DE112016005090T5 - Aktivmaterial für eine positive Elektrode und Alkalibatterie - Google Patents

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Abstract

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Aktivmaterials für eine positive Elektrode, welche die von Temperaturveränderungen begleiteten Kapazitätsänderungen hemmen kann, und einer Alkalibatterie, welche dieses Aktivmaterial für eine positive Elektrode enthält. Aluminium und Ytterbium sind in Nickelhydroxid in dem Nickel-Komposit-Hydroxid, welches im Aktivmaterial für eine positive Elektrode der vorliegenden Erfindung vorliegt, zumindest teilweise im festen Zustand gelöst.

Description

  • GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Aktivmaterial für eine positive Elektrode und eine Alkalibatterie.
  • HINTERGRUND
  • Das oft als ein Aktivmaterial für eine positive Elektrode in Alkalibatterien verwendete Nickelhydroxid unterliegt typischerweise einer Oxidations-Reduktionsreaktion zwischen Nickelhydroxid vom β-Typ (auch als β-Ni(OH)2 bezeichnet, wobei die Valenz von Ni 2 ist) und Nickeloxyhydroxid vom β-Typ (auch als β-NiOOH bezeichnet, wobei die Valenz von Ni 3 ist), und daraus findet deshalb Entladung und Ladung der Batterie statt. Diese Oxidations-Reduktionsreaktion kann mit der nachstehend angegebenen Reaktionsformel dargestellt werden. β-Ni(OH)2 + OH- ⇔ β-NiOOH + H2O + e-
  • Die Oxidations-Reduktionsreaktion, welche durch die vorstehend genannte Formel dargestellt wird, ist reversibel. In dieser Reaktionsformel stellt nämlich die Reaktion, welche von links nach rechts verläuft, das Laden dar, während die Reaktion, welche von rechts nach links verläuft, das Entladen darstellt. Außerdem ist diese Reaktion eine 1-Elektronen-Übertragungsreaktion, und die theoretische Kapazität ist bekanntermaßen 289 mAh/g.
  • Im Gegensatz dazu wird derzeit die Aufmerksamkeit auf die Oxidations-Reduktionsreaktion gezogen, welche zwischen Nickelhydroxid vom α-Typ (auch bezeichnet als α-Ni(OH)2, wobei Ni eine Valenz von 2 aufweist) und Nickeloxyhydroxid vom γ-Typ (auch bezeichnet als γ-NiOOH, wobei Ni eine Valenz von 3 aufweist) auftritt. Diese Reaktion ist eine Mehr-Elektronenreaktion und darüber hinaus ist der Mehrwert daran, dass diese Reaktion es möglich macht, eine höhere Batteriekapazität zu verwirklichen, da es für die theoretische Kapazität dieser Reaktion möglich ist, mindestens 1,5 mal höher als oder gleich der theoretischen Kapazität der vorstehend genannten Reaktion zu sein.
  • Nickelhydroxid vom α-Typ ist jedoch vergleichsweise instabil und somit wird es in einer Alkalilösung leicht in Nickelhydroxid vom β-Typ umgesetzt.
  • Ferner ist außerdem eine Reaktion bekannt, welche zwischen Nickelhydroxid vom β-Typ und Nickeloxyhydroxid vom γ-Typ auftritt. Die Nutzung dieser Reaktion ist jedoch aufgrund der Schwierigkeit, ein reversibles Ablaufen der Oxidations-Reduktionsreaktion zu ermöglichen und aufgrund des Auftretens von Volumenfluktuationen des Nickelhydroxids, welche den Unterschieden in den Strukturen dieser Nickelhydroxide zugerechnet wird, nicht bevorzugt.
  • Somit wurden Untersuchungen an einem Nickelhydroxid vom α-Typ, welches geeignet ist ein hohes Niveau an Stabilität unter Bedingungen wie einer Unterbringung in einer wässrigen Alkalilösung zu zeigen, ausgeführt.
  • Der abgeschlossene Alkali-Zink-Akkumulator des Patentdokuments 1 verwendet Nickelhydroxid für das Aktivmaterial einer positiven Elektrode, und mindestens ein Elementtyp, ausgewählt aus Mangan (Mn), Aluminium (Al), Kobalt (Co), Yttrium (Y), Ytterbium (Yb), Erbium (Er) und Gadolinium (Gd) ist in diesem Nickelhydroxid im festen Zustand gelöst.
  • Die Alkalibatterie des Patentdokuments 2 enthält ein Aktivmaterial, welches hauptsächlich aus einem Nickelhydroxid vom α-Typ (α-Ni(OH)2) und einem Hydroxid und/oder einem Oxyhydroxid, welches mindestens ein Element, ausgewählt aus Erbium (Er), Trillium (Tm), Ytterbium (Yb) und Lutetium (Lu) enthält, besteht.
  • Das Material für eine positive Elektrode für eine Alkalibatterie des Patentdokuments 3 ist Al-substituiertes Ni(OH)2. Dieses Al-substituierte Ni(OH)2 wird durch die Formel (AlxNi1-x)(OH)2Y (wobei x einen Wert von 0,15 bis 0,3 darstellt und Y ein Anion darstellt) dargestellt, und wird durch den d-Wert von weniger als 8,2 Å des (003)-Beugungsreflexes in einem Röntgendiffraktogramm gekennzeichnet.
  • Ferner werden hauptsächlich aus Nickelhydroxid bestehende Mischkristallpartikel im Material für eine positive Elektrode für eine Alkalibatterie des Patentdokuments 4 mit Kobaltoxid beschichtet, welche durch Hinzugeben von mindestens einem Metalltyp, ausgewählt aus Erdalkalimetallen und Übergangsmetallen mit Kobalthydroxid als deren Hauptkomponente zum Mischkristall erhalten werden. Im Aktivmaterial für eine positive Elektrode für eine Alkalibatterie des Patentdokuments 4 wird das Kobaltoxid elektrochemisch oxidiert, wenn eine Batterie, welche dieses Aktivmaterial verwendet, geladen wird, und ein elektrisch leitfähiges Netzwerk wird durch eine Mehrzahl an Mischkristallpartikel ausgebildet, was zu einer Verbesserung des Verwendungsfaktors des Aktivmaterials in der Batterie führt.
  • Dokumente des Standes der Technik
  • Patentdokumente
    • Patentdokument 1: Japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. 2000-067910
    • Patentdokument 2: Japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. 2003-249214
    • Patentdokument 3: Japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. H11-185746
    • Patentdokument 4: Japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. 2001-297759
  • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
  • Probleme, die durch die Erfindung gelöst werden sollen
  • Eines der Ziele des geschlossenen Alkali-Zink-Akkumulators des Patentdokuments 1, der Alkalibatterie des Patentdokuments 2, und des Materials für eine positive Elektrode für eine Alkalibatterie des Patentdokuments 3 ist die Bereitstellung eines Nickelhydroxids vom α-Typ mit einem hohen Niveau an Stabilität. Jedoch weist eine Batterie, welche diese Nickelhydroxide vom α-Typ als ein Aktivmaterial für eine positive Elektrode verwendet, die Möglichkeit auf, eine Kapazitätsänderung, welche eine Änderung der Temperatur begleitet, zu erfahren.
  • Deshalb ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Aktivmaterial für eine positive Elektrode, welches geeignet ist, von Temperaturänderungen begleitete Kapazitätsänderungen zu hemmen, und eine Alkalibatterie, welche dieses Aktivmaterial für eine positive Elektrode enthält, bereitzustellen.
  • Mittel zur Lösung des Problems
  • Die Erfinder der vorliegenden Erfindung fanden heraus, dass das vorstehend genannte Problem durch Anwenden der nachstehend angegebenen Mittel gelöst werden kann.
    • <1> Ein Aktivmaterial für eine positive Elektrode, welches ein Nickel-Komposit-Hydroxid enthält, in welchem Aluminium und Ytterbium zumindest teilweise in Nickelhydroxid im festen Zustand gelöst sind.
    • <2> Das in <1> beschriebene Aktivmaterial für eine positive Elektrode, wobei das Nickel-Komposit-Hydroxid durch die folgende Formel (I) dargestellt ist: NiaAlbYbc(OH)d (I) (wobei,
      • a+b+c= 1,00,
      • 0,70 ≤ a < 1,00,
      • 0 < b ≤ 0,2,
      • 0 < c ≤ 0,1, und
      • d = 2a + 3b + 3c).
    • <3> Das in <1> oder <2> beschriebene Aktivmaterial für eine positive Elektrode, wobei das Nickel-Komposit-Hydroxid weiterhin eine Beschichtungsschicht enthält, mit welcher es bedeckt ist, und die Beschichtungsschicht Kobalt enthält.
    • <4> Das in <3> beschriebene Aktivmaterial für eine positive Elektrode, wobei die Beschichtungsschicht weiterhin mindestens einen Elementtyp, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Aluminium, Mangan und Nickel, enthält.
    • <5> Das in <4> beschriebene Aktivmaterial für eine positive Elektrode, wobei die Beschichtungsschicht Mangan und Nickel enthält.
    • <6> Eine positive Elektrode, welche das in einem von <1> bis <5> beschriebene Aktivmaterial für eine positive Elektrode enthält.
    • <7> Eine Alkalibatterie, welche das in einem von <1> bis <5> beschriebene Aktivmaterial für eine positive Elektrode oder die in <6> beschriebene positive Elektrode enthält.
  • Wirkungen der Erfindungen
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Aktivmaterial für eine positive Elektrode, welche sich zur Hemmung der von einer Temperaturänderung begleiteten Kapazitätsänderung eignet, und eine Alkalibatterie, welche dieses Aktivmaterial für eine positive Elektrode enthält, bereitgestellt werden.
  • Figurenliste
    • 1 ist ein schematisches Diagramm, welches einen Schritt zur Ausbildung einer Beschichtungsschicht, welche Kobalt und Ähnliches enthält, auf einem Nickel-Komposit-Hydroxid zeigt;
    • 2 ist ein Graph, welcher die Beziehung zwischen dem molaren Verhältnis von Ni und Yb und der Ladungs-Entladungseffizienz (%) für die Nickel-Komposit-Hydroxide der Beispiele 1 bis 3 zeigt;
    • 3(a) bis 3(d) stellen Aufnahmen mittels Rasterelektronenmikroskopie (SEM) von jeweils den Nickel-Komposit-Hydroxiden der Beispiele 4 bis 7 mit einer Beschichtungsschicht darauf dar;
    • 4 ist ein Graph, welcher die Beugungsmuster mittels Röntgendiffraktometrie (XRD) von den Nickel-Komposit-Hydroxiden des Beispiels 1 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 4 und einem Nickelhydroxid vom α-Typ vor einem Eintauchtest bzw. Immersionstest zeigt;
    • 5 ist ein Graph, welcher die Beugungsmuster mittels Röntgendiffraktometrie (XRD) der Nickel-Komposit-Hydroxide des Beispiels 1 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 4 und ein Nickelhydroxid vom β-Typ nach einem Eintauchtest bzw. Immersionstest zeigt.
  • AUSFÜHRUNGSFORMEN ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
  • Im Folgenden wird eine detaillierte Erklärung der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bereitgestellt. Ferner ist die vorliegende Erfindung nicht auf die nachstehenden Ausführungsformen beschränkt, kann aber auf verschiede Weisen im Rahmen des Kerns der vorliegenden Erfindung abgeändert werden.
  • Die Erfinder der vorliegenden Erfindung führten umfangreiche Untersuchungen bezüglich Aktivmaterialien für positive Elektroden in der Form von Nickelhydroxiden aus, welche geeignet sind, eine stabile Kapazität zu beweisen, ohne durch Änderungen der Batterietemperatur beeinträchtigt zu werden. Deshalb fanden die Erfinder der vorliegenden Erfindung heraus, dass die Verwendung eines Nickel-Komposit-Hydroxids, in welchem zumindest eine Mehrzahl an bestimmten Elementen teilweise in Nickelhydroxid im festen Zustand gelöst sind, als ein Aktivmaterial für eine positive Elektrode, und eine mit diesem Material für eine positive Elektrode ausgestatteten Batterie kaum Änderungen der Kapazität derselben erleiden, für den Fall, dass sich die Batterietemperatur änderte. Das Aktivmaterial für eine positive Elektrode der vorliegenden Erfindung wird nachstehend beschrieben.
  • «Aktivmaterial für eine positive Elektrode»
  • Aluminum und Ytterbium sind zumindest teilweise in Nickelhydroxid in dem Nickel-Komposit-Hydroxid, welches im Aktivmaterial für eine positive Elektrode der vorliegenden Erfindung enthalten ist, im festen Zustand gelöst.
  • Dieses Nickel-Komposit-Hydroxid ist geeignet, Änderungen der Kapazität zu hemmen, welche Temperaturänderung begleiten.
  • Ferner bezeichnet in der vorliegenden Erfindung ein „Nickel-Komposit-Hydroxid“ ein Hydroxid, bei welchem zumindest ein Metallelementtyp mindestens teilweise in Nickelhydroxid im festen Zustand gelöst ist. Somit kann zum Beispiel ein „Nickel-Komposit-Hydroxid“ ein Nickelhydroxid sein, welches nicht nur einen Bereich aufweist, in welchen zumindest ein Metallelementtyp in Nickelhydroxid im festen Zustand gelöst ist, sondern auch einen Bereich aufweist, in welchem Nickelhydroxid und ein Hydroxid von mindestens einem Metallelementtyp jeweils unabhängig voneinander anwesend sind.
  • Ferner kann das Nickel-Komposit-Hydroxid, welches im Aktivmaterial für eine positive Elektrode der vorliegenden Erfindung enthalten ist, durch die nachstehende Formel (I) dargestellt werden: NiaAlbYbc(OH)d (I) (wobei,
    • a + b + c = 1,00,
    • 0,70 ≤ a < 1,00,
    • 0 < b ≤ 0,2,
    • 0 < c ≤ 0,1, und
    • d = 2a + 3b + 3c).
  • Ferner stellen a, b, c und d in der vorstehend genannten Formel (I) molare Verhältnisse dar. Somit bedeutet die Beziehung „a + b + c = 1,00“ in der vorstehend genannten Formel (I), dass die Gesamtheit der molaren Verhältnisse von a, b und c normalisiert ist, und es derart zu verstehen ist, dass zum Beispiel Ni0,35Al0,1Yb0,05(OH)1,15 oder Ni1,4Al0,4Yb0,2(OH)4,6 gleichbedeutend mit Ni0,7Al0,2Yb0,1(OH)2,3 ist.
  • In dem Fall, in dem das Verhältnis von Nickel bezogen auf die Gesamtheit der molaren Verhältnisse von Nickel (Ni), Aluminium (Al) und Ytterbium (Yb) im Nickel-Komposit-Hydroxid hoch ist, kann die Grundkapazität einer Batterie, welche dieses Nickel-Komposit-Hydroxid als ein Aktivmaterial für eine positive Elektrode verwendet, verbessert sein. Außerdem sind Aluminium und Ytterbium in dem Nickel-Komposit-Hydroxid enthalten, und deren Anwesenheit erleichtert die Hemmung der von Temperaturänderungen begleiteten Kapazitätsänderungen. Deshalb ist der Wert von a in der vorstehend genannten Formel (I) vorzugsweise 0,70 oder mehr, 0,75 oder mehr oder 0,80 oder mehr und weniger als 1,00.
  • In dem Fall, in dem das Verhältnis von Aluminium bezogen auf die Gesamtheit der molaren Verhältnisse von Aluminium und Ytterbium in dem Nickel-Komposit-Hydroxid hoch ist, können Kosten verringert werden, da dies zu einer relativen Senkung im Verhältnis von Ytterbium führt. Zusätzlich erfährt in dem Fall, in dem das vorstehend genannte Verhältnis von Aluminium gering ist, das Verhältnis von Ytterbium einen relativen Anstieg, und die Kapazität bei einer hohen Temperatur von, zum Beispiel, 60 °C kann erhöht werden im Vergleich zu der bei niedrigen Temperaturen. Deshalb ist der Wert von b in der vorstehend genannten Formel (I) vorzugsweise größer als 0, 0,05 oder mehr, oder 0,1 oder mehr, und 0,15 oder weniger, 0,17 oder weniger, oder 0,20 oder weniger. Ferner ist der Wert von c in der vorstehend genannten Formel (I) vorzugsweise größer als 0, oder 0,05 oder mehr, und 0,1 oder weniger.
  • Obwohl es keine besonderen Beschränkungen bezüglich der Form des Nickel-Komposit-Hydroxids gibt, ist es in der Form von Partikeln bevorzugt. Außerdem kann, obwohl es keine besonderen Beschränkungen dafür gibt, der mittlere Partikeldurchmesser des Nickel-Komposit-Hydroxids 5 µm bis 20 µm sein. Ferner kann dieser Partikeldurchmesser als der sogenannte Einheitskreisdurchmesser bzw. Äquivalenzkreisdurchmesser bezeichnet werden.
  • <Beschichtungsschicht>
  • Außerdem kann das Nickel-Komposit-Hydroxid im Aktivmaterial für eine positive Elektrode der vorliegenden Erfindung weiterhin eine Beschichtungsschicht enthalten, welche das Nickel-Komposit-Hydroxid bedeckt, und die Beschichtungsschicht kann Kobalt enthalten.
  • Im Falle des Ladens einer Batterie, welche das Nickel-Komposit-Hydroxid mit einer darauf ausgebildeten Beschichtungsschicht enthält, wird das Kobalt in der Beschichtungsschicht zu einem Oxid oder Peroxid mit elektrischer Leitfähigkeit umgesetzt, was zu einer Bildung eines elektrisch leitfähigem Netzwerks unter bzw. zwischen dem Nickel-Komposit-Hydroxid führt. Deshalb kann sich, im Falle der Verwendung eines Nickel-Komposit-Hydroxids mit einer darauf ausgebildeten Beschichtungsschicht, der Anteil des Nickel-Komposit-Hydroxids, welcher in der Ladungs-Entladungsreaktion beteiligt ist, im Vergleich zu dem Fall verbessern, in dem ein Nickel-Komposit-Hydroxid ohne eine darauf ausgebildete Beschichtungsschicht verwendet wird.
  • Somit kann, im Falle der Verwendung des Nickel-Komposit-Hydroxids, welches in dem Aktivmaterial für eine positive Elektrode der vorliegenden Erfindung in einer Batterie enthalten ist, die Ladungs-Entladungskapazität dieser Batterie verbessert werden.
  • Obwohl es diesbezüglich keine besonderen Beschränkungen gibt, kann die Dicke der Beschichtungsschicht 0,2 µm oder weniger sein.
  • Außerdem kann, obwohl es keine besonderen Beschränkungen gibt, das molare Verhältnis zwischen dem Nickel-Komposit-Hydroxid und der Beschichtungsschicht, welche es bedeckt, 97:3 bis 85:15 sein.
  • (Komponenten der Beschichtungsschicht)
  • Ferner kann die Beschichtungsschicht, welche das Nickel-Komposit-Hydroxid bedeckt, im Aktivmaterial für eine positive Elektrode der vorliegenden Erfindung weiterhin mindestens einen Elementtyp, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Aluminium, Mangan und Nickel enthalten.
  • Außerdem kann die Beschichtungsschicht im Aktivmaterial für eine positive Elektrode der vorliegenden Erfindung vorzugsweise Mangan und Nickel einschließen.
  • Ein Beispiel der Form des Kobaltoxids oder -peroxids mit elektrischer Leitfähigkeit kann Kobalthydroxid (Co(OH)2, CoOOH) sein. Beispiele der Form des Kobalthydroxids können α-Co(OH)2, β-Co(OH)2, β-CoOOH und γ-CoOOH enthalten.
  • Außerdem ist die elektrische Leitfähigkeit von γ-CoOOH bekanntermaßen höher als die elektrische Leitfähigkeit von β-CoOOH. Deshalb enthält typischerweise das Kobalthydroxid, welches das vorstehend genannte elektrisch leitfähige Netzwerk ausbildet, vorzugsweise eine große Menge an γ-CoOOH.
  • Obwohl hier γ-CoOOH durch Umsetzung von α-Co(OH)2 leicht gebildet wird, ist es schwierig, γ-CoOOH aus der Umsetzung von β-Co(OH)2 zu bilden. Deshalb ist die Form von α-Co(OH)2 vorzugsweise so, dass es die Form des elektrisch leitfähigen Netzwerks erhält. Da jedoch α-Co(OH)2 vergleichsweise instabil ist, nimmt Kobalthydroxid leicht die Form von β-Co(OH)2 an.
  • Im Aktivmaterial für eine positive Elektrode der vorliegenden Erfindung kann die Beschichtungsschicht zusätzlich zum Kobalt mindestens einen Elementtyp, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Aluminium, Mangan und Nickel, wie vorstehend beschrieben, enthalten. Da das Aluminium und andere Elemente in der Nähe des Kobalthydroxids vorliegen und/oder darin enthalten sind, wird die Form des Kobalthydroxids stabilisiert. Deshalb kann sich die elektrische Leitfähigkeit des elektrisch leitfähigen Netzwerks verbessern, und somit kann der Anteil des Nickel-Komposit-Hydroxids, welcher in der Ladungs-Entladungsreaktion beteiligt ist, weiter verbessert werden.
  • Obwohl es keine besonderen Beschränkungen bezüglich der molaren Verhältnisse von Kobalt, Aluminium, Mangan und Nickel in der Beschichtungsschicht gibt, ist das Verhältnis von Kobalt vorzugsweise größer. Das Verhältnis von Kobalt als der molare Prozentsatz basierend auf allen in der Beschichtungsschicht vorliegenden Elementen von Aluminium, Mangan und Nickel ist zum Beispiel 50 mol% oder mehr, 60 mol% oder mehr, 70 mol% oder mehr, 80 mol% oder mehr oder 90 mol% oder mehr.
  • Zusätzlich ist, obwohl es keine besonderen Beschränkungen bezüglich der molaren Verhältnisse von Aluminium, Mangan, und Nickel gibt, das Verhältnis von Nickel vorzugsweise höher. Das Verhältnis von Nickel als der molare Prozentsatz basierend auf allen in der Beschichtungsschicht vorliegenden Elementen von Aluminium, Mangan, und Nickel kann, zum Beispiel, 50 mol% oder mehr, 60 mol% oder mehr, 70 mol% oder mehr, 80 mol% oder mehr oder 90 mol% oder mehr sein.
  • Ferner ist, obwohl es keine besonderen Beschränkungen bezüglich der molaren Verhältnisse von Aluminium und Mangan gibt, das Verhältnis von Mangan vorzugsweise höher. Das Verhältnis von Mangan als der molare Prozentsatz basierend auf allen in der Beschichtungsschicht vorliegenden Elementen von Aluminium und Mangan kann, zum Beispiel, 50 mol% oder mehr, 60 mol% oder mehr, 70 mol% oder mehr, 80 mol% oder mehr, oder 90 mol% oder mehr sein.
  • Natürlich kann das Verhältnis von Aluminium im Wesentlichen 100 % als molarer Prozentsatz basierend auf allen in der Beschichtungsschicht vorhandenen Elementen von Aluminium, Mangan und Nickel sein.
  • Das im Aktivmaterial für eine positive Elektrode der vorliegenden Erfindung enthaltene Nickel-Komposit-Hydroxid kann mit Bezug zum nachstehend angegebenen Verfahren zur Herstellung des Nickel-Komposit-Hydroxids hergestellt werden.
  • «Verfahren zur Herstellung des Nickel-Komposit-Hydroxids»
  • Das Verfahren zur Herstellung des im Aktivmaterial für eine positive Elektrode der vorliegenden Erfindung enthaltenen Nickel-Komposit-Hydroxids kann einen ersten Lösung-Herstellungsschritt zur Herstellung einer ersten Lösung, bestehend aus einer Mischung aus, zum Beispiel, einem Nickelsalz, einem Aluminiumsalz, einem Ytterbiumsalz und einem ersten Lösungsmittel, einem zweiten Lösung-Herstellungsschritt zur Herstellung einer zweiten Lösung, bestehend aus einer Mischung aus einer basischen Substanz und einem zweiten Lösungsmittel, und einem Hydroxid-Syntheseschritt zur Synthese eines Nickel-Komposit-Hydroxids, bestehend aus Rühren und Mischen der ersten Lösung und der zweiten Lösung, enthalten.
  • < Herstellungsschritt für die erste Lösung>
  • Das Herstellen der ersten Lösung kann durch Mischen eines Nickelsalzes, eines Aluminiumsalzes, eines Ytterbiumsalzes und dem ersten Lösungsmittel ausgeführt werden.
  • Es gibt keine besonderen Beschränkungen bezüglich der Temperatur, des Druckes oder der Atmosphäre bei der Herstellung der ersten Lösung. Die Temperatur, der Druck und die Atmosphäre bei der Herstellung der ersten Lösung können, zum Beispiel, Normaltemperatur, Atmosphärendruck und eine Luftatmosphäre sein.
  • Es gibt keine besonderen Beschränkungen bezüglich der molaren Verhältnisse von Nickel, Aluminium und Ytterbium in der ersten Lösung, vorausgesetzt, das vorstehend genannte Nickel-Komposit-Hydroxid, und insbesondere ein Nickel-Komposit-Hydroxid, welches die Bedingungen der vorstehend genannten Formel (I) erfüllt, können hergestellt werden. Die molaren Verhältnisse der vorstehend genannten Elemente in der ersten Lösung können dem molaren Verhältnis des vorstehend genannten Nickel-Komposit-Hydroxids entsprechen. In diesem Fall können die molaren Verhältnisse dieser Elemente in der ersten Lösung unter Berücksichtigung des Ausmaßes der Reduktion derselben, wie dem Oxidations-Reduktionspotential oder der Leichtigkeit, mit welcher jedes Element in die feste Lösung bzw. in den Mischkristall zugegeben wird, bestimmt werden.
  • (Nickelsalz)
  • Es gibt keine besonderen Beschränkungen bezüglich des Nickelsalzes, vorausgesetzt, es ist im ersten Lösungsmittel löslich. Beispiele der Nickelsalze können Nitrate, Acetate, Sulfate, Carbonate, Halogenide, Cyanide und Sulfide von Nickel als auch Kombinationen davon enthalten.
  • (Aluminumsalz und Ytterbiumsalz)
  • Auf die vorstehende Beschreibung des Nickelsalzes kann mit Hinblick auf das Aluminiumsalz und das Ytterbiumsalz Bezug genommen werden.
  • (Erstes Lösungsmittel)
  • Es gibt keine besonderen Beschränkungen bezüglich des ersten Lösungsmittels, vorausgesetzt es kann das Nickelsalz, das Aluminiumsalz und das Ytterbiumsalz lösen. Beispiele des ersten Lösungsmittels können polare Lösungsmittel wie Wasser einschließen.
  • < Herstellungsschritt für die zweite Lösung>
  • Die Herstellung der zweiten Lösung kann durch Mischen einer basischen Substanz und eines zweiten Lösungsmittels ausgeführt werden.
  • Es gibt keine besonderen Beschränkungen bezüglich der Temperatur, des Drucks oder der Atmosphäre bei der Herstellung der zweiten Lösung. Die Temperatur, der Druck und die Atmosphäre bei der Herstellung der zweiten Lösung können, zum Beispiel, Normaltemperatur, Atmosphärendruck und eine Luftatmosphäre sein.
  • (Basische Substanz)
  • Es gibt keine besonderen Beschränkungen bezüglich der basischen Substanz und Beispiele davon können Hydroxide der Alkalimetalle, wie Natriumhydroxid oder Kaliumhydroxid, Hydroxide der Erdalkalimetalle, wie Kalziumhydroxid, und Kombinationen derselben einschließen.
  • (Zweites Lösungsmittel)
  • Auf die vorstehende Beschreibung des ersten Lösungsmittels kann mit Hinblick auf das zweite Lösungsmittel Bezug genommen werden.
  • < Syntheseschritt für das Hydroxid>
  • Die Synthese des Hydroxids kann durch Rühren und Mischen der ersten Lösung und der zweiten Lösung ausgeführt werden, um ein Nickel-Komposit-Hydroxid zu synthetisieren.
  • Im Hydroxid-Syntheseschritt können der pH und die Temperatur der Lösungen optional sein und selektiv eingestellt werden, wenn die erste Lösung und die zweite Lösung gerührt und gemischt werden. Ein pH-Sensor oder eine pH-Steuereinheit können verwendet werden, um den pH der Lösungen einzustellen. Eine Heizung oder eine mit einem Sensor ausgestattete Temperatursteuerung kann verwendet werden, um die Temperatur der Lösungen einzustellen.
  • Zusätzlich kann der Hydroxid-Syntheseschritt einen weiteren Schritt zum Zentrifugieren der entstandenen Lösung und des Nickel-Komposit-Hydroxids, einen Schritt zum Filtrieren der Nickel-Komposit-Hydroxid enthaltenen Lösung, und/oder einen Schritt zum Trocknen der Lösung oder der Nickel-Komposit-Hydroxid enthaltenen Suspension unter vermindertem Druck einschließen.
  • < Bildungsschritt für eine Beschichtungsschicht>
  • Das Verfahren zur Herstellung eines im Aktivmaterial für eine positive Elektrode der vorliegenden Erfindung enthaltenen Nickel-Komposit-Hydroxids kann, zum Beispiel, einen Herstellungsschritt für eine dritte Lösung zur Herstellung einer dritten Lösung, welche ein Kobaltsalz und ein drittes Lösungsmittel enthält, einen Herstellungsschritt für eine vierte Lösung zur Herstellung einer vierten Lösung, welche eine basische Substanz und ein viertes Lösungsmittel enthält, einen Herstellungsschritt für eine fünfte Lösung zur Herstellung einer fünften Lösung, welche das vorstehend genannte synthetisierte Nickel-Komposit-Hydroxid und ein fünftes Lösungsmittel enthält, und einen Bildungsschritt für die Beschichtungsschicht zum Zugeben der vorstehend genannten dritten Lösung und vierten Lösung zur vorstehend genannten fünften Lösung und Mischen, umfassen.
  • (Herstellungsschritt für die dritte Lösung)
  • Die Herstellung der dritten Lösung kann durch Rühren und Mischen eines Kobaltsalzes und des dritten Lösungsmittels, und optional und selektiv mindestens einem Elementtyp, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einem Aluminiumsalz, einem Mangansalz und einem Nickelsalz ausgeführt werden.
  • Es gibt keine besonderen Beschränkungen bezüglich der Temperatur, des Druckes, oder der Atmosphäre bei der Herstellung der dritten Lösung. Die Temperatur, der Druck und die Atmosphäre bei der Herstellung der dritten Lösung können, zum Beispiel, Normaltemperatur, Atmosphärendruck und eine Luftatmosphäre sein.
  • Obwohl es keine besonderen Beschränkungen bezüglich der molaren Verhältnisse von Kobalt, Aluminium, Mangan und Nickel in der dritten Lösung gibt, ist das Verhältnis von Kobalt vorzugsweise höher. Das Verhältnis bzw. der Anteil von Kobalt als der molare Prozentsatz basierend auf allen in der dritten Lösung vorliegenden Elementen von Kobalt, Aluminium, Mangan und Nickel kann, zum Beispiel, 50 mol% oder mehr, 60 mol% oder mehr, 70 mol% oder mehr, 80 mol% oder mehr, oder 90 mol% oder mehr sein.
  • Zusätzlich ist, obwohl es keine besonderen Beschränkungen bezüglich der molaren Verhältnisse von Aluminium, Mangan und Nickel gibt, das Verhältnis bzw. der Anteil von Nickel vorzugsweise höher. Das Verhältnis des Nickels als der molare Prozentsatz basierend auf allen in der dritten Lösung vorliegenden Elementen von Aluminium, Mangan und Nickel können, zum Beispiel, 50 mol% oder mehr, 60 mol% oder mehr, 70 mol% oder mehr, 80 mol% oder mehr, oder 90 mol% oder mehr sein.
  • Ferner ist, obwohl es keine besonderen Beschränkungen bezüglich der molaren Verhältnisse von Aluminium und Mangan gibt, das Verhältnis bzw. der Anteil von Mangan vorzugsweise höher. Das Verhältnis von Mangan als der molare Prozentsatz basierend auf allen in der dritten Lösung vorliegenden Elementen von Aluminium und Mangan kann, zum Beispiel, 50 mol% oder mehr, 60 mol% oder mehr, 70 mol% oder mehr, 80 mol% oder mehr oder 90 mol% oder mehr sein.
  • Natürlich kann eines der Verhältnisse von Aluminium, Mangan oder Nickel im Wesentlichen 100 % als der molare Prozentsatz basierend auf allen in der dritten Lösung anwesenden Elementen von Aluminium, Mangan und Nickel sein.
  • Die molaren Verhältnisse dieser Elemente in der dritten Lösung können unter Berücksichtigung des Ausmaßes deren Reduktion, wie dem Oxidations-Reduktionspotential oder der Leichtigkeit, mit der jedes Element in die feste Lösung gegeben bzw. versetzt wird, bestimmt werden.
  • Die Erfinder der vorliegenden Erfindung fanden heraus, dass in dem Fall, in dem eine Komponente außer Kobalt, wie Aluminium, Mangan und/oder Nickel in der dritten Lösung enthalten ist, das Nickel-Komposit-Hydroxid leicht mit der Beschichtungsschicht bedeckt wird. Deshalb kann sich der Anteil des mit der Beschichtungsschicht beschichteten Nickel-Komposit-Hydroxids, nämlich dessen Bedeckung, verbessern.
  • Ohne an eine Theorie gebunden zu sein, wird als Grund für die leichte Bedeckung des Nickel-Komposit-Hydroxids durch die Beschichtungsschicht angenommen, dass aufgrund der Tatsache, dass das Nickel-Komposit-Hydroxid eine Struktur vom α-Typ aufweist, welches von einer Verbindung mit einer ähnlichen Struktur vom α-Typ bedeckt wird, die Beschichtungskristalle die Kristalle des Nickel-Komposit-Hydroxids leicht bedecken.
  • Deshalb kann, im Falle des Ladens einer Batterie, welche ein Nickel-Komposit-Hydroxid mit verbesserter Bedeckung enthält, ein elektrisch leitendes Netzwerk noch effektiver unter dem Nickel-Komposit-Hydroxid ausgebildet werden.
  • Ferner bezieht sich Bedeckung auf den berechneten Wert eines mittels Rasterelektronenmikroskopie-Energiedispersive Röntgenspektroskopie (ESM-EDX) erhaltenen Bildes des mit der Beschichtungsschicht bedeckten Nickel-Komposit-Hydroxids. Insbesondere bezieht sich Bedeckung auf das Verhältnis der Fläche eines EDX-Bildes der Beschichtungsschicht des Nickel-Komposit-Hydroxids auf die eingenommene Fläche im SEM-Bild des Nickel-Komposit-Hydroxids.
  • Obwohl es keine besonderen Beschränkungen darauf gibt, kann der Wert der Bedeckung größer als 0 %, 10 % oder mehr, 30 % oder mehr, 50 % oder mehr, 70 % oder mehr, oder 90 % oder mehr sein.
  • Beispiele der Kobaltsalze und optional und selektiv Salze, welche durch die Bildung aus Salzen von Aluminium, Mangan und Nickel erhalten werden, können Nitrate, Acetate, Sulfate, Carbonate, Halogenide, Cyanide und Sulfide so wie Kombinationen davon enthalten.
  • Es gibt keine besonderen Beschränkungen bezüglich des dritten Lösungsmittels, vorausgesetzt, es ist geeignet, Kobaltsalze, und optional und selektiv Salze von Aluminium, Mangan und Nickel zu lösen. Beispiele des dritten Lösungsmittels können polare Lösungsmittel wie Wasser einschließen.
  • (Herstellungsschritt für die vierte Lösung)
  • Die Herstellung der vierten Lösung kann durch Mischen und Rühren einer basischen Substanz und eines vierten Lösungsmittels ausgeführt werden. Auf den Zweite-Lösung-Herstellungsschritt sollte hinsichtlich dieses Schrittes Bezug genommen werden.
  • (Herstellungsschritt für die fünfte Lösung)
  • Die Herstellung der fünften Lösung kann aus der Herstellung einer fünften Lösung, welche das vorstehend genannte synthetisierte Nickel-Komposit-Hydroxid und ein fünftes Lösungsmittel enthält, bestehen.
  • Es gibt keine besonderen Beschränkungen bezüglich des fünften Lösungsmittels, vorausgesetzt, es zerstört nicht das synthetisierte Nickel-Komposit-Hydroxid. Ein Beispiel dieses fünften Lösungsmittels ist Wasser.
  • Es gibt keine besonderen Beschränkungen bezüglich der Temperatur, des Drucks oder der Atmosphäre bei der Herstellung der fünften Lösung. Die Temperatur, der Druck und die Atmosphäre bei der Herstellung der fünften Lösung können, zum Beispiel, Normaltemperatur, Atmosphärendruck und eine Luftatmosphäre sein.
  • (Bildungsschritt für eine Beschichtungsschicht)
  • Die Ausbildung der Beschichtungsschicht auf dem synthetisierten Nickel-Komposit-Hydroxid kann durch Zugabe der vorstehend genannten dritten und vierten Lösungen zur fünften Lösung, welche das Nickel-Komposit-Hydroxid enthält, ausgeführt werden.
  • Im Bildungsschritt für die Beschichtungsschicht werden die dritte Lösung, welche Komponenten der Beschichtungsschicht enthält, und die vierte Lösung, welche die basische Substanz enthält, zur fünften Lösung, welche das Nickel-Komposit-Hydroxid enthält, zugegeben, und die Beschichtungsschicht kann auf dem Nickel-Komposit-Hydroxid ausgebildet werden, während der pH eingestellt wird. Zusätzlich kann auch die Temperatur in diesem Schritt eingestellt werden. Es sollte auf den vorstehend genannten Hydroxid-Syntheseschritt hinsichtlich der Einstellung des pH und der Temperatur Bezug genommen werden.
  • 1 ist ein schematisches Diagramm, welches einen Schritt zur Ausbildung der Beschichtungsschicht, welche Kobalt und dergleichen enthält, auf dem Nickel-Komposit-Hydroxid zeigt. 1 stellt die Ausbildung einer Beschichtungsschicht 4 auf einem Nickel-Komposit-Hydroxid 1 durch Reaktion einer basischen Substanz 2 und eines Elements 3, wie Kobalt, schematisch dar.
  • Die Beschreibung des vorstehend genannten Aktivmaterials für eine positive Elektrode der vorliegenden Erfindung kann im Hinblick auf das Verfahren zur Herstellung des Nickel-Komposit-Hydroxids Bezug genommen werden.
  • <<Alkalibatterie>>
  • Die Alkalibatterie der vorliegenden Erfindung enthält das vorstehend genannte Aktivmaterial für eine positive Elektrode der vorliegenden Erfindung. Die Alkalibatterie der vorliegenden Erfindung enthält, zum Beispiel, ein Laminat, welches durch Laminieren einer Schicht der positiven Elektrode erhalten wird, welche das Aktivmaterial für eine positive Elektrode der vorliegenden Erfindung, eine Separatorschicht und eine negative Elektrodenschicht in dieser Reihenfolge und einen Elektrolyten enthält, und dieses Laminat ist in den Elektrolyten getaucht.
  • In der Alkalibatterie der vorliegenden Erfindung können von einer Temperaturänderung begleitete Änderungen der Batteriekapazität durch das Agieren und die Wirkungen des Nickel-Komposit-Hydroxids, welches im Aktivmaterial für eine positive Elektrode der vorliegenden Erfindung enthalten ist, gehemmt werden.
  • Beispiele der Alkalibatterie können eine Nickel-Cadmium-Batterie, eine Nickel-Zink-Batterie, eine Nickel-Wasserstoff-Batterie und eine Nickel-Mangan-Batterie einschließen, sind aber nicht darauf beschränkt. Diese Batterien können Akkumulatoren bzw. aufladbare Batterien sein, welche wieder aufgeladen bzw. geladen werden können oder nicht-aufladbare Batterien sein, welche nicht wieder aufgeladen werden können.
  • Das Nachstehende stellt eine Erklärung des Aufbaus bzw. der Konfiguration einer Nickel-Wasserstoff-Batterie und ein Herstellungsverfahren derselben als eine Ausführungsform der Alkalibatterie der vorliegenden Erfindung bereit.
  • <Aufbau bzw. Konfiguration der Nickel-Wasserstoff-Batterie>
  • Eine Nickel-Wasserstoff-Batterie enthält ein Laminat, welches durch Laminieren einer Schicht der positiven Elektrode, welche hauptsächlich das Aktivmaterial für eine positive Elektrode der vorliegenden Erfindung, eine Separatorschicht und eine Schicht der negativen Elektrode in dieser Reihenfolge und einen Elektrolyten enthält, erhalten wird, und das Laminat ist in den Elektrolyten getaucht.
  • (Schicht einer positiven Elektrode)
  • Beispiele der Schicht einer positiven Elektrode können ein Material für eine positive Elektrode, welche in Form einer Schicht auf einem plattenartigen Stromabnehmer für eine positive Elektrode ausgebildet ist, und ein Material für eine positive Elektrode, welches in einen Stromabnehmer für eine positive Elektrode gepackt ist, mit einer Porenstruktur, und insbesondere mit einer gleichmäßigen Porenstruktur, einschließen.
  • Beispiele des Stromabnehmers für eine positive Elektrode können ein ausgestanztes Metall, ausgedehntes Metall, Drahtgitter, geschäumtes Metall, wie geschäumtes Nickel, Metallfasern gesinterter Kontaktmaschen bzw. Kontaktgitter und metallplattierte Harzplatten einschließen, sind aber nicht darauf beschränkt.
  • Das Material für eine positive Elektrode enthält das vorstehend genannte Aktivmaterial für eine positive Elektrode der vorliegenden Erfindung und, optional und selektiv, ein leitfähiges Hilfsmittel, einen Binder und ein Verdickungsmittel.
  • Es gibt keine besonderen Beschränkungen bezüglich des Aktivmaterials für eine positive Elektrode, vorausgesetzt, es schließt das vorstehend genannte Aktivmaterial für eine positive Elektrode der vorliegenden Erfindung ein, und es kann weiterhin ein Material enthalten, welches dafür bekannt ist, ein Aktivmaterial für eine positive Elektrode einer Nickel-Wasserstoff-Batterie zu sein.
  • Es gibt keine besonderen Beschränkungen bezüglich des leitfähigen Hilfsmittels, vorausgesetzt, es kann für eine Nickel-Wasserstoff-Batterie verwendet werden, und Kobaltoxid, zum Beispiel, kann als ein leitfähiges Hilfsmittel verwendet werden.
  • Es gibt keine besonderen Beschränkungen bezüglich des Bindemittels oder des Verdickungsmittels, vorausgesetzt, es kann für eine Nickel-Wasserstoff-Batterie verwendet werden, und Beispiele derselben können Polymerharze wie Polyvinylidenfluorid (PVdF), Butadien-Kautschuk (BR), Polyvinylalkohol (PVA), Carboxymethyl-Zellulose (CMC) und Kombinationen derselben einschließen.
  • (Separatorschicht)
  • Es gibt keine besonderen Beschränkungen bezüglich des Materials des Separators, vorausgesetzt, es kann für eine Nickel-Wasserstoff-Batterie verwendet werden, und Beispiele desselben können ein Polyolefin-Vliesstoff wie Polyethylen-Vliesstoff oder ein Polypropylen-Vliesstoff, Polyamid-Vliesstoff, und hydrophile Behandlungsprodukte desselben enthalten.
  • (Schicht einer negativen Elektrode)
  • Beispiele der Schicht einer negativen Elektrode können ein Material für eine negative Elektrode, welches in der Form einer Schicht auf einem plattenartigen Stromabnehmer für eine negative Elektrode ausgebildet ist, und ein Material für eine negative Elektrode, welches in einen Stromabnehmer für eine negative Elektrode mit einer Porenstruktur, und insbesondere mit einer gleichmäßige Porenstruktur gepackt ist, einschließen.
  • Für die Beschreibung betreffend den Stromabnehmer für eine positive Elektrode der Schicht einer positiven Elektrode kann mit Hinblick auf den Stromabnehmer für eine negative Elektrode der Schicht einer negativen Elektrode Bezug genommen werden.
  • Das Material für eine negative Elektrode enthält ein Aktivmaterial für eine negative Elektrode, und optional und selektiv, ein leitfähiges Hilfsmittel, ein Bindemittel und ein Verdickungsmittel.
  • Es gibt keine besonderen Beschränkungen bezüglich des Aktivmaterials für die negative Elektrode, vorausgesetzt, es kann für eine Nickel-Wasserstoff-Batterie verwendet werden, und eine Wasserstoffspeicherungslegierung, und insbesondere eine pulverisierte Wasserstoffspeicherungslegierung, kann verwendet werden.
  • Für die Beschreibung hinsichtlich des leitfähigen Hilfsmittels, des Bindermittels und des Verdickungsmittels des Materials für eine positive Elektrode kann mit Hinblick auf das leitfähige Hilfsmittel, das Bindemittel und das Verdickungsmittel des Materials für eine negative Elektrode Bezug genommen werden.
  • (Elektrolyt)
  • Es gibt keine besonderen Beschränkungen bezüglich des Elektrolyten, vorausgesetzt, er ist eine wässrige Alkalilösung, und Beispiele derselben können eine wässrige Kaliumhydroxidlösung, eine wässrige Natriumhydroxidlösung, eine wässrige Lithiumhydroxidlösung und Kombinationen derselben einschließen.
  • <Verfahren zur Herstellung der Nickel-Wasserstoff-Batterie>
  • Das Verfahren zur Herstellung einer Nickel-Wasserstoff-Batterie schließt einen Herstellungsschritt für eine positive Elektrode, einen Herstellungsschritt für eine negative Elektrode und einen Montageschritt ein.
  • (Herstellungsschritt für eine positive Elektrode)
  • Die positive Elektrode enthält einen Stromabnehmer für eine positive Elektrode und ein Material für eine positive Elektrode. Die positive Elektrode kann unter Verwendung eines im Stand der Technik bekannten Verfahrens hergestellt werden. Im Folgenden wird ein Beispiel eines Herstellungsverfahrens für eine positive Elektrode gezeigt.
  • Das vorstehend genannte Material für eine positive Elektrode wird mit einem Lösungsmittel wie Wasser gemischt, um eine Suspension bzw. eine Schlämme eines Materials für eine positive Elektrode herzustellen. Diese Suspension wird in einen Stromabnehmer für eine positive Elektrode mit einer gleichmäßigen Porenstruktur gepackt, gefolgt vom Trocknen und/oder Sintern und Walzen, um eine positive Elektrode zu erhalten.
  • (Herstellungsschritt für eine negative Elektrode)
  • Die negative Elektrode enthält einen Stromabnehmer für eine negative Elektrode und ein Material für eine negative Elektrode. Die negative Elektrode kann unter der Verwendung eines im Stand der Technik bekannten Verfahrens hergestellt werden. Der Herstellungsschritt für eine negative Elektrode kann auf dieselbe Weise ausgeführt werden wie der Herstellungsschritt für eine positive Elektrode, mit der Ausnahme der Verwendung von, zum Beispiel, Materialien, welche den Stromabnehmer für eine negative Elektrode und Material für eine negative Elektrode betreffen.
  • (Montageschritt)
  • Ein Laminat wird hergestellt, indem eine Separatorschicht in der Form eines Separators zwischen der hergestellten Schicht einer positiven Elektrode und der Schicht einer negativen Elektrode eingeschoben wird. Deshalb kann ein Laminat erhalten werden, indem die Schicht einer positiven Elektrode, die Separatorschicht und die Schicht einer negativen Elektrode in dieser Reihenfolge laminiert werden. Andererseits kann eine Nickel-Wasserstoff-Batterie durch Einspritzen von Elektrolyt in das als die äußere Verkleidung der Batterie dienende Gehäuse, gefolgt vom Zurückhalten des vorstehend beschriebenen Laminats darin, und Eintauchen in den Elektrolyten, hergestellt werden.
  • Für die Beschreibung des vorstehend genannten Aktivmaterials für eine positive Elektrode der vorliegenden Erfindung und die Beschreibung des vorstehend genannten Verfahrens zur Herstellung einer Nickel-Wasserstoff-Batterie kann mit Hinblick auf die Alkalibatterie der vorliegenden Erfindung Bezug genommen werden.
  • Obwohl das Folgende eine detaillierte Erklärung der vorliegenden Erfindung mit Bezug zu den nachstehend angegebenen Beispielen bereitstellt, ist es selbstverständlich, dass der Umfang der vorliegenden Erfindung nicht durch diese Beispiele beschränkt ist.
  • BEISPIELE
  • <<Beispiel 1: Nickel-Komposit-Hydroxid>>
  • <Herstellung der ersten Lösung>
  • Eine erste Lösung wurde durch Auflösen eines Nickelsalzes in Form von Nickelsulfat, eines Aluminiumsalzes in der Form von Aluminiumsulfat und eines Ytterbiumsalzes in der Form von Ytterbiumsulfat in einem ersten Lösungsmittel in der Form von Wasser mit einem molaren Verhältnis von Nickel zu Aluminium zu Ytterbium von 0,8:0,15:0,05 hergestellt.
  • <Herstellung der zweiten Lösung>
  • Eine zweite Lösung wurde durch Mischen einer basischen Substanz in der Form von Natriumhydroxid und einem zweiten Lösungsmittel in der Form von Wasser hergestellt. Die Konzentration der zweiten Lösung war 32 % nach Gewicht.
  • <Mischen der ersten Lösung und der zweiten Lösung>
  • 1000 g Wasser wurden in einen Glasbecher, welcher als ein Reaktionsgefäß dient, gefüllt, gefolgt von einer geeigneten Zugabe der zweiten Lösung, unter Verwendung eines pH-Sensors und einer pH-Steuerung, um den pH bei 10,0 beizubehalten, und Beibehalten der Temperatur bei 40 °C unter Verwendung einer Heizvorrichtung und einer mit einem Sensor ausgestatteten Temperatursteuerung. Die erste Lösung und die zweite Lösung wurden diesem Reaktionsgefäß derart zugegeben, um die vorstehend genannte Temperatur und pH beizubehalten, gefolgt von Rühren und Mischen, was zu einer Bildung eines Präzipitats führt.
  • Nach dem Abkühlen der gemischten Lösung, welche das Präzipitat enthält, auf Raumtemperatur wurde die gemischte Lösung filtriert, um das Präzipitat zu erhalten. Dieses Präzipitat wurde anschließend mit reinem Wasser gewaschen und getrocknet, um ein Nickel-Komposit-Hydroxid zu erhalten. Ferner wurde, als ein Ergebnis der Messung des Nickel-Komposit-Hydroxids mittels Atomemissionsspektroskopie mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-AES), das molare Verhältnis von Nickel zu Aluminium zu Ytterbium in diesem Nickel-Komposit-Hydroxid zu 0,8:0,15:0,05 bestimmt.
  • <<Beispiele 2 und 3: Nickel-Komposit-Hydroxide>>
  • Nickel-Komposit-Hydroxide der Beispiele 2 und 3 wurden auf dieselbe Weise wie Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme der Änderung des molaren Verhältnisses von Nickel, Aluminium und Ytterbium während der Herstellung der ersten Lösung. Das molare Verhältnis von Nickel zu Aluminium zu Ytterbium in Beispiel 2 war 0,775:0,15:0,075, und das molare Verhältnis davon in Beispiel 3 war 0,75:0,15:0,10.
  • <<Beispiel 4: Nickel-Komposit-Hydroxide mit darauf ausgebildeter Beschichtungsschicht>>
  • < Herstellungsschritt für die dritte Lösung>
  • Eine dritte Lösung wurde durch Auflösen eines Kobaltsalzes in der Form von Kobaltsulfat und eines Aluminiumsalzes in der Form von Aluminiumsulfat in einem dritten Lösungsmittel in der Form von Wasser mit einem molaren Verhältnis von Kobalt zu Aluminium von 0,85:0,15 hergestellt.
  • < Herstellungsschritt für die vierte Lösung>
  • Eine wässrige basische Lösung in der Form der vorstehend genannten zweiten Lösung wurde für die vierte Lösung verwendet.
  • < Herstellungsschritt für die fünfte Lösung>
  • 4500 g Wasser und 450 g des in Beispiel 1 erhaltenen Nickel-Komposit-Hydroxids wurden in einen Glasbecher, welcher als ein Reaktionsgefäß dient, überführt, um eine fünfte Lösung herzustellen.
  • < Bildungsschritt für eine Beschichtungsschicht>
  • Die vierte Lösung wurde der fünften Lösung unter Verwendung eines pH-Sensors und einer pH-Steuereinheit, geeignet zugetropft, um den pH bei 9,5 beizubehalten, gefolgt vom Beibehalten der Temperatur bei 40 °C, unter Verwendung einer Heizvorrichtung und einer mit einem Sensor ausgestatteten Temperatursteuerung.
  • Die dritte Lösung und die vierte Lösung wurden dieser fünften Lösung derart zugegeben, dass die Menge des beschichteten Hydroxids, welches aus der dritten Lösung erhalten wurde, 5 mol% betrug, basierend auf einem Wert von 100 mol% für die Menge des Nickel-Komposit-Hydroxids während die Temperatur und der pH beibehalten wird, gefolgt von Rühren, Mischen und Belassen bei diesen Bedingungen für 3 Stunden. Deshalb wurde eine Beschichtungsschicht, bestehend aus einem aus Kobalt und Aluminium zusammengesetztem Hydroxid, auf dem in Beispiel 1 erhaltenen Nickel-Komposit-Hydroxid ausgebildet.
  • Nach dem Abkühlen der gemischten Lösung, welche das mit dem aus Kobalt und Aluminium zusammengesetzte Hydroxid beschichtete Nickel-Komposit-Hydroxid enthält, wurde die gemischte Lösung filtriert, was zum Erhalt eines Präzipitats führt. Dieses Präzipitat wurde mit reinem Wasser gewaschen und getrocknet, um ein Nickel-Komposit-Hydroxid mit einer darauf ausgebildeten Beschichtungsschicht zu erhalten.
  • Ferner war, als ein Ergebnis der Messung dieses beschichteten Nickel-Komposit-Hydroxids mittels ICP-AES, das molare Verhältnis von Nickel zu Aluminium zu Ytterbium zu Kobalt im Nickel-Komposit-Hydroxid mit einer darauf ausgebildeten Beschichtungsschicht 0,762:0,150:0,048:0,040. Da das molare Verhältnis von Nickel zu Aluminium zu Ytterbium im Nickel-Komposit-Hydroxid des Beispiels 1 0,8:0,15:0,05 war, war das molare Verhältnis von Kobalt zu Aluminium der Beschichtungsschicht 0,85:0,15.
  • <<Beispiel 5: Nickel-Komposit-Hydroxid mit darauf ausgebildeter Beschichtungsschicht>>
  • Ein beschichtetes Nickel-Komposit-Hydroxid wurde auf dieselbe Weise wie Beispiel 4 erhalten, mit der Ausnahme der Herstellung einer dritten Lösung mit einem darin gelösten Kobaltsalz in der Form von Kobaltsulfat und einem darin gelöstes Mangansalz in der Form von Mangansulfat mit einem molaren Verhältnis von Kobalt zu Mangan von 0,85:0,15 im Herstellungsschritt für die dritte Lösung.
  • Ferner war, als ein Ergebnis der Messung dieses beschichteten Nickel-Komposit-Hydroxids mittels ICP-AES, das molare Verhältnis von Nickel zu Aluminium zu Ytterbium zu Kobalt zu Mangan im beschichteten Nickel-Komposit-Hydroxid 0,762:0,143:0,048:0,040:0,007. Da das molare Verhältnis von Nickel zu Aluminium zu Ytterbium im Nickel-Komposit-Hydroxid des Beispiels 1 0,8:0,15:0,05 war, war das molare Verhältnis von Kobalt zu Mangan der Beschichtungsschicht 0,85:0,15.
  • <<Beispiel 6: Nickel-Komposit-Hydroxid mit darauf ausgebildeter Beschichtungsschicht>>
  • Ein beschichtetes Nickel-Komposit-Hydroxid wurde auf dieselbe Weise wie Beispiel 4 erhalten, mit der Ausnahme der Herstellung einer dritten Lösung mit einem darin gelösten Kobaltsalz in der Form von Kobaltsulfat und einem darin gelösten Mangansalz in der Form von Mangansulfat und einem darin gelösten Nickelsalz in der Form von Nickelsulfat mit einem molaren Verhältnis von Kobalt zu Mangan zu Nickel von 0,85:0,03:0,12 im Herstellungsschritt für die dritte Lösung.
  • Ferner war, als ein Ergebnis der Messung dieses beschichteten Nickel-Komposit-Hydroxids mittels ICP-AES, das molare Verhältnis von Nickel zu Aluminium zu Ytterbium zu Kobalt zu Mangan im beschichteten Nickel-Komposit-Hydroxid 0,768:0,143:0,048:0,040:0,001. Da das molare Verhältnis von Nickel zu Aluminium zu Ytterbium im Nickel-Komposit-Hydroxid des Beispiels 1 0,8:0,15:0,05 war, war das molare Verhältnis von Kobalt zu Mangan zu Nickel der Beschichtungsschicht 0,85:0,03:0,12.
  • <<Beispiel 7: Nickel-Komposit-Hydroxid mit darauf ausgebildeter Beschichtungsschicht>>
  • Ein beschichtetes Nickel-Komposit-Hydroxid wurde auf dieselbe Weise wie Beispiel 4 erhalten, mit der Ausnahme der Herstellung einer dritten Lösung unter Verwendung lediglich eines Kobaltsalzes in der Form von Kobaltsulfat im Herstellungsschritt für die dritte Lösung, und dem Hinzugeben der dritten Lösung und der vierten Lösung zur fünften Lösung im Bildungsschritt für den Beschichtungsfilm, sodass die Menge des beschichteten Hydroxids, welches durch die dritte Lösung erhalten wurde, 8,7 mol% betrug, basierend auf einem Wert von 100 mol% für das Nickel-Komposit-Hydroxid, während die Temperatur und der pH beibehalten werden, gefolgt von Rühren und Mischen.
  • Ferner war, als ein Ergebnis der Messung mittels ICP-AES, das molare Verhältnis von Nickel zu Aluminium zu Ytterbium zu Kobalt im beschichteten Nickel-Komposit-Hydroxid 0,736:0,138:0,046:0,080.
  • <<Vergleichsbeispiel 1: Nickel-Komposit-Hydroxid>>
  • Das Nickel-Komposit-Hydroxid des Vergleichsbeispiels 1 wurde auf dieselbe Weise wie Beispiel 1 erhalten, mit der Ausnahme der Herstellung der ersten Lösung durch Auflösen eines Nickelsalzes in der Form von Nickelsulfat und eines Aluminiumsalzes in der Form von Aluminiumsulfat in einem ersten Lösungsmittel in der Form von Wasser mit einem molaren Verhältnis von Nickel zu Aluminium von 0,8:0,2. Ferner war, als ein Ergebnis der Messung mittels ICP-AES, das molare Verhältnis von Nickel zu Aluminium dieses Nickel-Komposit-Hydroxids 0,8:0,2.
  • << Vergleichsbeispiel 2: Nickel-Komposit-Hydroxid >>
  • Das Nickel-Komposit-Hydroxid des Vergleichsbeispiels 2 wurde auf dieselbe Weise wie Beispiel 1 erhalten, mit der Ausnahme der Herstellung der ersten Lösung durch Auflösen eines Nickelsalzes in der Form von Nickelsulfat, eines Aluminiumsalzes in der Form von Aluminiumsulfat, und eines Erbiumsalzes in der Form von Erbiumsulfat in einem ersten Lösungsmittel in der Form von Wasser mit einem molaren Verhältnis von Nickel zu Aluminium zu Erbium von 0,8:0,15:0,05. Ferner war, als ein Ergebnis der Messung mittels ICP-AES, das molare Verhältnis von Nickel zu Aluminium zu Erbium dieses Nickel-Komposit-Hydroxids 0,8:0,15:0,05.
  • << Vergleichsbeispiel 3: Nickel-Komposit-Hydroxid >>
  • Das Nickel-Komposit-Hydroxid des Vergleichsbeispiels 3 wurde auf dieselbe Weise wie Beispiel 1 erhalten, mit der Ausnahme der Herstellung der ersten Lösung durch Auflösen eines Nickelsalzes in der Form von Nickelsulfat, eines Aluminiumsalzes in der Form von Aluminiumsulfat und eines Yttriumsalzes in der Form von Yttriumsulfat in einem ersten Lösungsmittel in der Form von Wasser mit einem molaren Verhältnis von Nickel zu Aluminium zu Yttrium von 0,8:0,15:0,05. Ferner war, als ein Ergebnis der Messung mittels ICP-AES, das molare Verhältnis von Nickel zu Aluminium zu Yttrium dieses Nickel-Komposit-Hydroxids 0,8:0,15:0,05.
  • << Vergleichsbeispiel 4: Nickel-Komposit-Hydroxid >>
  • Das Nickel-Komposit-Hydroxid des Vergleichsbeispiels 4 wurde auf dieselbe Weise wie Beispiel 1 erhalten, mit der Ausnahme der Herstellung der ersten Lösung durch Auflösen eines Nickelsalzes in der Form von Nickelsulfat und eines Ytterbiumsalzes in der Form von Ytterbiumsulfat in einem ersten Lösungsmittel in der Form von Wasser mit einem molaren Verhältnis von Nickel zu Aluminium von 0,8:0,2. Ferner war, als ein Ergebnis der Messung mittels ICP-AES, das molare Verhältnis von Nickel zu Ytterbium dieses Nickel-Komposit-Hydroxids 0,8:0,2.
  • <<Auswertung>>
  • <Auswertung des Ladens und des Entladens der Batterie>
  • Die Auswertung des Ladens und des Entladens der Batterie wurde durch Herstellung von Nickel-Wasserstoff-Batterien, welche die Nickel-Komposit-Hydroxide eines jeden Beispiels für das Aktivmaterial für eine positive Elektrode derselben verwenden, und durch Ausführen von Ladungs-Entladungstests mit diesen Batterien ausgeführt.
  • <Herstellung der Nickel-Wasserstoff-Batterien>
  • Herstellungsschritt der positiven Elektrode
  • Die Aktivmaterialien für eine positive Elektrode in der Form der Nickel-Komposit-Hydroxide eines jeden Beispiels, ein leitfähiges Hilfsmittel in der Form eines Kobaltoxids und ein Bindemittel in der Form eines PVdF wurden mit einem Gewichtsverhältnis von 85,5:9,5:5,0 gemischt. Diese Mischungen wurden anschließend mit Wasser gemischt, um Suspensionen des Materials für die positive Elektrode herzustellen. Die Suspensionen wurden in einen Stromabnehmer für eine positive Elektrode in der Form von geschäumten Nickel gepackt, gefolgt von Trocknen über einen Zeitraum von 48 Stunden bei 80 °C und Walzen, um positive Elektroden zu erhalten.
  • Herstellungsschritt der negativen Elektrode
  • Ein Aktivmaterial für eine negative Elektrode in der Form einer Wasserstoffspeicherungslegierung, ein Verdickungsmittel in der Form von Carboxymethyl-Zellulose (CMC) und ein Bindemittel in der Form von Polyvinylalkohol (PVA) wurden in einem Gewichtsverhältnis von 98,4:0,8:0,8 gemischt. Diese Mischung wurde anschließend mit Wasser gemischt, um eine Suspension des Materials für eine negative Elektrode herzustellen. Diese Suspension wurde in einen Stromabnehmer für eine negative Elektrode in Form von geschäumten Nickel gepackt, gefolgt von Trocknen über einen Zeitraum von 48 Stunden bei 80 °C und Walzen, um eine negative Elektrode zu erhalten. Insgesamt wurden zwei negative Elektroden durch Wiederholen dieses Schrittes erhalten.
  • Montageschritt
  • Ein Acrylblatt, eine Schicht einer negativen Elektrode in der Form einer negativen Elektrode, eine Separatorschicht, eine Schicht einer positiven Elektrode in der Form einer positiven Elektrode, eine Separatorschicht, eine Schicht einer negativen Elektrode in der Form einer negativen Elektrode und ein Acrylblatt wurden in dieser Reihenfolge laminiert, gefolgt vom Bördeln bzw. Crimpen mit Schrauben, um Laminate herzustellen. Ferner wurde ein Polyolefin-Faserstoff bzw. -Vliesstoff, bestehend aus Polyethylen und Polypropylen, für das Material der Separatorschicht verwendet.
  • Die auf diese Weise hergestellten Laminate wurden in einen Acrylbehälter getaucht, welcher einen Elektrolyten (Elektrolyt enthielt KOH mit 6 mol/L) enthält, gefolgt vom Anbringen einer Referenzelektrode in der Form von einer Hg/HgO-Elektrode in der Nähe des Laminats, um Nickel-Wasserstoff-Batterien herzustellen.
  • (Ladungs- Entladungstest)
  • Der Ladungs-Entladungstest wurde mit jeder der Nickel-Wasserstoff-Batterien, welche die Nickel-Komposit-Hydroxide jedes Beispiels als Aktivmaterialien für eine positive Elektrode verwenden, ausgeführt. Der Ladungs-Entladungstest bestand aus den im nachstehenden (1) bis (4) beschriebenen Verfahren, welche in dieser Reihenfolge ausgeführt wurden:
    1. (1) Die Batterien wurden über eine Dauer von 14 Stunden mit einem Ladungs- bzw. Ladestrom von 43 mA geladen;
    2. (2) eine Regenerationszeit von 30 Minuten wurde bereitgestellt;
    3. (3) die Entladungskapazität wurde dadurch gemessen, dass die Batterien entladen wurden, bis die Batteriespannung 1,0 V erreicht wurde; und,
    4. (4) eine Regenerationszeit von 30 Minuten wurde bereitgestellt.
  • Ferner wurde der Ladungs-Entladungstest jeweils zwei Mal mit den Nickel-Wasserstoff-Batterien, welche die Nickel-Komposit-Hydroxide der Beispiele 1 bis 3 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 4 verwenden, ausgeführt. Die Temperatur der Batterien eines jeden Beispiels wurde bei 25 °C (erster Durchgang) und 60 °C (zweiter Durchgang) in den ersten und zweiten Durchgängen des Ladungs-Entladungstests gehalten.
  • Außerdem wurden die Ladungs-Entladungstests auch mit den Nickel-Wasserstoff-Batterien, welche die Nickel-Komposit-Hydroxide der Beispiele 4 bis 7 verwenden, ausgeführt. Die Temperatur der Batterien der Beispiele 4 bis 7 wurde bei 25 °C in diesem Ladungs-Entladungstest gehalten. Die Ergebnisse des Ladungs-Entladungstests für jedes Beispiel sind nachstehend in Tabelle 1 gezeigt. [Tabelle 1]
    Nickel-Komposit-Hydroxid Beschichtungsschicht Erste Entladungskapazität (25 °C, mAh/g) Zweite Entladungskapazität (60°C, mAh/g) Ladungs-Entladungseffizienz (1. Entladungskapazität/2. Entladungskapazität, %)
    Zusammensetzung Molares Verhältnis Zusammensetzung Molares Verhältnis
    Beispiel 1 Ni:Al:Yb 0,8:0,15:0,05 - - 394 332 84
    Beispiel 2 Ni:Al:Yb 0,775:0,15:0,075 - - 391 301 77
    Beispiel 3 Ni:Al:Yb 0,75:0,15:0,10 - - 394 291 74
    Beispiel 4 Ni:Al:Yb 0,8:0,15:0,05 Co:Al 0,85:0,15 435 - -
    Beispiel 5 Ni:Al:Yb 0,8:0,15:0,05 Co:Mn 0,86:0,14 453 - -
    Beispiel 6 Ni:Al:Yb 0,8:0.15:0,05 Co:Mn:Ni 0,86:0,02:0,12 471 - -
    Beispiel 7 Ni:Al:Yb 0,8:0,15:0,05 Co - 408 - -
    Vgl.-Bsp. 1 Ni:Al 0,8:0,20 - - 387 152 39
    Vgl.-Bsp. 2 Ni:Al:Er 0,8:0,15:0,05 - - 336 216 64
    Vgl.-Bsp. 3 Ni:Al:Y 0,8:0,15:0,05 - - 349 213 61
    Vgl.-Bsp. 4 Ni:Yb 0,8:0,20 - - 225 374 166
  • Aus Tabelle 1 kann verstanden werden, dass sich die Entladungskapazitäten derjenigen Batterien, welche die Nickel-Komposit-Hydroxide der Vergleichsbeispiele 1 bis 4 verwenden, bemerkenswert änderten im Vergleich zu dem Fall einer Batterietemperatur von 25 °C und zu dem Fall einer Batterietemperatur von 60 °C. Insbesondere ist, in den Vergleichsbeispielen 1 bis 4, der Unterschied in den Entladungskapazitäten zwischen den ersten und den zweiten Testdurchgängen mindestens 36 %, im Falle einer Zuteilung eines Wertes von 100 % zur ersten Entladungskapazität.
  • Im Gegensatz dazu kann außerdem aus Tabelle 1 verstanden werden, dass die Entladungskapazitäten derjenigen Batterien, welche die Nickel-Komposit-Hydroxide der Beispiele 1 bis 3 verwenden, kaum Änderung im Vergleich zu dem Fall einer Batterietemperatur von 25 °C und zu dem Fall einer Batterietemperatur von 60 °C aufwiesen. Insbesondere ist in den Beispielen 1 bis 3 der Unterschied in den Entladungskapazitäten zwischen den ersten und den zweiten Testdurchgängen höchstens 26 %, im Falle einer Zuteilung eines Wertes von 100 % zur ersten Entladungskapazität.
  • Somit sind die Nickel-Komposit-Hydroxide der Beispiele 1 bis 3 geeignet, um die von Temperaturänderungen begleiteten Änderungen, und insbesondere Änderungen in der Batteriekapazität, zu hemmen.
  • Ferner kann ebenfalls aus Tabelle 1 verstanden werden, dass gemäß den Nickel-Komposit-Hydroxiden der Beispiele 1 bis 3, bei welchen das Verhältnis von Aluminium (Al) konstant ist, ein höheres Verhältnis von Nickel bezogen auf Nickel (Ni) und Ytterbium (Yb) zu einer größeren Tendenz zur Annäherung der Ladungs-Entladungseffizienz (%) an 100 % führt.
  • Somit kann, gemäß den Nickel-Komposit-Hydroxiden der Beispiele 1 bis 3, in dem Fall, in dem das Verhältnis von Aluminium konstant ist, verstanden werden, dass ein höheres Verhältnis von Nickel zu Nickel und Ytterbium ermöglicht, Änderungen, welche von einer Temperaturänderung begleitet werden, und insbesondere Änderungen der Batteriekapazität effizienter zu hemmen.
  • 2 ist ein Graph, welcher den Zusammenhang zwischen den molaren Verhältnissen von Ni und Yb und der Ladungs-Entladungseffizienz (%) für die Nickel-Komposit-Hydroxide der Beispiele 1 bis 3 zeigt. Aus 2 kann verstanden werden, dass, bezogen auf die Nickel-Komposit-Hydroxide der Beispiele 1 bis 3, bei welchen das Verhältnis von Aluminium (Al) konstant ist, ein höheres Verhältnis von Nickel zu Nickel und Ytterbium eine Annäherung der Ladungs-Entladungseffizienz an 100 % ermöglicht.
  • Außerdem verbesserte sich bei den Batterien in Tabelle 1, welche Nickel-Komposit-Hydroxide mit einem darauf ausgebildeten Beschichtungsfilm der Beispiele 4 bis 7 (auch als die „Batterien der Beispiele“ bezeichnet) verwenden, die Entladungskapazität um mindestens 14 mAh/g im Vergleich zum Nickel-Komposit-Hydroxid ohne eine darauf ausgebildete Beschichtungsschicht des Beispiels 1.
  • Ohne an eine Theorie gebunden zu sein, wird als Grund für die Verbesserung der Entladungskapazität das Kobalt, welches zu einem Oxid oder Peroxid mit elektrischer Leitfähigkeit umgesetzt wird, in der Beschichtungsschicht der Batterien der Beispiele 4 bis 7 vermutet, was dabei zur Bildung eines elektrisch leitfähigen Netzwerks unter bzw. zwischen dem Nickel-Komposit-Hydroxid führt. Insbesondere verbessert sich der Anteil des Nickel-Komposit-Hydroxids, welches in der Ladungs-Entladungsreaktion beteiligt ist, aufgrund der Bildung dieses elektrisch leitfähigen Netzwerks, und es wird angenommen, dass dies zu einer verbesserten Entladungskapazität führt.
  • Ferner werden die Entladungskapazitäten der Batterien der Beispiele 4 bis 6 in Tabelle 1 weiter verbessert im Vergleich zur Entladungskapazität der Batterie des Beispiels 7. Dies wird aufgrund dessen, dass die Bedeckung der Beschichtungsschicht der Nickel-Komposit-Hydroxide der Beispiele 4 bis 6 höher ist als jene in Beispiel 7, angenommen. Insbesondere wird angenommen, als eine Folge der Bedeckungen der Beschichtungsschichten der Nickel-Komposit-Hydroxide der Beispiele 4 bis 6, welche vergleichsweise hoch sind, im Falle des Ladens einer Batterie, welche diese Nickel-Komposit-Hydroxide enthält, dass sich das elektrisch leitfähige Netzwerk effizienter unter bzw. zwischen dem Nickel-Komposit-Hydroxid ausbildet.
  • Ferner betrifft das Aufweisen der Komponenten außer Kobalt, wie Aluminium, Mangan und/oder Nickel, in der dritten Lösung eine Verbesserung der Bedeckung der Beschichtungsschicht der Nickel-Komposit-Hydroxide.
  • Außerdem wird als anderer Grund für die verbesserten Entladungskapazitäten der Batterien der Beispiele 4 bis 6 im Vergleich zur Entladungskapazität der Batterie des Beispiels 7 in Tabelle 1 angenommen, dass es durch die Beschichtungsschicht, welche Elemente wie Aluminium zusätzlich zu Kobalt enthält, möglich wurde die Gestalt des Kobalthydroxids zu steuern. Insbesondere wird angenommen, dass die Gestalt des Kobalthydroxids, nämlich α-Co(OH)2, stabilisiert wurde, und dass sich dadurch die elektrische Leitfähigkeit des elektrischen leitfähigen Netzwerks verbessert, somit verbessert sich weiter der Anteil des Nickel-Komposit-Hydroxids, welcher in der Ladungs-Entladungsreaktion beteiligt ist.
  • Die 3(a) bis 3(d) stellen SEM-mikroskopische Aufnahmen der Nickel-Komposit-Hydroxide der Beispiele 4 bis 7 beziehungsweise mit einer darauf ausgebildeten Beschichtungsschicht dar. Aus den 3(a) bis 3(d) ist verständlich, dass die Mehrzahl der Nickel-Komposit-Hydroxide der Beispiele 4 bis 6 im Vergleich zu denen aus Beispiel 7 mit einer Beschichtungsschicht bedeckt sind.
  • <Auswertung der Stabilität der Nickel-Komposit-Hydroxide in einer wässrigen Alkalilösung bei hoher Temperatur>
  • Die Stabilität der Nickel-Komposit-Hydroxide des Beispiels 1 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 4 wurde in einer wässrigen Alkalilösung bei hoher Temperatur ausgewertet. Insbesondere wurde diese Auswertung durch einen Eintauch- bzw. Tauchtest ausgeführt. Dieser Eintauchtest bestand aus den im Folgenden (1) bis (4) beschriebenen Verfahren, welche in dieser Reihenfolge ausgeführt wurden:
    1. (1) Analysen mittels Röntgendiffraktometrie (XRD) wurden an den Nickel-Komposit-Hydroxiden vor dem Eintauchen ausgeführt;
    2. (2) 5 g von jedem Nickel-Komposit-Hydroxid, welches der Analyse mittels Röntgendiffraktometrie unterzogen wurde, und 50 mL einer 6 mol/L wässrigen KOH-Lösung wurden in Probenfläschchen versiegelt;
    3. (3) die Probenfläschchen aus (2) wurden in ein Bad konstanter Temperatur bei eingestellten 70 °C gestellt und in diesem Zustand über eine Dauer von 7 Tagen stehengelassen; und,
    4. (4) nach Beendigung von (3) wurden die Lösungen in den Probenfläschchen filtriert, um das Präzipitat heraus zu filtrieren, gefolgt vom Waschen mit reinem Wasser und Ausführen von Analysen mittels Röntgendiffraktometrie an den Nickel-Komposit-Hydroxiden nach derm Eintauchen.
  • 4 ist ein Graph, welcher die Beugungsmuster der Röntgendiffraktometrie (XRD) der Nickel-Komposit-Hydroxide des Beispiels 1 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 4 und des Nickelhydroxids vom α-Typ vor dem Eintauchtest zeigt. Außerdem ist 5 ein Graph, welcher die Beugungsmuster der Röntgendiffraktometrie (XRD) der Nickel-Komposit-Hydroxide des Beispiels 1 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 4 und eines Nickelhydroxids vom β-Typ nach dem Eintauchtest zeigt.
  • Das Beugungsmuster der Röntgendiffraktometrie des Nickelhydroxids vom α-Typ (α-Ni(OH)2) ist zu Referenzzwecken gezeigt. Ein charaktertistischer Reflex bzw. Peak dieses Beugungsmusters der Röntgendiffraktometrie liegt in der Nähe von 2θ = 11° vor, und da die Reflexe der Beugungsmuster der Röntgendiffraktometrie der Nickel-Komposit-Hydroxide des Beispiels 1 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 4 an nahezu denselben Positionen wie dieser Reflex vorliegen, können die Nickel-Komposit-Hydroxide jeder dieser Beispiele vor dem Eintauchtest so verstanden werden, dass sie eine Struktur vom α-Typ aufweisen.
  • Ferner kann aus 4 verstanden werden, dass die Reflexe der Nickel-Komposit-Hydroxide eines jeden Beispiels eine breite Breite aufweisen. Dies zeigt, dass mindestens ein Elementtyp außer Nickel zumindest teilweise in Nickelhydroxid im festen Zustand gelöst ist.
  • Beim Vergleichen der Beugungsmuster der Röntgendiffraktometrie vor und nach dem Eintauchtest, wie in den 4 und 5 dargestellt, kann aus 4 verstanden werden, dass die Struktur vom α-Typ der Nickel-Komposit-Hydroxide der Vergleichsbeispiele 1 bis 4 zerstört wurde. Zusätzlich ist in 5 das Beugungsmuster der Röntgendiffraktometrie von Nickelhydroxid vom β-X-Typ (β-Ni(OH)2) zu Referenzzwecken gezeigt, und es kann aus 5 verstanden werden, dass ein charakteristischer Reflex dieses Beugungsmusters der Röntgendiffraktometrie in der Nähe von 2θ = 19° vorliegt, und, dass die Struktur des Nickel-Komposit-Hydroxids des Vergleichsbeispiels 1 (bestehend aus Nickel und Aluminium) insbesondere beginnt, in eine Struktur vom β-Typ umgesetzt bzw. umgewandelt zu werden.
  • Im Gegensatz dazu kann aus 5 verstanden werden, wenn die Beugungsmuster der Röntgendiffraktometrie vor und nach dem Eintauchtest, wie in den 4 und 5 dargestellt, verglichen werden, dass es kaum eine Beschädigung bzw. Zerstörung der Struktur vom α-Typ des Nickel-Komposit-Hydroxids des Beispiels 1 gab.
  • Deshalb kann verstanden werden, dass das Nickel-Komposit-Hydroxid des Beispiels 1 eine Struktur vom α-Typ aufweist, und einen hohen Grad an Stabilität bezüglich der Beibehaltung dieser Struktur vom α-Typ bewahrt. Das Nickel-Komposit-Hydroxid des Beispiels 1 ist nämlich geeignet, eine Umsetzung von einer Struktur vom α-Typ in eine Struktur vom β-Typ unter Bedingungen des Eingetauchtseins in einer wässrigen alkalischen Lösung bei einer hohen Temperatur von, zum Beispiel, 70 °C zu hemmen.
  • Gemäß diesen Ergebnissen wird als Grund für eine Batterie, welche das Nickel-Komposit-Hydroxid des Beispiels 1 als ein Aktivmaterial für eine positive Elektrode verwendet, welche kaum Änderungen der Entladungskapazität derselben unterliegt, im Vergleich zum Fall einer Batterietemperatur bei 25 °C und zum Fall einer Batterietemperatur bei 60 °C, die hohe Stabilität des Nickel-Komposit-Hydroxids, und insbesondere die hohe Stabilität desselben bei hohen Temperaturen vermutet.
  • Obwohl die vorliegende Beschreibung eine detaillierte Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bereitgestellt hat, sollte von einem Fachmann mit durchschnittlichen Fachkenntnissen verstanden werden, dass der Hersteller, die Güte oder das Qualitätsniveau etc. der in der vorliegenden Erfindung verwendeten Vorrichtungen, Geräte bzw. Ausstattung und Chemikalien modifiziert werden können, ohne von den Ansprüchen abzuweichen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Nickel-Komposit-Hydroxid
    2
    Basische Substanz
    3
    Element wie Kobalt
    4
    Beschichtungsschicht

Claims (7)

  1. Aktivmaterial für eine positive Elektrode, welches ein Nickel-Komposit-Hydroxid enthält, in welchem Aluminium und Ytterbium in Nickelhydroxid zumindest teilweise im festen Zustand gelöst sind.
  2. Aktivmaterial für eine positive Elektrode nach Anspruch 1, wobei das Nickel-Komposit-Hydroxid durch die folgende Formel (I) dargestellt wird: NiaAlbYbc(OH)d (I) (wobei, a+b+c= 1,00, 0,70 ≤ a < 1,00, 0 < b ≤ 0,2, 0 < c ≤ 0,1, und d = 2a + 3b + 3c).
  3. Aktivmaterial für eine positive Elektrode nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Nickel-Komposit-Hydroxid ferner eine Beschichtungsschicht enthält, mit der es bedeckt ist, und die Beschichtungsschicht enthält Kobalt.
  4. Aktivmaterial für eine positive Elektrode nach Anspruch 3, wobei die Beschichtungsschicht ferner mindestens einen Elementtyp, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Aluminium, Mangan und Nickel, enthält.
  5. Aktivmaterial für eine positive Elektrode nach Anspruch 4, wobei die Beschichtungsschicht Mangan und Nickel enthält.
  6. Positive Elektrode, welche das Aktivmaterial für eine positive Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 5 enthält.
  7. Alkalibatterie, welche das Aktivmaterial für eine positive Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 5 oder die positive Elektrode nach Anspruch 6 enthält.
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