Sekundäres elektrochemisches Element
WO2016020136A2 (de) 2014-08-08 2016-02-11 Varta Microbattery Gmbh Sekundäre elektrochemische zelle und ladeverfahren

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102668198A (zh) * 2009-11-18 2012-09-12 三井化学株式会社 电化学电池用水性糊剂、涂布该水性糊剂而形成的电化学电池用极板、及包括该极板的电池
CN102290245A (zh) * 2011-04-29 2011-12-21 深圳市惠程电气股份有限公司 一种聚酰亚胺电容电池及其制作方法
CN104871349A (zh) * 2012-12-12 2015-08-26 亚奎尼能源公司 用于水性电解质能量储存的复合阳极结构和含有所述结构的装置
WO2016005528A2 (de) * 2014-07-09 2016-01-14 Varta Microbattery Gmbh Sekundäre elektrochemische zelle und ladeverfahren
WO2016005529A1 (de) * 2014-07-09 2016-01-14 Varta Microbattery Gmbh Sekundäre elektrochemische zelle und ladeverfahren

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112542567A (zh) * 2019-09-20 2021-03-23 通用汽车环球科技运作有限责任公司 薄膜参考电极及其制造方法、包括该电极的电化学装置
CN112542567B (zh) * 2019-09-20 2024-04-12 通用汽车环球科技运作有限责任公司 薄膜参考电极及其制造方法、包括该电极的电化学装置

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