DE112019004393T5 - Struktur einer positiven Elektrode für Sekundärelement - Google Patents

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Junki MATSUYA
Kenshin Kitoh
Takeshi Yagi
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NGK Insulators Ltd
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Abstract

Es wird eine Struktur einer positiven Elektrode geschaffen, die einen Nickelschaum-Stromkollektor in einem Zustand enthält, der für das Ultraschallschweißen mit einem Stromsammelanschluss geeignet ist. Diese Struktur einer positiven Elektrode ist für ein Sekundärelement und enthält: einen Stromkollektor einer positiven Elektrode, der aus einem tafelförmigen Nickelschaum besteht und einen tafelförmigen beschichteten Abschnitt und einen unbeschichteten Abschnitt aufweist, der sich von einem äußeren Umfangsabschnitt des beschichteten Abschnitts erstreckt; und ein aktives Material der positiven Elektrode, das Nickelhydroxid und/oder Nickeloxyhydroxid enthält und in den beschichteten Abschnitt des Stromkollektors einer positiven Elektrode aufgenommen ist. Das aktive Material der positiven Elektrode ist in dem unbeschichteten Abschnitt des Stromkollektors der positiven Elektrode nicht vorhanden, wobei der Nickelschaum, der den unbeschichteten Abschnitt bildet, komprimiert ist, so dass er eine Dicke des 0,10-fachen oder mehr und weniger als das 0,8-fache der Dicke des Nickelschaums, der den beschichteten Abschnitt bildet, aufweist.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Struktur der positiven Elektrode für ein Sekundärelement.
  • TECHNISCHER HINTERGRUND
  • Um eine hohe Spannung und einen großen Strom zu erhalten, werden laminierte Batterien umfassend verwendet, die durch das Kombinieren mehrerer Zellen hergestellt werden. Laminierte Batterien weisen eine Konfiguration auf, bei der ein laminierter Körper, in dem mehrere Zellen in Reihe oder parallelgeschaltet sind, in einem Batteriebehälter untergebracht sind. Patentliteratur 1 ( WO2017/086278 ) offenbart z. B. ein Zink-Sekundärelement, bei dem mehrere Elektrodenkassetten, die Elektroden und Separatoren (insbesondere die später beschriebenen LDH-Separatoren) enthalten, in einem geschlossenen Behälter untergebracht sind. Bei der in der Patentliteratur 1 offenbarten laminierten Batterie sind die positive Elektrodenplatte, der Separator und die negative Elektrodenplatte in einem geschlossenen Behälter in aufrechtem Zustand untergebracht, wobei zwischen der positiven Elektrodenplatte und dem Separator und/oder zwischen der negativen Elektrodenplatte und dem Separator ein Vliesstoff vorgesehen ist. Durch das Vorsehen des Vliesstoffs in dieser Weise können verschiedene Funktionen eines Polstermaterials, eines Flüssigkeitsrückhaltematerials, eines Materials zum Verhindern des Herabfallens, eines Materials zum Entweichen von Luftblasen und dergleichen gezeigt werden, so dass die Elektrolytlösung ausreichend mit dem Separator in Kontakt gebracht werden kann, um gehalten zu werden, während das Herabfallen von konstituierenden Partikeln von der positiven Elektrodenplatte und der negativen Elektrodenplatte verhindert wird und/oder die Blasen, die erzeugt werden können, abgelassen werden, wodurch die Hydroxidionenleitfähigkeit des Separators maximiert wird.
  • Bei Zink-Sekundärelementen, wie z. B. einem Nickel-Zink-Sekundärelement oder einem Luft-Zink-Sekundärelement, ist es bekannt, dass sich während des Ladens metallisches Zink in dendritischer Form von einer negativen Elektrode abgeschieden wird und das abgeschiedene Zink durch die Hohlräume eines Separators, wie z. B. eines Vliesstoffs, hindurchdringt, um eine positive Elektrode zu erreichen, wodurch ein Kurzschluss verursacht wird. Der durch derartige Zinkdendriten verursachte Kurzschluss verringert die Lade-/Entladewiederholungslebensdauer. Um die obigen Probleme zu behandeln, ist eine Batterie vorgeschlagen worden, die mit einem geschichteten Doppelhydroxid- (LDH-) Separator versehen ist, der selektiv Hydroxidionen durchlässt und das Durchdringen von Zinkdendriten blockiert. Patentliteratur 3 ( WO2013/118561 ) offenbart z. B., dass ein LDH-Separator zwischen einer positiven Elektrode und einer negativen Elektrode in einem Nickel-Zink-Sekundärelement vorgesehen ist. Ferner offenbart Patentliteratur 4 ( WO2016/076047 ) eine Separatorstruktur, die einen LDH-Separator enthält, der in einen Harzaußenrahmen eingepasst oder mit diesem verbunden ist, wobei sie offenbart, dass der LDH-Separator so dicht ist, dass er eine Gasundurchlässigkeit und/oder Wasserundurchlässigkeit aufweist. Die Literatur offenbart außerdem, dass sich der LDH-Separator in Form eines Verbundwerkstoffs mit einem porösen Substrat befinden kann. Weiterhin offenbart Patentliteratur 5 ( WO2016/067884 ) verschiedene Verfahren zum Bilden einer dichten LDH-Membran auf einer Oberfläche eines porösen Substrats, um ein Verbundmaterial (LDH-Separator) zu erhalten. Die Verfahren enthalten das gleichmäßige Abscheiden eines Ausgangsmaterials, das einen Startpunkt für das Wachstum von LDH-Kristallen bereitstellen kann, auf dem porösen Substrat und das hydrothermale Behandeln des porösen Substrats in einer wässrigen Stammlösung, um die geschichtete dichte Doppelhydroxidmembran auf der Oberfläche des porösen Substrats zu bilden.
  • LISTE DER ENTGEGENHALTUNGEN
  • PATENTLITERATUR
    • Patentliteratur 1: WO2017/086278
    • Patentliteratur 2: WO2013/118561
    • Patentliteratur 3: WO2016/076047
    • Patentliteratur 4: WO2016/067884
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Nickel-Wasserstoff-Batterien und Nickel-Zink-Batterien verwenden Nickelschaum als einen Stromkollektor der positiven Elektrode (z. B. Patentliteratur 1). Der Nickelschaum ist ein poröser Metallkörper, der aus Nickel besteht und eine offene Porenstruktur aufweist. Weil das aktive Material der positiven Elektrode (Nickelhydroxid) keine elektrische Leitfähigkeit aufweist, wird Nickelschaum mit einer dreidimensionalen Struktur als der Stromkollektor der positiven Elektrode verwendet. Ein Stromsammelanschluss ist mit dem Nickelschaum verbunden, wobei es vom Standpunkt der Produktivitätsverbesserung erwünscht ist, dass das Verbinden durch Ultraschallschweißen ausgeführt wird. Wenn jedoch versucht wird, den Nickelschaum und den Stromsammelanschluss durch Ultraschallschweißen zu verbinden, gibt es ein Problem, dass der Nickelschaum zerrissen wird und das Schweißen nicht gut ausgeführt werden kann.
  • Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben kürzlich entdeckt, dass es unter Verwendung einer Struktur, bei der der Nickelschaum, der den unbeschichteten Abschnitt bildet, in dem das aktive Material der positiven Elektrode nicht vorhanden ist, komprimiert ist, um ein vorgegebenes Verhältnis bezüglich der Dicke des Nickelschaums zu erreichen, der den beschichteten Abschnitt bildet, der das aktive Material der positiven Elektrode enthält, möglich ist, den Nickelschaum und den Stromsammelanschluss durch Ultraschallschweißen zu verbinden.
  • Deshalb ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Struktur einer positiven Elektrode zu schaffen, die einen Nickelschaum-Stromkollektor in einem Zustand enthält, der zum Ultraschallschweißen mit einem Stromsammelanschluss geeignet ist.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Struktur einer positiven Elektrode für ein Sekundärelement geschaffen, die umfasst:
    • einen Stromkollektor einer positiven Elektrode, der aus einem tafelförmigen Nickelschaum besteht und einen tafelförmigen beschichteten Abschnitt und einen unbeschichteten Abschnitt, der sich von einem äußeren Umfangsabschnitt des beschichteten Abschnitts erstreckt, aufweist; und
    • ein aktives Material der positiven Elektrode, das Nickelhydroxid und/oder Nickeloxyhydroxid enthält und in den beschichteten Abschnitt des Stromkollektors der positiven Elektrode aufgenommen ist,
    • wobei das aktive Material der positiven Elektrode in dem unbeschichteten Abschnitt des Stromkollektors der positiven Elektrode nicht vorhanden ist, und
    • wobei der Nickelschaum, der den unbeschichteten Abschnitt bildet, komprimiert ist, so dass er eine Dicke des 0,10-fachen oder mehr und weniger als das 0,8-fache einer Dicke des Nickelschaums, der den beschichteten Abschnitt bildet, aufweist.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Nickel-Zink-Sekundärelement geschaffen, das umfasst:
    • die Struktur einer positiven Elektrode,
    • eine Struktur einer negativen Elektrode, die eine Schicht eines aktiven Materials der negativen Elektrode enthält, die wenigstens eines enthält, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die Zink, Zinkoxid, eine Zinklegierung und eine Zinkverbindung umfasst;
    • einen LDH-Separator, der ein poröses Substrat aus einem Polymermaterial und ein geschichtetes Doppelhydroxid (LDH) enthält, das die Poren des porösen Substrats ausfüllt, so dass es Hydroxidionenleitfähigkeit und Gasundurchlässigkeit aufweist; und
    • eine Elektrolytlösung,
    • wobei die positive Elektrode und die Schicht des aktiven Materials der negativen Elektrode über den LDH-Separator voneinander getrennt sind.
  • Figurenliste
    • 1 ist ein Satz von Querschnittsansichten, die eine Struktur einer positiven Elektrode gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung konzeptionell zeigen, in dem der Teil (a) einen Zustand vor der Kompression des Nickelschaums in einem unbeschichteten Abschnitt zeigt und der Teil (b) einen Zustand nach der Kompression des Nickelschaums in einem unbeschichteten Abschnitt zeigt.
    • 2 ist eine Vorderansicht, die eine Struktur einer positiven Elektrode gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 3 ist eine Querschnittsansicht, die eine Warmschweiß-Versiegelungsstruktur aus einem Vliesstoff/einem Stromkollektor der positiven Elektrode/einem Vliesstoff auf einer Versiegelungsseite S' der in 2 gezeigten Struktur einer positiven Elektrode schematisch zeigt.
    • 4 ist eine Querschnittsansicht, die einen laminierten Körper vor der Warmschweißversiegelung eines Vliesstoffs bei der Herstellung der in 2 gezeigten Struktur einer positiven Elektrode schematisch zeigt.
    • 5 ist eine entlang einer Linie A-A genommene Querschnittsansicht der in 2 gezeigten Struktur einer positiven Elektrode und ist eine Ansicht, die der Struktur einer positiven Elektrode entspricht, in der die Warmschweißversiegelung für den in 4 gezeigten laminierten Körper abgeschlossen ist.
    • 6 ist eine Vorderansicht, die eine Struktur einer positiven Elektrode zeigt, bei der nur drei äußere Umfangsseiten S eines Vliesstoffs versiegelt sind.
  • BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Eine Struktur einer positiven Elektrode der vorliegenden Erfindung wird für ein Sekundärelement, wie z. B. eine Nickel-Wasserstoff-Batterie oder eine Nickel-Zink-Batterie, vorzugsweise ein Nickel-Zink-Sekundärelement, verwendet. 1 zeigt ein Beispiel der Struktur einer positiven Elektrode der vorliegenden Erfindung. Die in 1 gezeigte Struktur 10 einer positiven Elektrode enthält einen Stromkollektor 12 einer positiven Elektrode und ein aktives Material 14 der positiven Elektrode. Der Stromkollektor 12 der positiven Elektrode besteht aus einem tafelförmigen Nickelschaum und weist einen tafelförmigen beschichteten Abschnitt C und einen unbeschichteten Abschnitt U auf, der sich von einem äußeren Umfangsabschnitt des beschichteten Abschnitts C erstreckt. Das aktive Material 14 der positiven Elektrode enthält Nickelhydroxid und/oder Nickeloxyhydroxid und ist in den beschichteten Abschnitt C des Stromkollektors 12 der positiven Elektrode aufgenommen. Das aktive Material 14 der positiven Elektrode ist im unbeschichteten Abschnitt U des Stromkollektors 12 der positiven Elektrode nicht vorhanden. Der Nickelschaum, der den unbeschichteten Abschnitt U bildet, ist komprimiert, so dass er eine Dicke des 0,10-fachen oder mehr und weniger als das 0,8-fache der Dicke des Nickelschaums aufweist, der den beschichteten Abschnitt C bildet. Das heißt, der Nickelschaum ist anfänglich ein Element mit einer im Wesentlichen konstanten Dicke über den gesamten Bereich vom beschichteten Abschnitt C bis zum unbeschichteten Abschnitt U, wie in 1(a) gezeigt ist, wobei aber die Dicke des Nickelschaums verringert wird, indem er in der Richtung des in 1(b) gezeigten Pfeils komprimiert wird. In dieser Weise ist es unter Verwendung einer Struktur, bei der der Nickelschaum, der den unbeschichteten Abschnitt U bildet, komprimiert ist, um ein vorgegebenes Verhältnis bezüglich der Dicke des Nickelschaums, der den beschichteten Abschnitt C bildet, zu erreichen, möglich, den Nickelschaum und den Stromsammelanschluss durch Ultraschallschweißen zu verbinden. Es wird angenommen, dass dies so ist, weil das Komprimieren des unbeschichteten Abschnitts U das Verhältnis der Poren P (z. B. die Anzahl der Poren und die Porengröße) im Nickelschaum verringert und eine Morphologie nah bei der einer für das Ultraschallschweißen geeigneten Metallplatte erreicht. Weiterhin gibt es außerdem den Vorteil, dass die Poren P gelassen werden können, ohne vollständig eliminiert zu werden, was die Versiegelungsverbindung mit dem Vliesstoff durch Warmschweißen oder andere Mittel ermöglicht.
  • Der Stromkollektor 12 der positiven Elektrode besteht aus Nickelschaum. Der Nickelschaum ist ein poröser Metallkörper, der aus Nickel besteht und offene Porenstrukturen aufweist. Der Nickelschaum weist eine tafelförmige Außenform, vorzugsweise eine rechteckige Form (z. B. eine viereckige Form), zur Verwendung als der Stromkollektor 12 der positiven Elektrode auf. Der Begriff „tafelförmig“, wie er hier verwendet wird, muss nicht perfekt tafelförmig sein, wobei Änderungen der Dicke (z. B. eine Stufe oder eine konisch zulaufende Dickenänderung an der Grenze zwischen dem beschichteten Abschnitt C und dem unbeschichteten Abschnitt U), wie z. B. Stufen und Welligkeiten, zulässig sind, solange wie der tafelförmige Umriss im Allgemeinen erkannt wird. Der Begriff „rechteckig“ oder „viereckig“, wie er hier verwendet wird, muss nicht perfekt rechteckig oder viereckig sein, wobei es etwas Verformung, wie z. B. Ausschnitte oder abgerundete Ecken, geben kann, solange wie der rechteckige oder viereckige Umriss im Allgemeinen erkannt wird. Kommerziell verfügbarerer Nickelschaum kann als der Stromkollektor 12 der positiven Elektrode verwendet werden, wobei dessen Beispiele Celmet ®, hergestellt von Sumitomo Electric Industries, Ltd., enthalten. Nickelschäume mit verschiedenen Spezifikationen sind kommerziell verfügbar, wobei die Dicke, der durchschnittliche Porendurchmesser, der durchschnittliche Fensterdurchmesser und dergleichen gemäß der gewünschten Dicke und Leistung geeignet ausgewählt werden können. Es kann z. B. ein Nickelschaum mit einer Dicke von 0,5 bis 10 mm, einem durchschnittlichen Porendurchmesser von 0,3 bis 5 mm und einem durchschnittlichen Fensterdurchmesser von 0,2 bis 2 mm vorzugsweise verwendet werden. Es sollte angegeben werden, dass diese Zahlenwerte der Dicke, des durchschnittlichen Porendurchmessers und des durchschnittlichen Fensterdurchmessers nicht die Zahlenwerte sind, die die Struktur 10 der positiven Elektrode als eine endgültige Form aufweist, weil sie bei dem Füllen des aktiven Materials 14 der positiven Elektrode und dem anschließenden Pressen variieren.
  • Der Nickelschaum, der den unbeschichteten Abschnitt U bildet, ist komprimiert, so dass er eine Dicke des 0,10-fachen oder mehr und weniger als das 0,8-fache, vorzugsweise des 0,11-fachen oder mehr und weniger als das 0,5-fache und bevorzugter des 0,13-fachen oder mehr und weniger als das 0,3-fache der Dicke des Nickelschaums, der den beschichteten Abschnitt C bildet, aufweist. In einem derartigen Bereich können der Nickelschaum und der Stromsammelanschluss durch Ultraschallschweißen gut verbunden werden und kann das Warmschweißen mit dem Vliesstoff einfach ausgeführt werden. Die Kompression des Nickelschaums, der den unbeschichteten Abschnitt U bildet, wird vorzugsweise durch Druckbeaufschlagung des Nickelschaums mit einer einachsigen Presse, einer Walzenpresse oder dergleichen ausgeführt, um den Nickelschaum einzustellen, so dass er eine Solldicke aufweist. In der Struktur 10 der positiven Elektrode weist der Nickelschaum, der den unbeschichteten Abschnitt U bildet, vorzugsweise eine Dicke von 0,10 bis 0,30 mm, bevorzugter 0,10 bis 0,25 mm und noch bevorzugter 0,10 bis 0,20 mm auf.
  • Der Stromkollektor 12 der positiven Elektrode weist einen tafelförmigen beschichteten Abschnitt C und einen unbeschichteten Abschnitt U, der sich von dem äußeren Umfangsabschnitt des beschichteten Abschnitts C (typischerweise einer Seite) erstreckt, auf. Der beschichtete Abschnitt C ist ein Abschnitt zum Aufnehmen des aktiven Materials 14 der positiven Elektrode, während der unbeschichtete Abschnitt U ein Abschnitt ist, der ohne das Aufnehmen des aktiven Materials 14 der positiven Elektrode gelassen wird. Deshalb ist in der Struktur 10 der positiven Elektrode das aktive Material der positiven Elektrode im unbeschichteten Abschnitt U des Stromkollektors 12 der positiven Elektrode nicht vorhanden. Folglich ist der unbeschichtete Abschnitt U des Stromkollektors 12 der positiven Elektrode zum Verbinden der Anschlüsse der positiven Elektrode durch Ultraschallschweißen oder dergleichen geeignet. Der unbeschichtete Abschnitt U erstreckt sich vorzugsweise in einem Abstand von 5 bis 50 mm, bevorzugter 5 bis 40 mm und noch bevorzugter 5 bis 30 mm vom beschichteten Abschnitt C.
  • Das aktive Material 14 der positiven Elektrode enthält Nickelhydroxid und/oder Nickeloxyhydroxid. Deshalb ist das Sekundärelement der vorliegenden Erfindung für ein Nickel-Zink-Sekundärelement besonders geeignet. Das Füllen des beschichteten Abschnitts C des Stromkollektors 12 der positiven Elektrode mit dem aktiven Material 14 der positiven Elektrode kann wie folgt ausgeführt werden. Es wird z. B. eine Paste des aktiven Materials der positiven Elektrode, die ein Pulver des aktiven Materials enthält, das Nickelhydroxid als eine Hauptkomponente und ein Bindemittel oder dergleichen enthält, in die Poren des beschichteten Abschnitts C des Stromkollektors 12 der positiven Elektrode gefüllt und getrocknet. Um zu verhindern, dass die Paste zum Zeitpunkt des Füllens in den unbeschichteten Abschnitt U des Stromkollektors 12 der positiven Elektrode eintritt, ist es wünschenswert, vorher an einer Stelle, an der die Paste nicht eingefüllt werden sollte, um die Poren zu füllen, eine Abdeckung oder dergleichen aufzubringen. Dann, nachdem der mit der Paste des aktiven Materials der positiven Elektrode gefüllte beschichtete Abschnitt C ausreichend getrocknet ist, wird er mit einer Walzenpresse gleichmäßig mit Druck beaufschlagt, um die Dicke auf einen Sollwert einzustellen. Durch das Pressen des beschichteten Abschnitts C nach dem Trocknen ist es möglich, ein Abfallen des aktiven Materials der Elektrode zu verhindern und die Elektrodendichte zu verbessern. Es ist vorteilhaft, die Herstellungsbedingungen der Paste und die Bedingungen der Walzenpresse geeignet einzustellen, um eine Solldichte zu erhalten.
  • Der Stromkollektor 12 der positiven Elektrode, der das aktive Material 14 der positiven Elektrode enthält, weist vorzugsweise eine Dicke (d. h., Tc in 5) von 0,2 bis 2,0 mm, bevorzugter 0,4 bis 1,4 mm und noch bevorzugter 0,6 bis 0,8 mm auf. Die „Dicke des Stromkollektors 12 der positiven Elektrode, der das aktive Material 14 der positiven Elektrode enthält“, wie sie hier verwendet wird, bedeutet die Dicke der gesamten positiven Elektrodenplatte, die aus dem aktiven Material 14 der positiven Elektrode und dem Stromkollektor 12 der positiven Elektrode besteht, einschließlich nicht nur der Dicke des Stromkollektors 12 der positiven Elektrode, der das aktive Material 14 der positiven Elektrode in seinem Inneren enthält, sondern außerdem der Dicke des aktiven Materials 14 der positiven Elektrode, das an der Oberfläche des Stromkollektors 12 der positiven Elektrode haftet.
  • Wie in den 2 bis 5 gezeigt ist, kann die Struktur 10 einer positiven Elektrode ferner den Vliesstoff 16 enthalten. Der Vliesstoff 16 ist vorzugsweise aus einem Polymermaterial hergestellt und bedeckt den beschichteten Abschnitt C des Stromkollektors 12 der positiven Elektrode von beiden Seiten. Bevorzugter bedeckt der Vliesstoff 16 eine Gesamtheit des beschichteten Abschnitts C, wobei er sich von dem äußeren Umfangsabschnitt des beschichteten Abschnitts C erstreckt, um einen Überschussbereich E zu bilden, wobei der Überschussbereich E versiegelt ist, so dass er alles um den äußeren Umfangsabschnitt des beschichteten Abschnitts C verschließt. In dieser Weise ist es durch das Bedecken des beschichteten Abschnitts C des Stromkollektors 12 der positiven Elektrode, der das aktive Material 14 der positiven Elektrode enthält, von beiden Seiten mit dem Vliesstoff 16 und das Versiegeln des Überschussbereichs E des Vliesstoffs 16, um alles um den äußeren Umfangsabschnitt des beschichteten Abschnitts C zu verschließen, möglich, eine Struktur 10 der positiven Elektrode zu schaffen, die eine Selbstentladungsreaktion unterdrücken kann und eine Zielspannung erhalten kann, wenn sie in einem Sekundärelement aufgenommen ist. Das heißt, wenn ein Vliesstoff auf einer positiven Elektrodenplatte vorgesehen ist, wird in Betracht gezogen, die positive Elektrodenplatte von beiden Seiten mit dem Vliesstoff schichtenweise anzuordnen und die Endabschnitte des Vliesstoffs durch Warmschweißen oder dergleichen zu versiegeln, um verschiedene Funktionen des Vliesstoffs (Funktionen eines Polstermaterials, eines Flüssigkeitsrückhaltematerials, eines Materials zum Verhindern des Herabfallens, eines Materials zum Entweichen von Luftblasen usw.) wirksam zu erhalten. Wenn in diesem Fall eine Nickel-Zink-Batterie durch Warmschweißversiegelung von nur drei Seiten S der vier äußeren Umfangsseiten des Vliesstoffs, in den die positive Elektrodenplatte eingelegt ist, mit Ausnahme einer Seite, die den Stromkollektor der positiven Elektrode überlappt, (d. h., eine Seite O bleibt offen; diese Seite wird normalerweise als schwer mit dem Vliesstoff warmverschweißbar betrachtet), hergestellt wird, um eine Störung der Stromkollektors zu vermeiden, wie in 6 gezeigt ist, schreitet die Selbstentladungsreaktion fort und kann die Zielspannung nicht erreicht werden. Das heißt, das beschichtete aktive Material der positiven Elektrode (z. B. die Nickelkomponente) fällt während der Alterung und Bewertung vom Stromkollektor der positiven Elektrode ab und diffundiert von der nicht versiegelten offenen Seite O nach außen (die Pfeilrichtung in der Figur), wodurch es die negative Elektrode erreicht und eine lokale Batterie bildet, was eine Selbstentladungsreaktion der negativen Elektrode verursacht und insofern ein Problem verursacht, als die Zielspannung nicht erhalten werden kann. Deshalb wird Nickelschaum als der Stromkollektor 12 der positiven Elektrode angewendet, wird der Vliesstoff 16 vom äußeren Umfangsabschnitt des beschichteten Abschnitts C verlängert, um den Überschussbereich E zu bilden, und wird, wie in 3 gezeigt ist, der gesamte Stromkollektor 12 der positiven Elektrode mit dem Vliesstoff 16 von beiden Seiten des Stromkollektors 12 der positiven Elektrode versiegelt. In dieser Hinsicht kann ein normaler Stromkollektor der positiven Elektrode, der aus einer nicht porösen Metallplatte besteht, in der Form, in der er zwischen Vliesstoffen eingelegt ist, nicht warmgeschweißt werden, wobei aber durch das Anwenden des Nickelschaums ermöglicht wird, dass eine große Anzahl von Hohlräumen in dem Stromkollektor 12 der positiven Elektrode vorhanden ist, wie in 3 gezeigt ist, wobei, wenn der Vliesstoff 16 geschmolzen wird, die Vliesstoffe 16 durch die Hohlräume in dem Stromkollektor 12 der positiven Elektrode aneinander warmgeschweißt werden können, wodurch eine wirksame Versiegelung verwirklicht wird. Es wird jedoch in Betracht gezogen, dass auch dann, wenn ein anderes Versiegelungsverfahren als das Warmschweißen, wie z. B. ein Klebstoff oder Ultraschallschweißen, verwendet wird, das Versiegeln ähnlich unter Verwendung einer großen Anzahl von Hohlräumen ausgeführt werden kann. In dieser Weise diffundiert durch das Versiegeln nicht nur der Seite S, die den Stromkollektor 12 der positiven Elektrode nicht überlappt, des Vliesstoffs 16, sondern außerdem der Seite S', die den Stromkollektor 12 der positiven Elektrode überlappt, des Vliesstoffs 16, die von der positiven Elektrode abgefallene Nickelkomponente oder dergleichen nicht nach außen, wobei die Selbstentladungsreaktion unterdrückt werden kann, um die Zielspannung zu erhalten.
  • Der Vliesstoff 16 ist vorzugsweise ein Vliesstoff aus einem Polymermaterial. Der Vliesstoff 16 stellt verschiedene Funktionen des Vliesstoffs (Funktionen eines Polstermaterials, eines Flüssigkeitsrückhaltematerials, eines Materials zum Verhindern des Herabfallens, eines Materials zum Entweichen von Luftblasen usw.) wirksam bereit, indem er den beschichteten Abschnitt C des Stromkollektors 12 der positiven Elektrode von beiden Seiten bedeckt. Das heißt, weil der Vliesstoff verschiedene Funktionen eines Polstermaterials, eines Flüssigkeitsrückhaltematerials, eines Materials zum Verhindern des Herabfallens, eines Materials zum Entweichen von Luftblasen und dergleichen aufweisen kann, kann die Elektrolytlösung ausreichend mit dem aktiven Material 14 der positiven Elektrode und dem Separator in Kontakt gebracht werden, um gehalten zu werden, während das Herabfallen von konstituierenden Partikeln von der positiven Elektrode verhindert wird und/oder die Blasen, die erzeugt werden können, abgelassen werden. Das Polymermaterial, das den Vliesstoff bildet, ist vom Standpunkt des Ausführens der Warmschweißversiegelung vorzugsweise ein thermoplastisches Polymermaterial. Die Beispiele des thermoplastischen Polymermaterials enthalten Polyethylen, Polypropylen und Polyester, wobei Polyethylen und/oder Polypropylen besonders bevorzugt sind. Der Vliesstoff 16 weist vom Standpunkt der oben beschriebenen verschiedenen Funktionen (insbesondere der Flüssigkeitsrückhaltung) des Vliesstoffs und der einfachen Versiegelung (insbesondere der Warmschweißversiegelung) vorzugsweise eine Dicke von 0,05 bis 0,2 mm, bevorzugter von 0,07 bis 0,15 mm und noch bevorzugter von 0,08 bis 0,10 mm auf. Es kann ein kommerziell verfügbarer Vliesstoff 16 verwendet werden, wobei das Flächengewicht und die Dicke in Anbetracht der Wasserabsorptionsrate, der Wasserrückhaltung und dergleichen geeignet ausgewählt werden können, um die gewünschten Eigenschaften zu erhalten. Der Vliesstoff 16, dem durch oberflächenaktive Stoffe, Plasmabehandlungen oder dergleichen Hydrophilie verliehen wird, ist bevorzugt.
  • Wie in 2 gezeigt ist, bedeckt der Vliesstoff 16 die Gesamtheit des beschichteten Abschnitts C, wobei er sich vom äußeren Umfangsabschnitt des beschichteten Abschnitts C erstreckt, um einen Überschussbereich E zu bilden, wobei der Überschussbereich E versiegelt ist, um alles um den äußeren Umfangsabschnitt des beschichteten Abschnitts C zu verschließen.
  • Wie in den 2, 3 und 5 gezeigt ist, ist der Vliesstoff 16 in dem Abschnitt des Überschussbereichs E, der den unbeschichteten Abschnitt U überlappt, vorzugsweise versiegelt, während der Stromkollektor 12 der positiven Elektrode dazwischen eingelegt ist. In diesem Fall weist der Abschnitt, in dem der Vliesstoff 16 versiegelt ist, während der Stromkollektor 12 der positiven Elektrode dazwischen eingelegt ist, eine Breite W von 1 bis 10 mm, bevorzugter 1 bis 7 mm und noch bevorzugter 1 bis 4 mm auf. Ferner weist der Abschnitt, in dem der Vliesstoff 16 versiegelt ist, während der Stromkollektor 12 der positiven Elektrode dazwischen eingelegt ist, vorzugsweise eine Dicke Ts von 0,1 bis 1,0 mm, bevorzugter 0,1 bis 0,7 mm und noch bevorzugter 0,1 bis 0,4 mm auf. Wie in 3 gezeigt ist, sind in dem Abschnitt, in dem der Vliesstoff 16 versiegelt ist, während der Stromkollektor 12 der positiven Elektrode dazwischen eingelegt ist, die Poren des Nickelschaums, der den Stromkollektor 12 der positiven Elektrode bildet, vorzugsweise mit einem Polymermaterial, das den Vliesstoff 16 bildet, (d. h., einem Polymermaterial in einem geschmolzenen und erstarrten Zustand, das von dem Vliesstoff 16 abgeleitet ist), gefüllt. Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Struktur 10 einer positiven Elektrode einen ungefüllten Bereich F zwischen dem beschichteten Abschnitt C und dem Abschnitt (der Seite S') aufweist, in dem der Vliesstoff 16 versiegelt ist, während der Stromkollektor 12 der positiven Elektrode dazwischen eingelegt ist, wobei in dem ungefüllten Bereich F die Poren des Nickelschaums, der den Stromkollektor 12 der positiven Elektrode bildet, nicht mit dem Polymermaterial (d. h., dem konstituierenden Material des Vliesstoffs 16) oder dem aktiven Material der positiven Elektrode gefüllt sind, wie in 5 gezeigt ist. Der ungefüllte Bereich F arbeitet als ein Puffer, um den beschichteten Abschnitt C von dem Abschnitt (der Seite S') ausreichend zu trennen, in dem der Vliesstoff 16 versiegelt ist, während der Stromkollektor 12 der positiven Elektrode dazwischen eingelegt ist, was wirksam verhindert, dass das aktive Material 14 der positiven Elektrode vom beschichteten Abschnitt C in den Versiegelungsabschnitt eindringt, und ferner die Versiegelung des Vliesstoffs 16 über den Stromkollektor 12 der positiven Elektrode sicherstellt. Ferner macht es das Vorhandensein des ungefüllten Bereichs F möglich, den Kontakt mit dem beschichteten Abschnitt C zu vermeiden, wenn der unbeschichtete Abschnitt U mit Druck beaufschlagt wird.
  • Wie in den 4 und 5 gezeigt ist, weist die Struktur 10 der positiven Elektrode in dem Abschnitt des Überschussbereichs E, der den unbeschichteten Abschnitt U überlappt, vorzugsweise eine konisch zulaufende Querschnittsform auf, die eine vom beschichteten Abschnitt C in Richtung des unbeschichteten Abschnitts abnehmende Dicke aufweist. Bei einer derartigen Querschnittsform ist es möglich, den Bruch des Nickelschaums aufgrund der schnellen Dickenänderung an der Grenze zwischen dem beschichteten Abschnitt C und dem unbeschichteten Abschnitt U während der Druckbehandlung des Nickelschaums (d. h., wenn der unbeschichtete Abschnitt U gepresst wird) und den Bruch des Vliesstoffs 16 an der Grenze zwischen dem beschichteten Abschnitt C und dem unbeschichteten Abschnitt U während des Versiegelns des Vliesstoffs 16 wirksam zu verhindern.
  • Im Gegensatz dazu ist in dem Abschnitt (der Seite S) des Überschussbereichs E, der den unbeschichteten Abschnitt U nicht überlappt, der Vliesstoff 16 vorzugsweise versiegelt, während der Stromkollektor 12 der positiven Elektrode nicht dazwischen eingelegt ist. Weil der Vliesstoff 16 direkt versiegelt werden kann, ohne den Stromkollektor 12 der positiven Elektrode dazwischen anzuordnen, wird das Versiegeln einfach.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Nickelschaum rechteckig (z. B. viereckig), bedeckt der Vliesstoff 16 die Gesamtheit des beschichteten Abschnitts C und erstreckt sich der Vliesstoff 16 von vier äußeren Umfangsseiten des beschichteten Abschnitts C, um den Überschussbereich E zu bilden, und ist der Überschussbereich E versiegelt, um die vier äußeren Umfangsseiten S und S' des beschichteten Abschnitts C zu verschließen, wie in 2 gezeigt ist.
  • Das Versiegeln im Überschussbereich E kann durch ein bekanntes Verfahren, wie z. B. einen Klebstoff, Warmschweißen, Ultraschallschweißen, ein Klebeband, ein Versiegelungsband oder dergleichen, ausgeführt werden, wobei aber die Warmschweißversiegelung vorzuziehen ist. Unter Verwendung der Warmschweißversiegelung ist es möglich, den Stromkollektor 12 der positiven Elektrode unter Verwendung eines kommerziell verfügbaren Heißversiegelungsstabs einfach zu versiegeln, wobei es vorteilhaft ist, den gesamten Stromkollektor 12 der positiven Elektrode von beiden Seiten des Stromkollektors 12 der positiven Elektrode mit dem Vliesstoff 16 zu versiegeln, wie oben bezüglich 3 beschrieben worden ist. Das heißt, wenn der Vliesstoff 16 geschmolzen wird, können die Vliesstoffe 16 durch die Hohlräume im Stromkollektor 12 der positiven Elektrode aneinander warmgeschweißt werden, wodurch eine wirksame Versiegelung verwirklicht wird. Die Warmschweißversiegelung des Vliesstoffs 16 kann z. B. durch das schichtenweise Anordnen des beschichteten Abschnitts C von beiden Seiten mit dem Vliesstoff 16, der auf eine Größe zugeschnitten worden ist, die größer als der beschichtete Abschnitt C ist, (siehe z. B. 4), und der mit dem von dem beschichteten Abschnitt C vorstehenden Überschussbereich E am Endabschnitt des Vliesstoffs 16 thermokompressionsverbunden worden ist, mit einem Heißversiegelungsstab oder dergleichen (siehe z. B. 5) ausgeführt werden. Das Thermokompressionsverbinden wird vorzugsweise durch das Pressen bei einer Erwärmungstemperatur von 150 bis 200 °C während 1 Sekunde oder länger ausgeführt.
  • Wie oben beschrieben worden ist, wird die Struktur 10 der positiven Elektrode der vorliegenden Erfindung vorzugsweise für ein Nickel-Zink-Sekundärelement verwendet. In diesem Fall enthält das Nickel-Zink-Sekundärelement die obenerwähnte Struktur 10 der positiven Elektrode, eine Struktur einer negativen Elektrode, einen LDH-Separator und eine Elektrolytlösung, wobei die positive Elektrode und Schicht des aktiven Materials der negativen Elektrode über den LDH-Separator voneinander getrennt sind. Die Struktur einer negativen Elektrode enthält eine Schicht des aktiven Materials der negative Elektrode, die wenigstens eines enthält, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die Zink, Zinkoxid, Zinklegierungen und Zinkverbindungen umfasst, und enthält ferner optional einen Stromkollektor der negativen Elektrode. Bevorzugte Beispiele des aktiven Materials der negativen Elektrode enthalten Zinkoxid, Zinkmetall und Kalziumzinkat, wobei es aber bevorzugter eine Mischung aus Zinkmetall und Zinkoxid ist. Die Elektrolytlösung enthält vorzugsweise eine wässrige Alkalimetallhydroxidlösung. Die Beispiele des Alkalimetallhydroxids enthalten Kaliumhydroxid, Natriumhydroxid, Lithiumhydroxid und Ammoniumhydroxid und dergleichen, wobei aber Kaliumhydroxid bevorzugter ist.
  • Der LDH-Separator ist als ein Separator definiert, der ein geschichtetes Doppelhydroxid (LDH) enthält, das durch das ausschließliche Verwenden der Hydroxidionenleitfähigkeit des LDH Hydroxidionen selektiv durchlässt. Bevorzugte LDH-Separatoren enthalten LDH und ein poröses Substrat. Wie oben beschrieben worden ist, füllt das LDH die Poren des porösen Substrats aus, so dass der LDH-Separator Hydroxidionenleitfähigkeit und Gasundurchlässigkeit aufweist (und deshalb als ein LDH-Separator arbeitet, der Hydroxidionenleitfähigkeit aufweist). Das poröse Substrat ist vorzugsweise aus einem Polymermaterial hergestellt, wobei das LDH besonders bevorzugt über die gesamte Dickenrichtung des porösen Substrats aus einem Polymermaterial aufgenommen ist. Die bekannten LDH-Separatoren, wie sie in den Patentliteraturen 2 bis 4 offenbart sind, können z. B. verwendet werden.
  • Ein Zellenelement, das die Struktur 10 der positiven Elektrode, eine Struktur einer negativen Elektrode, einen LDH-Separator und eine Elektrolytlösung enthält, kann, wenn es in einem geschlossenen Behälter untergebracht und mit einem Deckelabschnitt versiegelt ist, als konstituierende Hauptkomponente eines versiegelten Zink-Sekundärelements arbeiten. Es ist bevorzugter, mehrere Zellenelemente, die in einem geschlossenen Behälter untergebracht sind, zu haben, um eine zusammengesetzte Batterie zu bilden.
  • BEISPIELE
  • Die vorliegende Erfindung wird bezüglich der folgenden Beispiele ausführlicher beschrieben.
  • Beispiel 1
  • (1) Herstellung der Struktur einer positiven Elektrode
  • Ein Pulver eines aktiven Materials der positiven Elektrode, das Nickelhydroxid als eine Hauptkomponente enthält, und ein Bindemittel wurden gemischt, um eine Paste einer positiven Elektrode herzustellen. Ein rechteckiger tafelförmiger Nickelschaum (Celmet ®, hergestellt von Sumitomo Electric Industries, Ltd., Produktnummer #7, Dicke 1,6 mm, durchschnittlicher Porendurchmesser 0,51 mm, durchschnittlicher Fensterdurchmesser 0,23 m) wurde als der Stromkollektor der positiven Elektrode bereitgestellt, wobei die Poren des zu beschichtenden Abschnitts des Nickelschaums mit der Paste der positiven Elektrode gefüllt und getrocknet wurden. Zu diesem Zeitpunkt wurde durch vorheriges Anwenden einer Abdeckung des Abschnitts, der ein unbeschichteter Abschnitt sein soll, des Nickelschaums, um die Poren zu blockieren, verhindert, dass die Paste der positiven Elektrode in die Poren des unbeschichteten Abschnitts eintritt. In dieser Weise wurde ein Nickelschaum (Stromkollektor der positiven Elektrode), der teilweise mit dem aktiven Material der positiven Elektrode gefüllt war, als eine positive Elektrodenplatte erhalten. Die erhaltene positive Elektrodenplatte wurde ausreichend getrocknet und durch eine Walzenpresse gleichmäßig gepresst, um die Dicke des beschichteten Abschnitts auf 0,70 mm zu verringern. Zu diesem Zeitpunkt wurde außerdem der unbeschichtete Abschnitt des Nickelschaums (der Abschnitt, der nicht mit dem aktiven Material der positiven Elektrode gefüllt ist) bis zu einem gewissen Grad komprimiert, wobei aber, um den unbeschichteten Abschnitt U selektiv weiter zu komprimieren, ein Walzenpressen unter den Bedingungen eines hydraulischen Drucks von 0,1 MPa und eines Spalts von 0,06 mm ausgeführt wurde, um die Dicke des unbeschichteten Abschnitts auf 0,10 mm zu verringern. Das heißt, der Nickelschaum, der den unbeschichteten Abschnitt bildet, wurde komprimiert, so dass er eine Dicke des 0,14-fachen der Dicke des Nickelschaums, der den beschichteten Abschnitt bildet, aufweist. In dieser Weise wurde eine positive Elektrodenplatte erhalten, die eine Querschnittsform aufweist, wie in 4 gezeigt ist. Die Länge Lu des unbeschichteten Abschnitts U (d. h., die Länge des Vorsprungs vom beschichteten Abschnitt C) betrug 30 mm.
  • Ein kommerziell verfügbarer Vliesstoff (hergestellt von Japan Vilene Co., Ltd., Material: Polypropylen, Dicke: 0,10 mm, Einheitsflächengewicht: 40 g/m2) wurde in eine rechteckige Form mit einer Größe geschnitten, die größer als die des beschichteten Abschnitts C ist. Wie in 4 gezeigt ist, wurde der beschichtete Abschnitt C mit dem erhaltenen rechteckigen Vliesstoff 16 schichtenweise angeordnet und von beiden Seiten bedeckt. Zu diesem Zeitpunkt bedeckte der Vliesstoff 16 die Gesamtheit des beschichteten Abschnitts C, wobei er sich von den vier äußeren Umfangsseiten des beschichteten Abschnitts C erstreckte, um einen Überschussbereich zu bilden. Der Überschussbereich E wurde warmgeschweißt und versiegelt (thermokompressionsverbunden), um alle vier äußeren Umfangsseiten des beschichteten Abschnitts C zu verschließen. Diese Warmschweißversiegelung wurde durch Erwärmen des Endabschnitts des Vliesstoffs 16 auf eine Temperatur von 150 bis 200 °C während 1 Sekunde oder länger unter Verwendung eines kommerziell verfügbaren Heißversiegelungsstabs ausgeführt. In dem Abschnitt des Überschussbereichs E, der den unbeschichteten Abschnitt U nicht überlappt, wurden die Vliesstoffe 16 direkt warmgeschweißt und versiegelt, während der Stromkollektor 12 der positiven Elektrode nicht dazwischen eingelegt war. Im Gegensatz dazu wurde in dem Abschnitt des Überschussbereichs E, der den unbeschichteten Abschnitt U überlappt, der Stromkollektor 12 der positiven Elektrode von beiden Seiten in den Vliesstoff 16 eingelegt und warmgeschweißt und versiegelt. In dieser Weise wurde die in 5 gezeigte Struktur 10 einer positiven Elektrode erhalten.
  • Die Abmessungen jeder in den 4 und 5 gezeigten Elements waren so, wie in Tabelle 1 gezeigt ist.
  • [Tabelle 1]
  • Tabelle 1
    Abmessung (mm)
    Dicke TC des beschichteten Abschnitts des Stromkollektors der positiven Elektrode, der mit dem aktiven Material der positiven Elektrode gefüllt ist 0,70
    Dicke TN des Vliesstoffs 0,10
    Dicke TU des unbeschichteten Abschnitts 0,10
    Länge LU des unbeschichteten Abschnitts 30
    Breite WS des geschweißten Abschnitts, in dem der Vliesstoff versiegelt ist, während ein Stromkollektor der positiven Elektrode dazwischen eingelegt ist 5,5
    Dicke TS des geschweißten Abschnitts, in dem Vliesstoff versiegelt ist, während ein Stromkollektor der positiven Elektrode dazwischen eingelegt ist 0,20
  • Im Ergebnis einer visuellen Beobachtung und einer SEM-Querschnittsbetrachtung der erhaltenen Struktur der positiven Elektrode wurde die folgende Struktur bestätigt.
    • - Es wurde bestätigt, dass, wie in 3 gezeigt ist, in dem Abschnitt, in dem der Vliesstoff 16 versiegelt war, während der Stromkollektor 12 der positiven Elektrode dazwischen eingelegt war, die Poren des Nickelschaums, der den Stromkollektor 12 der positiven Elektrode bildet, mit dem Polymermaterial, das den Vliesstoff 16 bildet, gefüllt waren.
    • - Es wurde bestätigt, dass es, wie in 5 gezeigt ist, in dem Abschnitt des Überschussbereichs E, der den unbeschichteten Abschnitt U überlappt, eine konisch zulaufende Querschnittsform gab, die eine vom beschichteten Abschnitt C in Richtung des unbeschichteten Abschnitts U abnehmende Dicke aufwies.
    • - Es wurde bestätigt, dass es, wie in 5 gezeigt ist, einen ungefüllten Bereich F zwischen dem beschichteten Abschnitt C und dem Abschnitt (der Seite S') gab, in dem das Vlies 16 versiegelt war, während der Stromkollektor 12 der positiven Elektrode dazwischen eingelegt war, und dass in dem ungefüllten Bereich F die Poren des Nickelschaums, der den Stromkollektor 12 der positiven Elektrode bildet, nicht mit dem Polymermaterial oder dem aktiven Material 14 der positiven Elektrode gefüllt waren.
  • Bewertung
  • Die in (1) hergestellte Struktur einer positiven Elektrode oben, der LDH-Separator darunter und die Struktur einer negativen Elektrode darunter wurden in einem Batteriebehälter untergebracht, so dass die Struktur der positiven Elektrode und die Schicht des aktiven Materials der negativen Elektrode über den LDH-Separator voneinander getrennt waren. Dann wurde ein Anschluss der positiven Elektrode (Material: Nickel, Dicke 1 mm) durch Ultraschallschweißen mit zwölf Platten aus komprimierten Nickelschäumen verbunden, die den unbeschichteten Abschnitt U der Struktur 10 der positiven Elektrode bilden. Das Verbinden durch Ultraschallschweißen konnte ohne Beschädigung des Nickelschaums ausgeführt werden und verursachte keine Probleme.
  • Struktur der negativen Elektrode: eine Struktur, bei der eine Schicht des aktiven Materials der negativen Elektrode, die metallisches Zink und Zinkoxidpulver zusammen mit einem Bindemittel enthält, mit Kupferstreckmetall druckverklebt und mit einem Vliesstoff bedeckt ist.
  • LDH-Separator: ein Separator, der durch das Auffüllen der Poren eines porösen Substrats aus einem Polymermaterial (Polyethylen) mit LDH gepresst wird, so dass er eine Hydroxidionenleitfähigkeit und Gasundurchlässigkeit aufweist.
  • An dem so hergestellten Nickel-Zink-Sekundärelement wurden der folgende Flüssigkeitsinjektionsschritt, ein chemischer Umsetzungsschritt und ein Entleerungsschritt als ein chemischer Umsetzungsprozess ausgeführt.
  • Flüssigkeitsinjektionsschritt: es wurde eine Behandlung ausgeführt, bei der die Elektrolytlösung (5,4 mol-% wässrige Kaliumhydroxidlösung) in die Struktur der positiven Elektrode und die Struktur der negativen Elektrode infiltriert wurde. Die Menge der Elektrolytlösung wurde so festgelegt, dass der gesamte laminierte Körper eingetaucht war, wobei unter Verwendung der gesamten Menge in zwei getrennten Malen das Eintauchen unter verringertem Druck (-90 kPa) und das Eintauchen im Freien ausgeführt wurden.
  • Chemischer Umsetzungsschritt: als eine Behandlung zum Aktivieren der positiven Elektrode wurden Aufladen und Entladen bis zu Tiefen von 80 %, 100 % und 120 % der Einbaukapazität der positiven Elektrode ausgeführt.
  • Entleerungsschritt: nach dem chemischen Umsetzungsschritt wurde die überschüssige Elektrolytlösung, die durch die Struktur der positiven Elektrode und die Struktur der negativen Elektrode nicht absorbiert wurde, durch Umdrehen der Batterie um 180° aus dem Injektionsanschluss abgelassen.
  • <Quantifizierung von Fremdkörpern in der abgeleiteten Flüssigkeit>
  • Das Vorhandensein oder Fehlen des aktiven Materials der positiven Elektrode als ein Fremdkörper in der abgeleiteten Flüssigkeit, die im obigen Entleerungsschritt erhalten wurde, wurde untersucht. Spezifisch wurde die Anzahl der Fremdkörper im Filtrationsrückstand in der abgeleiteten Flüssigkeit gezählt und wurde die Anzahl der Fremdkörper pro Volumeneinheit gemessen. Diese Messung wurde unter Verwendung eines Röntgen-Fremdkörperanalysators (EA8000, hergestellt von Hitachi High-Tech Science Corporation) ausgeführt, wobei die Messgröße der Fremdkörper auf 20 µm oder mehr festgelegt war. Die Ergebnisse waren so, wie in Tabelle 2 gezeigt ist.
  • <Bewertung der Selbstentladungseigenschaften>
  • Bezüglich des hergestellten Nickel-Zink-Sekundärelements wurde das Verhältnis der verbleibenden Kapazität nach einer Lagerung während 30 Tagen bei einer konstanten Ladetiefe als die Selbstentladungsrate basierend auf der folgenden Gleichung berechnet. Die Ergebnisse waren so, wie in Tabelle 2 gezeigt ist. Selbstentladungsrate = [ ( Anfangsladekapazit a ¨ t ) − ( Entladekapazit a ¨ t nach der Lagerung ) ] / ( Anfangsladekapazit a ¨ t ) × 100 ( % )
    Figure DE112019004393T5_0001
  • Beispiel 2
  • Die Herstellung und Bewertung der Struktur einer positiven Elektrode wurden in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 ausgeführt, mit der Ausnahme, dass der Überschussbereich E warmgeschweißt und versiegelt (thermokompressionsverbunden) wurde, um nur drei Seiten S der vier äußeren Umfangsseiten des beschichteten Abschnitts C zu verschließen (d. h., der Abschnitt des Überschussbereichs E, der den unbeschichteten Abschnitt (die Seite O) überlappt, wurde nicht warmgeschweißt und versiegelt), wie in 6 gezeigt ist.
  • [Tabelle 2]
  • Tabelle 2
    Versiegelungsseite Quantifizierung von Fremdkörpern in der abgeleiteten Flüssigkeit Selbstentladungsrate (%)
    Anzahl der Fremdkörper pro Einheitsvolumen (/ml)
    Beispiel 1 vier Seiten versiegelt (allseitig versiegelt) 0 12
    Beispiel 2 drei Seiten versiegelt (eine Seite offen) 1,25 53
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
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    • WO 2016/076047 [0003]
    • WO 2016/067884 [0003]

Claims (13)

  1. Struktur einer positiven Elektrode für ein Sekundärelement, die umfasst: einen Stromkollektor einer positiven Elektrode, der aus einem tafelförmigen Nickelschaum besteht und einen tafelförmigen beschichteten Abschnitt und einen unbeschichteten Abschnitt, der sich von einem äußeren Umfangsabschnitt des beschichteten Abschnitts erstreckt, aufweist; und ein aktives Material der positiven Elektrode, das Nickelhydroxid und/oder Nickeloxyhydroxid enthält und in den beschichteten Abschnitt des Stromkollektors der positiven Elektrode aufgenommen ist, wobei das aktive Material der positiven Elektrode in dem unbeschichteten Abschnitt des Stromkollektors der positiven Elektrode nicht vorhanden ist und wobei der Nickelschaum, der den unbeschichteten Abschnitt bildet, komprimiert ist, so dass er eine Dicke des 0,10-fachen oder mehr und weniger als das 0,8-fache einer Dicke des Nickelschaums, der den beschichteten Abschnitt bildet, aufweist.
  2. Struktur einer positiven Elektrode nach Anspruch 1, wobei der den unbeschichteten Abschnitt bildende Nickelschaum komprimiert ist, so dass er eine Dicke des 0,11-fachen oder mehr und weniger als das 0,5-fache der Dicke des Nickelschaums, der den beschichteten Abschnitt bildet, aufweist.
  3. Struktur einer positiven Elektrode nach Anspruch 1, wobei der Nickelschaum, der den unbeschichteten Abschnitt bildet, komprimiert ist, so dass er eine Dicke des 0,13-fachen oder mehr und weniger als das 0,3-fache der Dicke des Nickelschaums, der den beschichteten Abschnitt bildet, aufweist.
  4. Struktur einer positiven Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Nickelschaum, der den unbeschichteten Abschnitt bildet, eine Dicke von 0,10 bis 0,30 mm aufweist.
  5. Struktur einer positiven Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei sich der unbeschichtete Abschnitt in einem Abstand von 5 bis 50 mm von dem beschichteten Abschnitt erstreckt.
  6. Struktur einer positiven Elektrode nach Anspruch 5, die ferner einen Vliesstoff aus einem Polymermaterial umfasst, der den beschichteten Abschnitt des Stromkollektors der positiven Elektrode von beiden Seiten bedeckt, wobei der Vliesstoff eine Gesamtheit des beschichteten Abschnitts bedeckt und sich von dem äußeren Umfangsabschnitt des beschichteten Abschnitts erstreckt, um einen Überschussbereich zu bilden, und der Überschussbereich versiegelt ist, so dass er alles um den äußeren Umfangsabschnitt des beschichteten Abschnitts verschließt; wobei in einem Abschnitt des Überschussbereichs, der den unbeschichteten Abschnitt überlappt, der Vliesstoff versiegelt ist, während der Stromkollektor der positiven Elektrode dazwischen eingelegt ist; und wobei in einem Abschnitt des Überschussbereichs, der den unbeschichteten Abschnitt nicht überlappt, der Vliesstoff versiegelt ist, während der Stromkollektor der positiven Elektrode nicht dazwischen eingelegt ist.
  7. Struktur einer positiven Elektrode nach Anspruch 6, wobei in dem Abschnitt, in dem der Vliesstoff versiegelt ist, während der Stromkollektor einer positiven Elektrode dazwischen eingelegt ist, die Poren des Nickelschaums, der den Stromkollektor der positiven Elektrode bildet, mit dem von dem Vliesstoff abgeleiteten Polymermaterial in einem geschmolzenen und erstarrten Zustand gefüllt sind.
  8. Struktur einer positiven Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Versiegelung eine Warmschweißversiegelung ist.
  9. Struktur einer positiven Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Vliesstoff eine Dicke von 0,05 bis 0,2 mm aufweist.
  10. Struktur einer positiven Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Polymermaterial wenigstens eines von Polyethylen und Polypropylen enthält.
  11. Struktur einer positiven Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Nickelschaum rechteckig ist und der Vliesstoff die Gesamtheit des beschichteten Abschnitts bedeckt und sich von vier äußeren Umfangsseiten des beschichteten Abschnitts erstreckt, um den Überschussbereich zu bilden, und der Überschussbereich versiegelt ist, um die vier äußeren Umfangsseiten des beschichteten Abschnitts zu verschließen.
  12. Struktur einer positiven Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Sekundärelement eine Nickel-Zink-Batterie ist.
  13. Nickel-Zink-Sekundärelement, das umfasst: die Struktur einer positiven Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 12, eine Struktur einer negativen Elektrode, die eine Schicht eines aktiven Materials der negativen Elektrode enthält, die wenigstens eines enthält, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die Zink, Zinkoxid, eine Zinklegierung und eine Zinkverbindung umfasst; einen LDH-Separator, der ein poröses Substrat aus einem Polymermaterial und ein geschichtetes Doppelhydroxid (LDH) enthält, das die Poren des porösen Substrats ausfüllt, so dass es Hydroxidionenleitfähigkeit und Gasundurchlässigkeit aufweist; und eine Elektrolytlösung, wobei die positive Elektrode und die Schicht des aktiven Materials der negativen Elektrode über den LDH-Separator voneinander getrennt sind.
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