DE19534928B4

DE19534928B4 - Nickel-Metallhydrid-Sekundärbatterie

Info

Publication number: DE19534928B4
Application number: DE19534928A
Authority: DE
Inventors: Jae-Ho Suwon Lee
Original assignee: Samsung Display Devices Co Ltd
Current assignee: Samsung SDI Co Ltd
Priority date: 1995-05-31
Filing date: 1995-09-20
Publication date: 2004-09-02
Anticipated expiration: 2015-09-21
Also published as: JPH08329951A; DE19534928A1; CN1146641A; FR2734949B1; CN1078750C; FR2734949A1; KR960043320A

Abstract

Nickel-Metallhydrid-Sekundärbatterie mit einem zylindrisch gewickelten Schichtstoff (18) aus einer positiven Elektrodenplatte (12), einer negativen Elektrodenplatte (16) und einer dazwischen angeordneten Separatorplatte (14), wobei die negative Elektrodenplatte (16) einen elektrolytisch aktiven Stoff und eine perforierte Halteplatte zum Halten des elektrolytisch aktiven Stoffes aufweist, die als Kollektor dient, und der elektrolytisch aktive Stoff auf beide Seitenflächen der Halteplatte aufgebracht ist, mit einem Schutzbecher (10), der den zylindrisch gewickelten Schichtstoff (18) umgibt, und mit einem Elektrolyten, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen zwei benachbarten Perforationen der perforierten Halteplatte am äußeren Bereich der Halteplatte kleiner als am mittleren Bereich ist und/oder der Öffnungsdurchmesser der Perforationen der perforierten Halteplatte am äußeren Bereich der Halteplatte größer als am mittleren Bereich ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Nickel-Metallhydrid-Sekundärbatterie mit einem zylindrisch gewickelten Schichtstoff aus einer positiven Elektrodenplatte, einer negativen Elektrodenplatte und einer dazwischen angeordneten Separatorplatte, wobei die negative Elektrodenplatte einen elektrolytisch aktiven Stoff und eine perforierte Halteplatte zum Halten des elektrolytisch aktiven Stoffes aufweist, die als Kollektor dient, und der elektrolytisch aktive Stoff auf beide Seitenflächen der Halteplatte aufgebracht ist, mit einem Schutzbecher, der den zylindrisch gewickelten Schichtstoff umgibt und mit einem Elektrolyten.
Eine derartige Batterie ist aus der EP 0 632 513 A1 bekannt. Die bekannte Batterie ist so ausgebildet, dass die perforierte Halteplatte mit einem regelmäßigen Perforationsmuster mit Perforationen versehen ist, deren Durchmesser im Bereich von 1,0 mm bis 2,5 mm liegt.
Nickel-Kadmium-Batterien werden gewöhnlich als Sekundärbatterie verwandt. Sie haben jedoch eine kleine Speicherkapazität, wobei darüber hinaus das Kadmium eine ernst zu nehmende Umweltverschmutzungen zur Folge hat. Es besteht daher die Neigung, Nickel-Kadmium-Batterien durch Alkali-Nikel-Metallhydrid-Sekundärbatterien zu ersetzen, die keine Umweltverschmutzung hervorrufen und eine Speicherkapazität haben, die um 30 bis 40 % größer als die von Nickel-Kadmium-Batterien ist. Eine Nickel-Metallhydrid-Batterie umfasst ein Metalloxid als positive Elektrode und eine Wasserstoff speichernde Legierung als negative Elektrode. Die Wasserstoff speichernde Legierung absorbiert den Wasserstoff, der beim Ladevorgang erzeugt wird, um ihn an den Elektrolyten während des Entladevorganges abzugeben.
Im Allgemeinen umfasst eine Nickel-Metallhydrid-Batterie einen zylindrisch gewickelten Schichtstoff aus einer positiven Elektrodenplatte, einer negativen Elektrodenplatte und einer dazwischen angeordneten Separatorplatte, einen Schutzbecher, der den zylindrisch gewickelten Schichtstoff umgibt, und einen Elektrolyten. In einer derartigen Alkali-Sekundärbatterie benötigt die negative Elektrode eine Halte einrichtung zum Halten eines elektrolytisch aktiven Stoffes, die als Kollektor dient. Die Halteeinrichtung besteht üblicherweise aus einer perforierten Stahlplatte, die mit Nickel beschichtet ist und auf deren beiden Seitenflächen eine Paste aus einem elektrolytisch aktiven Stoff aufgebracht wird.
In diesem Fall beeinflusst die Art der Ausbildung der Perforationen nachteilig die physikalischen Eigenschaften der Batterie. Wenn beispielsweise die Perforationsdichte über die Halteplatte größer gemacht wird, dann wird die Bindekraft zwischen den Oberflächen der Halteplatte und dem elektrolytisch aktiven Stoff stärker, was den Effekt verringert, dass sich der aktive Stoff von der Halteplatte löst, dabei ist jedoch die Fähigkeit der Halteplatte, Elektrizität zu sammeln, verringert und ist die körperliche Festigkeit der Halteplatte geschwächt, so dass es zu Brüchen der Platte kommen kann. Mit abnehmender Perforationsdichte werden andererseits die körperliche Festigkeit und die Fähigkeit der Halteplatte, Elektrizität aufzunehmen, größer, allerdings löst sich der aktive Stoff leicht von der Halteplatte, was die Batterielebensdauer verkürzt.
Üblicherweise liegt bei bekannten Nickel-Metallhydrid-Sekundärbatterien der Perforationsdurchmesser φ bei 1,0 bis 2,5 mm, liegt der Abstand P zwischen den Mittelpunkten von zwei benachbarten Perforationsöffnungen bei 1,0 bis 3,0 mm und liegt die Stärke der Halteplatte bei 0,04 bis 0,1 mm. Während jedoch die Bindekraft zwischen der Halteplatte und dem aktiven Stoff sich vom mittleren Bereich zu den äußeren Bereichen ändert, sind der Perforationsdurchmesser und der Perforationsabstand über die gesamte Halteplatte gleich, so dass die Fähigkeit, Elektrizität zu sammeln, beeinträchtigt und die Batterielebensdauer verkürzt ist.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht daher darin, eine Nickel-Metallhydrid-Sekundärbatterie der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die Bindekräfte zwischen der Halteplatte und dem elektrolytisch aktiven Stoff über die gesamte Halteplatte gleich sind und dadurch die Fähigkeit der Halteplatte Elektrizität zu sammeln erhöht ist.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass der Abstand zwischen zwei benachbarten Perforationen der perforierten Halteplatte am äußeren Bereich der Halteplatte kleiner als am mittleren Bereich ist und/oder der Öffnungsdurchmesser der Perforationen der perforierten Halteplatte am äußeren Bereich der Halteplatte größer als am mittleren Bereich ist.
Aufgrund dieser Ausbildung ist die Fähigkeit der erfindungsgemäßen Batterie Elektrizität zu sammeln erhöht, ist die Batterielebensdauer länger und ist auch die Festigkeit des Aufbaus der negativen Elektrode erhöht.
Im Folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnung besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen
1 schematisch die Ausbildung der perforierten Halteplatte bei einem ersten Ausführungsbeispiel,
2 schematisch die Ausbildung der perforierten Halteplatte bei einem zweiten Ausführungsbeispiel,
3 eine schematische Querschnittsansicht einer Sekundärbatterie mit dem erfindungsgemäßen Aufbau,
4 eine perforierte Halteplatte zum Halten eines elektrolytisch aktiven Stoffes, die als Kollektor der negativen Elektrode einer herkömmlichen Alkali-Sekundärbatterie dient, und
5 eine vergrößerte Ansicht eines äußeren Bereiches der in 4 dargestellten perforierten Halteplatte.
Wie es in 3 dargestellt ist, besteht eine Nickel-Metallhydrid-Sekundärbatterie aus einem zylindrisch gewickelten Schichtstoff 18, der eine positive Elektrodenplatte 12, eine negative Elektrodenplatte 16 und eine dazwischen angeordnete Separatorplatte 14 umfasst. Dieser Elektrodenschichtstoff 18 ist von einem Schutzbecher 10 umgeben, der einen flüssigen Elektrolyten enthält. Eine Kappenanordnung 20 dient dazu, das obere Ende des Bechers 10 zu überdecken.
Um die negative Elektrode der Sekundärbatterie herzustellen, wird zunächst eine perforierte Stahlhalteplatte gebildet, die mit Nickel beschichtet ist. Die Perforationsdichte der perforierten Halteplatte ist an den äußeren Bereichen um 20 % bis 30 % größer als im mittleren Bereich. Dazu ist bei dem ersten in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Öffnungsdurchmesser ⌀' der Perforationen über die gesamte Halteplatte konstant, während der Abstand Px', Py' zwischen den Mittelpunkten von zwei benachbarten Perforationsöffnungen variiert, um die Perforationsdichte an den äußeren Bereichen gegenüber dem mittleren Bereich zu erhöhen. In diesem Fall ist der Abstand Px', Py' im kartesischen Koordinatensystem gemessen. Der Abstand Px', Py' ist an den äußeren Bereichen verglichen mit dem mittleren Bereich um 20 bis 30 % kleiner, so daß die Anzahl der Öffnungen an den äußeren Bereichen größer als am mittleren Bereich ist.
Bei dem zweiten in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Öffnungsdurchmesser ⌀'' der Perforationen über die gesamte Halteplatte verschieden, während der Abstand Px'' , Py'' zwischen zwei benachbarten Perforationsöffnungen konstant gehalten ist, um die Perforationsdichte an den äußeren Bereichen größer als am mittleren Bereich zu machen. Der Öffnungsdurchmesser ⌀'' der Perforationen ist an den äußeren Bereichen nämlich größer als am mittleren Bereich, so daß die Perforationsdichte an den äußeren Bereichen größer als am mittleren Bereich ist.
Die Halteplatte kann auch in mehrere Abschnitte unterteilt sein, die verschiedene Perforationsdichten haben, die ausgehend vom mittleren Bereich zu den äußeren Bereichen immer größer werden.
Die Bindekräfte zwischen der Halteplatte und dem elek trolytisch aktiven Stoff sind dann im wesentlichen über die gesamte Halteplatte gleich und die Fähigkeit der Halteplatte, Elektrizität zu sammeln, ist erheblich größer. Dadurch ist die Lebensdauer der Batterie länger, so daß die Anzahl der Wiederauflade- und Entladezyklen über einem Wert von 1000 liegt, was einen erheblichen Gegensatz zu herkömmlichen Batterien darstellt, die Wiederauflade- und Entladezyklen von etwa 500 haben. Die Fähigkeit, Elektrizität zu sammeln, ist um mehr als 95 % größer.

Claims

Nickel-Metallhydrid-Sekundärbatterie mit einem zylindrisch gewickelten Schichtstoff (18) aus einer positiven Elektrodenplatte (12), einer negativen Elektrodenplatte (16) und einer dazwischen angeordneten Separatorplatte (14), wobei die negative Elektrodenplatte (16) einen elektrolytisch aktiven Stoff und eine perforierte Halteplatte zum Halten des elektrolytisch aktiven Stoffes aufweist, die als Kollektor dient, und der elektrolytisch aktive Stoff auf beide Seitenflächen der Halteplatte aufgebracht ist, mit einem Schutzbecher (10), der den zylindrisch gewickelten Schichtstoff (18) umgibt, und mit einem Elektrolyten, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen zwei benachbarten Perforationen der perforierten Halteplatte am äußeren Bereich der Halteplatte kleiner als am mittleren Bereich ist und/oder der Öffnungsdurchmesser der Perforationen der perforierten Halteplatte am äußeren Bereich der Halteplatte größer als am mittleren Bereich ist.