DE19724450A1 - Eine Gruppe von Wicklungselektroden - Google Patents
Eine Gruppe von WicklungselektrodenInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gruppe von
Wicklungselektroden wie beispielsweise eine zylindrische Zelle
oder einen Kondensator und insbesondere die Vorzüge, daß sie vor
einem Kurzschluß sicher ist, daß die Packungsdichte vermindert
ist, daß die Montage verbessert ist und daß die Haltbarkeit, die
Kapazität und der Anteil brauchbarer Produkte dabei erhöht sind.
Eine Gruppe von Wicklungselektroden wie beispielsweise eine
zylindrische Zelle und ein Kondensator weist einen Separator
auf, um eine Kathode und eine Anode vor einem Kurzschluß zu
bewahren. Die vorliegende Erfindung betrifft eine Technologie
einer Zelle, die eine Kathode, eine Anode und einen Separator
aufweist. Eine zylindrische Zelle, vor allem eine zylindrische
Nickel-Wasserstoff-Zelle, wird als ein Beispiel beschrieben.
Immer mehr tragbare elektronische Vorrichtungen wie
beispielsweise eine Kamera, ein Camcorder, ein tragbarer CD-Spieler,
ein Radio, ein Kassettenrecorder, ein Notebook-Computer,
ein Pager und ein Mobiltelefon usw. benötigen eine
Zelle mit einer größeren Kapazität und längeren Haltbarkeit.
Im allgemeinen ist eine Zelle eine Vorrichtung, die
chemische Energie mittels einer Kontaktpotentialdifferenz in
elektrische Energie umwandelt, wobei es viele Arten davon gibt.
Elektrochemische Zellen und Batterien sind technologisch als
nicht-aufladbare Primärzelle, wiederaufladbare Sekundärzelle,
als Brennstoffzelle, die Verbrennungswärme in elektrische
Energie umwandelt, oder als Solarzelle, die Lichtenergie in
elektrische Energie umwandelt, eingeteile. Elektrochemische
Zellen und Batterien werden nach der Zusammensetzung des
Elektrolyten und nach der Form der Zellen und Batterien
klassifiziert. Die Zusammensetzung des Elektrolyten ist entweder
alkalisch, fest oder nichtwässerig. Die Form einer Zelle oder
Batterie kann entweder zylindrisch, Knopf- oder Münzenartig
sein.
In diesen Zellenarten entlädt eine zylindrische Zelle (vom
Bisquitrollen-Typ) den Strom und setzt sich aus einer Kathode,
einer Anode, einem Separator, einem Elektrolyten, einer
positiven Klemme und einer negativen Klemme zusammen. Um ihn
spezifisch zu beschreiben, ist der Aufbau einer Nickel-
Wasserstoff-Zelle in Fig. 4 veranschaulicht. Die zylindrische
Nickel-Wasserstoff-Zelle besteht aus einer Kathode (13), die mit
Ni(OH)₂ als positivem aktivem Material beschichtet ist, einer
Anode (15) aus einer hydrierten Legierung, die mit einem
negativen aktiven Material beschichtet ist, das sich vorwiegend
aus einer LaNi₅, MmNi₅, Ti-Fe oder Ti-Ni-Legierung zusammensetzt,
einem Separator (17), der aus einem Vliesstoff hergestellt ist,
um die Kathode (13) und die Anode (15) vor einem Kurzschluß zu
bewahren, einem Gehäuse (12), das sich aus einem Isolierring
(27) und einer Isolierplatte (29) zusammensetzt, und einer
Abdeckplatte (25), die aus einem Deckel (19), einer Dichtung
(21) und einem Sicherheits-Luftloch (23) besteht. Das Gehäuse
(12) dient als negative Klemme und die Abdeckplatte (25) als
positive Klemme.
Das Verfahren zur Herstellung einer zylindrischen Nickel-
Wasserstoff-Zelle ist wie folgt. Vor der Montage wird die
Kathode hergestellt, indem eine Aufschlämmung eines positiven
aktiven Materials aufgezogen, getrocknet und auf einen
Metallträger aufgewalzt wird, und daraufhin wird eine Anode
hergestellt, indem eine Aufschlämmung eines negativen aktiven
Materials aufgezogen, getrocknet und auf einen Metallträger
aufgewalzt wird. Ein Separator (17) wird zwischen die Kathode
(13) und die Anode (15) gelegt und spiralförmig aufgewickelt,
und das montierte Teil wird in ein Gehäuse (12) eingesetzt. Der
Elektrolyt wird in das Gehäuse (12) gegossen. Die Zelle wird
abgedichtet, indem die Abdeckplatte (25) an den oberen Aufbau
des Gehäuses (12) gepreßt wird.
Eine eingehende Beschreibung der Lade- und Entladereaktion
der zylindrischen Nickel-Wasserstoff-Zelle, die gemäß dem obigen
Verfahren hergestellt wird, lautet wie folgt.
Eine hydrierte Legierung wird als negatives aktives
Material verwendet, Nickelhydroxid als positives aktives
Material und wässerige Kaliumhydroxid-(KOH)-Lösung als
Elektrolyt. Die hydrierte Legierung speichert Wasserstoffionen,.
die während des Ladevorgangs durch die Spaltung von Wasser im
Elektrolyten erzeugt werden, und gibt während des
Entladevorgangs die Wasserstoffionen in den Elektrolyten ab. Die
Lade- und Entladereaktionen sind wie folgt.
In den obigen Reaktionen ist M eine hydrierte Legierung,
die Wasserstoffionen absorbieren und abgeben kann, die als eine
AB₅-Gruppe angegeben ist, die aus Elementen der seltenen Erden
besteht, bzw. als eine AB₂-Gruppe angegeben ist, die aus Ti, Zr,
V, usw. besteht. Gemäß der obigen Reaktion durchläuft eine Zelle
mehr als hunderte von Malen eine Ladung und Entladung.
Das Verfahren zur Herstellung einer zylindrischen Nickel-
Wasserstoff-Zelle, die die obige Funktion und Struktur aufweist,
ist wie folgt.
Fig. 1A zeigt einen Aufbau von Elektroden, worin eine
Kathode (13) und eine Anode (15) spiralförmig gewickelt sind,
wobei ein Separator im Zwischenraum zwischen den beiden
Elektroden liegt, indem eine Spindel (11) verwendet wird.
Der oben erwähnte Aufbau wird dann in ein Gehäuse
eingesetzt und ein Elektrolyt in das Gehäuse gegossen. Der
Separator (17) nimmt jedoch viel Platz ein, und nur eine
begrenzte Menge Elektrolyt kann in das Gehäuse gegossen werden,
wodurch die Kapazität einer Zelle, die einen solchen Aufbau
verwendet, abnimmt.
Ein weiteres Problem, das die oben erwähnte Zelle haben
kann, ist das, daß der Separator (17) während des
Wicklungsvorgangs reißen kann, wodurch die Kathode (13) und die
Anode (15) kurzgeschlossen werden.
Um das oben erwähnte Problem des Kurzschlusses zu lösen,
wird ein Verfahren zum Einsetzen eines zusätzlichen Separators
(31) an der Anfangsstelle beider Elektroden entwickelt, wie in
Fig. 2 gezeigt. Obwohl der zusätzliche Separator (31) die
Wahrscheinlichkeit des Reißens des Separators (17) und des
Kurzschlusses der Kathode (13) und der Anode (15) vermindert,
wird die Kapazität der Zelle aufgrund des zusätzlichen Platzes,
der von dem zusätzlichen Separator (31) eingenommen wird,
stärker vermindert.
Der oben genannte Nachteil tritt bei allen Arten von
Wicklungselektroden-Gruppen einschließlich einer zylindrischen
Zelle und einem zylindrischen Kondensator wie auch in der vorher
genannten zylindrischen Nickel-Wasserstoff-Zelle auf.
Um die obigen Probleme der oben beschriebenen herkömmlichen
Technik zu bewältigen, ist es eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, eine Zelle bereitzustellen, die eine Kathode, eine
mit dieser Kathode verbundene positive Klemme, eine Anode, eine
mit dieser Anode verbundene negative Klemme, einen Separator,
der zwischen der Kathode und der Anode liegt, einen Elektrolyten
und ein Separatorfragment umfaßt, das von einer Wicklungsachse
aus bis hin zum Anfangsteil der Kathode abdeckt. Die Gruppe von
Wicklungselektroden ist vorzugsweise eine zylindrische Zelle
oder ein zylindrischer Kondensator. Die Gruppe von
Wicklungselektroden ist vorzugsweise eine zylindrische Nickel
Wasserstoff-Zelle.
Um die Probleme des oben beschriebenen herkömmlichen
Standes der Technik zu lösen, ist es eine Aufgabe der
vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer
Gruppe von Wicklungselektroden bereit zustellen, das folgende
Schritte umfaßt: das Herstellen einer Kathode, indem eine
Aufschlämmung eines positiven aktiven Materials auf einen
Metallträger aufgezogen, getrocknet und aufgewalzt wird; das
Herstellen einer Anode, indem eine Aufschlämmung eines negativen
aktiven Materials auf einen Metallträger aufgezogen, getrocknet
und aufgewalzt wird; das Einlegen eines Separators zwischen die
Kathode und die Anode; das Einlegen eines Separatorfragments,
das von einer Wicklungsachse aus bis hin zu einem Anfangsteil
der Kathode abdeckt; das Aufwickeln der Kathode, der Anode, des
Separators und des Separatorfragmentes; das Einsetzen der
Wicklung aus Kathode, Anode, Separator und Separatorfragment in
ein Gehäuse; das Einspritzen eines Elektrolyten in das Gehäuse;
und das Befestigen eines Deckelaufbaus an der Öffnung des
Gehäuses.
Weitere Aufgaben, Vorteile und neuartige Merkmale der
Erfindung werden zum Teil in der folgenden Beschreibung
dargestellt und werden dem Fachmann zum Teil bei der Überprüfung
des folgenden, was bei der Durchführung der Erfindung erlernt
werden kann, offensichtlich. Die Aufgabe und die Vorteile der
Erfindung werden mittels Gerätschaften und Kombinationen
erhalten, die speziell in den beigefügten Ansprüchen ausgeführt
sind.
In den Zeichnungen ist:
Fig. 1A ein schematisches Diagramm, das eine herkömmliche
zylindrische Nickel-Wasserstoff-Zelle vor dem Wicklungsvorgang
zeigt;
Fig. 1B ein schematisches Diagramm, das eine herkömmliche
zylindrische Nickel-Wasserstoff-Zelle im Wicklungsvorgang zeigt;
Fig. 2A ein weiteres schematisches Diagramm, das eine
herkömmliche zylindrische Nickel-Wasserstoff-Zelle vor dem
Wicklungsvorgang zeigt;
Fig. 2B ein weiteres schematisches Diagramm, das eine
herkömmliche zylindrische Nickel-Wasserstoff-Zelle im
Wicklungsvorgang zeigt;
Fig. 3A ein schematisches Diagramm, das eine zylindrische
Nickel-Wasserstoff-Zelle vor dem Wicklungsvorgang gemäß einer
ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 3B ein schematisches Diagramm, das eine zylindrische
Nickel-Wasserstoff-Zelle im Wicklungsvorgang gemäß einer ersten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 4 eine Darstellung eines Aufbaus einer zylindrischen
Zelle.
In der folgenden eingehenden Beschreibung wird nur die
bevorzugte Ausführungsform gezeigt und beschrieben, und zwar
einfach mittels Veranschaulichung der besten Ausführungsform,
die vom Erfinder zum Ausführen der Erfindung erwogen wird. Wie
offenbar werden wird, kann die Erfindung in verschiedener
offenkundiger Hinsicht abgeändert werden, ohne sich vom
Schutzumfang der Erfindung zu lösen. Entsprechend müssen die
Zeichnungen und die Beschreibung als rein veranschaulichend und
nicht einschränkend angesehen werden.
Wie in Fig. 3 gezeigt, wurden eine Kathode (13) einer Größe
von 114 × 35 × 0,73 mm und eine Anode (15) einer Größe von 149 ×
35 × 0,40 mm auf beiden Seiten eines Separators (17) einer Größe
von 263 × 38 × 0,15 mm angeordnet. Ein Separatorfragment (41)
einer Größe von 26 × 38 × 0,15 mm, das groß genug ist, um vom
Anfangsteil der Kathode (13) aus bis hin zur Spindel (11)
abzudecken, wurde auf eine Seite des Separators (17) gesetzt,
die zur Kathode (13) hin ausgerichtet ist. Nachdem die Kathode
(13), die Anode (15), der Separator (17) und das zusätzliche
Separatorfragment (41) um die Spindel (11) gewickelt worden
waren, wurde der Wicklungsaufbau in ein Gehäuse eingesetzt. Die
Elektrolyt-Einspritzung, die Montage und die Formgebung wurden
durchgeführt, um eine Zelle herzustellen.
Wie in Fig. 1 gezeigt, wurden eine Kathode (13) einer Größe
von 114 × 35 × 0,73 mm und eine Anode (15) einer Größe von 149 x
35 × 0,40 mm auf beiden Seiten eines Separators (17) einer Größe
von 263 × 38 × 0,15 mm angeordnet. Nachdem die Kathode (13), die
Anode (15) und der Separator (17) um die Spindel (11) gewickelt
worden waren, wurde der Wicklungsaufbau in ein Gehäuse
eingesetzt. Die Elektrolyt-Einspritzung, die Montage und die
Formgebung wurden durchgeführt, um eine Zelle herzustellen.
Wie in Fig. 2 gezeigt, wurden eine Kathode (13) einer Größe
von 114 × 35 × 0,73 mm und eine Anode (15) einer Größe von 149 x
35 × 0,73 mm auf beiden Seiten eines Separators (17) einer Größe
von 263 × 38 × 0,15 mm angeordnet. Ein zusätzlicher Separator
(31) einer Größe von 149 × 35 × 0,15 mm, der groß genug war, um
die Anfangsteile der Kathode (13) und der Anode (15) abzudecken,
wurde auf eine Seite des Separators (17) gesetzt, die zur
Kathode (13) hin ausgerichtet ist. Nachdem die Kathode (13), die
Anode (15), der Separator (17) und der zusätzliche Separator
(31) um die Spindel (11) gewickelt worden waren, wurde der
Wicklungsaufbau in ein Gehäuse eingesetzt. Die Elektrolyt-Einspritzung,
die Montage und die Formgebung wurden
durchgeführt, um eine Zelle herzustellen.
Die folgende Tabelle zeigt die Ergebnisse der Messung vom
Volumen einer Zelle, von der Einspritzmenge eines Elektrolyten,
vom Innendruck und von der Haltbarkeit gemäß der obigen
Beispiele und Vergleichsbeispiele.
Wie in der obigen Tabelle gezeigt, wird das Volumen der
Zelle mit einem Separatorfragment (41) gemäß Beispiel 1 der
vorliegenden Erfindung im Vergleich zu einer Zelle mit einem
zusätzlichen Separator (31) gemäß Vergleichsbeispiel 2 um ein
Maximum von 4,6% gesenkt. Daher erhöht sich der Innenraum einer
Zelle um ein Maximum von 22%, bezogen auf die Einspritzmenge
eines Elektrolyten. Der größere Innenraum verhindert den Anstieg
des Innendrucks des erzeugten Gases.
Die Wicklungs-Fehlerrate der Zelle gemäß der vorliegenden
Erfindung wird im Vergleich zu einem herkömmlichen zusätzlichen
Separator (31) um mehr als 30% gesenkt.
Wie oben gezeigt, ist die Qualität der Zelle gemäß der
vorliegenden Erfindung aufgrund eines größeren Innenraums, eines
größeren Einspritzvolumens eines Elektrolyten, eines niedrigeren
inneren Gasdruckes und einer viel höheren Haltbarkeit als die
einer herkömmlichen Zelle ausgezeichnet.
Wie oben gezeigt, verhindert ein Separator gemäß der
vorliegenden Erfindung das Auftreten eines Kurzschlusses, und er
vermindert die Packungsdichte und die Wicklungs-Fehlerrate,
wodurch die Kapazität erhöht wird. Als ein Ergebnis erhöhen sich
die Haltbarkeit und der Anteil brauchbarer Produkte.
Die Wirkung der vorliegenden Erfindung kann in Bezug auf
eine Gruppe von Wicklungselektroden wie beispielsweise nicht nur
die zylindrische Nickel-Wasserstoff-Zelle, sondern auch in Bezug
auf eine zylindrische Zelle bzw. einen Kondensator mit derselben
Struktur wie dem der zylindrischen Nickel-Wasserstoff-Zeile
erzielt werden.
In dieser Offenbarung wird lediglich die bevorzugte
Ausführungsform der Erfindung gezeigt und beschrieben, während
es jedoch, wie zuvor erwähnt, klar sein sollte, daß die
Erfindung in verschiedenen anderen Kombinationen und Umgebungen
verwendet werden kann und im Rahmen des Schutzumfangs der hierin
ausgedrückten erfinderischen Konzepte verändert und modifiziert
werden kann.
Claims (4)
1. Eine Gruppe von Wicklungselektroden, die folgendes
umfaßt:
eine Kathode;
eine mit dieser Kathode verbundene positive Klemme;
eine Anode;
eine mit dieser Anode verbundene negative Klemme;
einen Separator, der zwischen der Kathode und der Anode liegt;
einen Elektrolyten; und
ein Separatorfragment, das von einer Wicklungsachse aus bis hin zum Anfangsteil der Kathode abdeckt.
eine Kathode;
eine mit dieser Kathode verbundene positive Klemme;
eine Anode;
eine mit dieser Anode verbundene negative Klemme;
einen Separator, der zwischen der Kathode und der Anode liegt;
einen Elektrolyten; und
ein Separatorfragment, das von einer Wicklungsachse aus bis hin zum Anfangsteil der Kathode abdeckt.
2. Gruppe von Wicklungselektroden nach Anspruch 1, wobei
die Gruppe von Wicklungselektroden eine zylindrische Zelle oder
ein zylindrischer Kondensator ist.
3. Gruppe von Wicklungselektroden nach Anspruch 1, wobei
die Gruppe von Wicklungselektroden eine zylindrische Nickel-
Wasserstoff-Zelle ist.
4. Verfahren zur Herstellung einer Gruppe von
Wicklungselektroden, das folgende Schritte umfaßt:
das Herstellen eine Kathode, indem eine Aufschlämmung eines positiven aktiven Materials auf einen Metallträger aufgezogen, getrocknet und aufgewalzt wird;
das Herstellen einer Anode, indem eine Aufschlämmung eines negativen aktiven Materials auf einen Metallträger aufgezogen, getrocknet und aufgewalzt wird;
das Einlegen eines Separators zwischen die Kathode und die Anode;
das Einlegen eines Separatorfragments, das von einer Wicklungsachse aus bis hin zu einem Anfangsteil der Kathode abdeckt;
das Aufwickeln der Kathode, der Anode, des Separators und des Separatorfragmentes;
das Einsetzen der Wicklung aus Kathode, Anode, Separator und Separatorfragment in ein Gehäuse,
das Einspritzen eines Elektrolyten in das Gehäuse; und
das Befestigen eines Deckelaufbaus an der Öffnung des Gehäuses.
das Herstellen eine Kathode, indem eine Aufschlämmung eines positiven aktiven Materials auf einen Metallträger aufgezogen, getrocknet und aufgewalzt wird;
das Herstellen einer Anode, indem eine Aufschlämmung eines negativen aktiven Materials auf einen Metallträger aufgezogen, getrocknet und aufgewalzt wird;
das Einlegen eines Separators zwischen die Kathode und die Anode;
das Einlegen eines Separatorfragments, das von einer Wicklungsachse aus bis hin zu einem Anfangsteil der Kathode abdeckt;
das Aufwickeln der Kathode, der Anode, des Separators und des Separatorfragmentes;
das Einsetzen der Wicklung aus Kathode, Anode, Separator und Separatorfragment in ein Gehäuse,
das Einspritzen eines Elektrolyten in das Gehäuse; und
das Befestigen eines Deckelaufbaus an der Öffnung des Gehäuses.
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