DE60032409T2 - Verfahren zur Herstellung von Elektroden für eine Batterie - Google Patents

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Elektroden für eine Batterie mit einem Prozess eines Füllens eines aktiven Materials in eine dreidimensionale poröse Metallsubstratlage und einem Prozess eines Schneidens der Lage auf eine bestimmte Abmessung.
  • In den letzten Jahren hat die Vielfalt von Verwendungen für Batterien rasch zugenommen, da diese als stromquellen für tragbare Geräte verwendet werden, wie beispielsweise Mobiltelefone und Personal Computer, ebenso wie für elektrische Fahrzeuge einschließlich elektrischer Autos. Aufgrund dieser Diversifikation wurden verschiedene Arten von Batterien entwickelt und von dem Standpunkt eines Verbesserns einer Batterieleistungsfähigkeit, wie beispielsweise einer Energiedichte, und eines Reduzierens der Kosten verbessert.
  • Als eine wichtige Technik, um eine Batterie mit einer hohen Energiedichte zu erhalten, wurde untersucht, die elektrische Kapazität pro Volumen einer Elektrode zu erhöhen, indem ein aktives Material mit einer hohen Dichte in das Elektrodensubstrat eingefüllt wird. Beispielsweise werden als die Substrate der positiven Elektroden bei alkalischen Batterien einschließlich Nickel-Kadmium-Batterien, Nickel-Metallhydrid-Batterien und Nickel-Zink-Batterien, eine poröse Metalllage der gesinterten Art und dreidimensionale poröse Metallsubstratlagen, wie beispielsweise eine geschäumte Metalllage (schwammartige Metalllage) und eine poröse Lage einer metallischen Faser verwendet. Durch Verwenden dieser Substrate werden positive Elektroden mit einer hohen Kapazitätsdichte entwickelt.
  • Die poröse Metalllage der gesinterten Art wird erhalten, indem eine wässrige Masse, die ein Nickelpulver oder ein ähnliches Material enthält, auf eine Kernlage aufgebracht wird, wie beispielsweise ein gestanztes Metall, und diese gesintert wird. Durch Tauchen der gesinterten Lage als positive Elektrode in eine Nickelnitratlösung und Elektrolysieren dieser, kann Nickelhydroxid, das ein aktives Material ist, innerhalb der Poren der gesinterten Lage abgeschieden werden. Dieses Verfahren wird elektrolytischer Abscheidungsprozess genannt. Um das aktive Material mit höherer Dichte in die gesinterte Lage einzufüllen, wird ein chemischer Imprägnierungsprozess angewandt, um mehr Nickelhydroxid in die gesinterte Lage einzufüllen. Bei dem chemischen Imprägnierungsprozess werden eine Imprägnierung mit einer Nickelnitratlösung und ein Eintauchen mit einem Laugenbad durchgeführt. Eine durch diese Behandlungen erhaltene positive Elektrode zeichnet sich durch hohe Stromlade-/Entladeeigenschaften aus. Jedoch macht der Rahmen, der aus einer gesinterten Lage mit einer Kernlage besteht, in etwa 25% des Gesamtvolumens der gesinterten Lage aus, wodurch Grenzen in Bezug auf ein hochdichtes Einfüllen eines aktiven Materials gesetzt werden.
  • Andererseits kann eine positive Elektrode aus Nickel mit einer dreidimensionalen porösen Metallsubstratlage ein aktives Material mit einer extrem hohen Dichte aufgrund der hohen Porosität der Substratlage in sich haben. Beispielsweise hat eine geschäumte Nickellage eine Porosität so hoch wie 96%. Diese geschäumte Nickellage kann folgendermaßen erhalten werden. Zuerst wird ein leitfähiger Verbundstoff auf eine Lage aus geschäumten Harz (schwammartiges Harz) wie beispielsweise eine Polyurethanlage aufgebracht und dann wird Nickel auf die Harzschicht plattiert. Danach wird das im Inneren befindliche Harz durch Brennen der Lage in einer Reduktionsatmosphäre entfernt, um eine geschäumte Nickellage vorzusehen.
  • Die Poren der dreidimensionalen porösen Metallsubstratlage haben einen Durchmesser von in etwa 200 μm oder mehr, der in etwa zehnmal so groß ist, wie die Poren einer porösen Metallsubstratlage der gesinterten Art. Derart große Poren können direkt mit einer Paste, durch Reiben oder Drücken der Paste dorthinein, gefüllt werden, die ein Gemisch aus einem aktiven Material, wie beispielsweise einem Nickelhydroxidpulver, einem Additiv, wie beispielsweise metallischem Kobalt, und Wasser ist.
  • Somit erzielt ein Anwenden einer dreidimensionalen porösen Metallsubstratlage eine Elektrode mit einer hohen Kapazität und vereinfacht einen Prozess eines Einfüllens eines aktiven Materials dorthinein in großem Maße. Die Substratlage wird auch für negative Elektroden aus einer Wasserstoffspeicherlegierung bei Nickel-Metallhydrid-Batterien verwendet.
  • Andererseits hat die Substratlage einen Nachteil darin, dass das aktive Material, das dort hineingefüllt wird, dazu neigt, sich abzulösen, und an der Fläche der Lage anzuhaften.
  • Darüber hinaus besteht der Rahmen der dreidimensionalen porösen Metallsubstratlage aus einem nadelförmigen oder faserartigen Metall, das kompliziert umschlungen ist, so dass ein Schneiden der Substratlage, die mit dem aktiven Material gefüllt ist, dazu neigt, eine Anzahl scharfer, spitz zulaufender Grate zu hinterlassen.
  • Wenn eine Batterie mit einer derartigen Elektrode zusammengebaut wird, durchdringen die Grate und Anhaftungen den Separator, wodurch bewirkt wird, dass die Batterie einen Kurzschluss verursacht. Dieses Problem ist die Hauptursache einer Abnahme des Produktionsertrags der Elektrode und einer Verschlechterung der Erhaltungsausführung und einer Lade-/Entladezykluslebensdauer der Batterie.
  • Ein Verfahren zum Lösen dieses Problems wurde in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 8-45500 vorgeschlagen. Bei der Veröffentlichung wird nach einem Schneiden der Substratlage, die mit einem aktiven Material gefüllt ist, auf eine bestimmte Größe, oder nach einem Schneiden der Substratlage auf eine bestimmte Größe und eines Füllens eines aktiven Materials dort hinein, der Umfang des Substrats gedrückt oder entfernt. Das Drücken des Umfangs des Substrats nach einem Schneiden wird zum Zwecke eines Niedrighaltens der Grate, die während des Schneidens aufgetreten sind, und eines dünneren Ausbildens des Umfangs der Elektrode durchgeführt. Das Entfernen des Umfangs des Substrats nach einem Schneiden wird zum Zwecke eines Entgratens durchgeführt. Diese Prozesse können jedoch Grate, die einst niedrig gehalten wurden, nicht daran hindern, sich wieder zu erheben, oder Schnitte und abgefallenes aktives Material daran hindern, sich an der Fläche der Elektrode anzuhaften. Somit hat die Batterie immer noch das Risiko eines internen Kurzschlusses.
  • Andererseits wurde ein Verfahren zum Abdecken des Umfangs und eines Querschnitts einer Elektrode mit einem Aufschmelzüberzugsharz vorgeschlagen (japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 5-190200). Bei diesem Verfahren wird jedoch die Elektrodenlage geschnitten und dann wird ihr Querschnitt mit dem Harz abgedeckt, was sich nicht auf das Unterdrücken des Auftretens von scharfen, spitz zulaufenden Graten oder Schnitten bezieht. Diese Grate und Schnitte durchdringen die Harzschicht, wodurch es schwer wird, einen internen Kurzschluss in der Batterie zu verhindern.
  • Es existiert deshalb ein Bedarf an einem Herstellungsprozess einer Elektrode für eine Batterie, die eine dreidimensionale poröse Metallsubstratlage einsetzt, um das Auftreten von Graten und Schnitten und das Ablösen eines aktiven Materials zu unterdrücken, während die Substratlage bearbeitet wird. Es existiert ebenfalls ein Bedarf, den Produktionsertrag der Elektrode zu verbessern. Zusätzlich existiert ein Bedarf, einen internen Kurzschluss in der Batterie aufzulösen, wodurch eine Verschlechterung bei der Erhaltungsausführung und der Lade-/Entladezykluslebensdauer der Batterie verhindert wird.
  • Die EP-A-0,840,387 offenbart ein Verfahren zum Herstellen einer Elektrode für eine Batterie mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1. Die JP-02-197054 enthält eine ähnliche Offenbarung.
  • Die EP-A-0,798,795 offenbart ein Verfahren zum Herstellen einer Elektrode für eine Batterie. Ein durch eine Presstätigkeit hergestellter zusammengedrückter Abschnitt erstreckt sich in einem rechten Winkel zu einer Schnittlinie zwischen den entgegengesetzten Rändern einer Metallschaumlage, entlang der die zwei Elektroden voneinander getrennt sind. Die Schneidtätigkeit tritt hauptsächlich auf der Höhe der oberen und unteren Flächen der Metallschaumlage bei einem unkomprimierten Metallschaum auf.
  • KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer Elektrode für eine Batterie durch Füllen eines aktiven Materials in eine dreidimensionale poröse Metallsubstratlage mit einer obersten und untersten Fläche und Durchschneiden der Lage auf eine bestimmte Größe, wobei es die Schritte aufweist:
    • (a) Füllen eines aktiven Materials in die Substratlage,
    • (b1) Drücken der obersten Fläche, um einen Abschnitt mit verringerter Dicke auszubilden, der sich von einem ersten Rand der Substratlage zu einem zweiten Rand der Substratlage erstreckt, der einen mittleren Abschnitt hat, und der zwischen zwei Randabschnitten liegt, und eine obere Fläche aufweist, die unterhalb der obersten Fläche positioniert ist, und
    • (c) Schneiden entlang dem mittleren Abschnitt des Bereichs mit verringerter Dicke von dem ersten Rand zu dem zweiten Rand der Substratlage,
    wobei der Schritt (b1) vor Schritt (c) durchgeführt wird,
    dadurch gekennzeichnet, dass:
    bei Schritt (b1) das Pressen ein Pressen der untersten Fläche aufweist, so dass der Bereich mit verringerter Dicke ausgebildet wird und auch eine untere Fläche aufweist, die oberhalb der untersten Fläche positioniert ist.
  • Dieses Verfahren hat vorzugsweise vor dem Schritt (c) den Schritt:
    • (b2) Beschichten der mittleren und Randabschnitte mit einem Harz, oder
    • (b3) Imprägnieren der mittleren und Randabschnitte mit einer Flüssigkeit, die eine Harzkomponente enthält.
  • KURZBESCHREIBUNG DER VERSCHIEDENEN ANSICHTEN DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine Draufsicht einer geschäumten Nickellage, die bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet wird, bei der ein komprimierter und verformter Abschnitt bei einem zu schneidenden Abschnitt und bei dessen Umfangsabschnitten ausgebildet ist.
  • 2 ist eine vergrößerte Querschnittansicht entlang der Linie II-II' von 1.
  • 3 ist eine Querschnittansicht des Hauptteils der Elektrodenlage, das bei einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung hergestellt ist.
  • 4 ist eine perspektivische Schnittansicht einer Batterie, bevor diese mit einer elektrolytischen Lösung gefüllt wird, die erzeugt wurde, um die Effekte der Erfindung auszuwerten.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • Als die Ergebnisse enthusiastischer Studien eines Verfahrens zum Herstellen einer Elektrode für eine Batterie durch Füllen eines aktiven Materials in eine dreidimensionale poröse Metallsubstratlage und durch Schneiden der Lage auf eine bestimmte Größe, haben die Erfinder der Erfindung ein Verfahren zum Eliminieren von Schwierigkeiten der Elektrode herausgefunden, die aus dem Auftreten von Graten und Schnitten und dem Ablösen des aktiven Materials resultieren.
  • Bei der Erfindung werden die vorstehenden Probleme durch Ausführen eines zusätzlichen Prozesses zu dem Herstellungsverfahren, das den Prozess eines Füllens eines aktiven Materials in eine dreidimensionale poröse Metallsubstratlage und den Prozess eines Schneidens der Lage bei einem zu schneidenden Abschnitt aufweist, gelöst.
  • Das Hauptmerkmal der Erfindung ist es, einen Prozess eines Zusammendrückens der oberen und unteren Flächen der Substratlage vor einem Schneiden der Substratlage auszuführen.
  • Ein Ausführen dieses Prozesses vor dem Schneiden der Substratlage ermöglicht es, eine Elektrode zu erhalten, bei der es unwahrscheinlich ist, dass sie unter Graten, Schwierigkeiten aufgrund von Schnitten und einem Ablösen des aktiven Materials leidet. Der Prozess eines Füllens des aktiven Materials kann jederzeit vor oder nach dem Prozess eines Schneidens der Substratlage, oder vor oder nach dem Pressprozess ausgeführt werden.
  • Jedes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend beschrieben.
  • AUSFÜHRUNGSBEISPIEL 1
  • Das Nachstehende ist eine Beschreibung des Verfahrens zum Herstellen einer Elektrode für eine Batterie (Ausführungsbeispiel 1) mit den Schritten: (a) Füllen eines aktiven Materials in eine dreidimensionale poröse Metallsubstratlage, (b1) Zusammendrücken der obersten und untersten Flächen der Substratlage, um einen Abschnitt mit verringerter Dicke auszubilden, der sich von einem ersten zu einem zweiten Rand der Substratlage erstreckt, der einen mittleren Abschnitt hat, der zwischen zwei Randabschnitten liegt, und eine obere Fläche aufweist, die unterhalb der obersten Fläche positioniert ist, und eine untere Fläche aufweist, die über der untersten Fläche positioniert ist, und (c) Schneiden entlang dem mittleren Abschnitt des Bereichs mit verringerter Dicke von dem ersten Rand zu dem zweiten Rand der Substratlage, wobei der Schritt (b1) vor dem Schritt (c) ausgeführt wird.
  • Wie es vorstehend erwähnt ist, kann der Schritt (a) jederzeit ausgeführt werden, solange der Schritt (b1) vor dem Schritt (c) ausgeführt wird.
  • Bei dem Schritt (b1) werden der mittlere Abschnitt, der zu schneiden ist, und seine Randabschnitte gedrückt, um dünner zu sein. Zu dieser Zeit wird bei den gedrückten Abschnitten ein nadelförmiges oder faserartiges Metall, das den Rahmen der Substratlage bildet, entweder dicht zusammengedrängt, oder nahezu in einem Stück ausgebildet. Infolgedessen wird das Auftreten von scharfen, spitz zulaufenden Graten während des Schneidprozesses verhindert. Eine durch Schneiden der Lage auf eine bestimmte Größe erhaltene Elektrode hat dünnere Endabschnitte als die anderen Abschnitte, so dass, wenn eine Vielzahl von Elektroden laminiert werden, die Endabschnitte dieser Elektroden mit einem großen Raum dazwischen angrenzend zueinander liegen. Selbst wenn Grate auftreten, erschwert es diese Anordnung den Graten, mit der Gegenelektrode in Berührung zu kommen, wodurch wirksam ein interner Kurzschluss in der Batterie verhindert wird.
  • Bei dem vorstehenden Verfahren ist es wünschenswert, dass Schritt (a) nach dem Schritt (b1) ausgeführt wird, weil dies dazu führt, dass das Rahmenmetall bei dem mittleren Abschnitt, der zu schneiden ist, und seinen Randabschnitten dicht zusammengedrängt ist und die zusammengedrückten Abschnitte effektiv dünner werden.
  • AUSFÜHRUNGSBEISPIEL 2
  • Das Verfahren von Ausführungsbeispiel 2 ergänzt das Verfahren von Ausführungsbeispiel 1, indem es den zusätzlichen Schritt (b2) eines Beschichtens des mittleren und der Randabschnitte mit einem Harz vor dem Schritt (c) aufweist.
  • Bei dem Schritt (b2) werden der zu schneidende mittlere Abschnitt und seine Randabschnitte mit dem Harz beschichtet. Dieser Prozess kann leicht durchgeführt werden, indem eine Harzschicht auf dem mittleren Abschnitt, der zu schneiden ist, und seine Randabschnitte aufgebracht wird, und indem die zu schmelzende Schicht erhitzt wird, um an der Substratlage anzuhaften. Alternativ kann ein durch Erhitzen geschmolzener Heißkleber an dem mittleren Abschnitt, der zu schneiden ist, und seinen Randabschnitten aufgebracht werden. Eine andere Alternative ist, dass eine Flüssigkeit mit vergleichsweise hoher Viskosität, die vorzugsweise mehr als 10.000 mPa·s und nicht mehr als 100.000 mPa·s bei 25°C ist, das eine Harz Komponente enthält, an dem zu schneidenden mittleren Abschnitt und seinen Randabschnitten aufgebracht und getrocknet wird.
  • Die Viskosität der Flüssigkeit kann durch Verwenden eines Rotationsviskosimeters des Typs B (JISK7117 (1987)) gemessen werden.
  • Das nadelförmige oder faserartige Metall bei dem zu schneidenden mittleren Abschnitt und bei den Randabschnitten kann nicht nur dicht zusammengedrängt sein, sondern auch, besonders bei dem Flächenabschnitt der Substratlage, mit einem Harz beschichtet sein. Dies erhöht die Wirkung eines Verhinderns des Auftretens von Graten und Einschnitten und der Anhaftung des abgefallenen aktiven Materials auf der Elektrodenfläche. Selbst wenn Grate auftreten, kann ein innerer Kurzschluss in der Batterie weiter effektiv verhindert werden, weil die Endabschnitte der Elektrode mit einem Isolationsharz beschichtet sind, und gedrückt sind, um dünner zu sein.
  • Bei dem vorstehend erwähnten Verfahren können die nachfolgenden drei Schritte zufällig ausgeführt werden: Schritt (a), Schritt (b1) und Schritt (b2). In jedem Fall können Synergieeffekte erhalten werden. Von diesen Fällen ist es wünschenswert, den Schritt (b1) zuerst, gefolgt von dem Schritt (a) und dann dem Schritt (b2) auszuführen.
  • AUSFÜHRUNGSBEISPIEL 3
  • Das Verfahren von Ausführungsbeispiel 3 ergänzt das Verfahren von Ausführungsbeispiel 1 durch Einschließen des zusätzlichen Schrittes (b3) eines Imprägnierens des mittleren und der Randabschnitte mit einer Flüssigkeit, die eine Harzkomponente enthält, vor dem Schritt (c).
  • Bei dem Schritt (b3) werden der zu schneidende Mittelabschnitt und seine umgebenden Abschnitte mit einer Flüssigkeit imprägniert, die die Harzkomponente enthält. Der innere Abschnitt des Substrats kann mit der Harzkomponente durch Aufbringen oder Sprühen einer Flüssigkeit mit vergleichsweise niedriger Viskosität imprägniert werden, die vorzugsweise 1 bis 10.000 mPa·s bei 25°C ist, die die Harzkomponente in dem gelösten oder verteilten Zustand enthält, auf dem mittleren Abschnitt, der zu schneiden ist, und seinen Randabschnitten. Danach wird die Lage getrocknet, um ein Lösungsmittel und ein Detergens zu entfernen.
  • Gemäß diesem Verfahren wird die Harzkomponente in die Poren des mittleren Abschnitts, der zu schneiden ist, und seine Randabschnitte in der Substratlage gefüllt.
  • Das nadelförmige oder faserartige Metall bei dem zu schneidenden mittleren Abschnitt und seinen Randabschnitten, kann nicht nur dicht zusammengedrängt werden, sondern auch, insbesondere bei dem inneren Abschnitt der Substratlage, mit einem Harz aneinander geklebt werden. Dies verbessert die Wirkung eines Verhinderns des Auftretens von Graten und Einschnitten und das Ablösen des aktiven Materials, während die Lage geschnitten wird. Selbst wenn Grate auftreten, kann ein interner Kurzschluss in der Batterie weiter effektiv verhindert werden, weil die Endabschnitte der Elektrode mit einem Isolationsharz beschichtet sind und gedrückt sind, um dünner zu sein. Bei dem vorstehend erwähnten Verfahren können die nachfolgenden drei Schritte in zufälliger Reihenfolge ausgeführt werden: Schritt (a), Schritt (b1) und Schritt (b3). Bei jedem Fall können die Synergieeffekte erhalten werden. Von diesen Fällen ist es vorzuziehen, den Schritt (b3) zuerst, gefolgt von dem Schritt (a) und dem Schritt (b1) auszuführen. In diesem Fall wird die Harzkomponente in die Poren des mittleren zu schneidenden Abschnitts und seine Randabschnitte gefüllt, und das aktive Material wird in den verbleibenden Raum gefüllt. Dann werden der zu schneidende mittlere Abschnitt und seine Randabschnitte gedrückt, um den Metallrahmen, das Harz, und das aktive Material fest miteinander zu verkleben.
  • Das bei der Erfindung verwendete Harzmaterial ist vorzugsweise mit einer chemischen Beständigkeit gegen das Elektrolyt einer Batterie vorgesehen, die die Elektrode, ein positives aktives Material und ein negatives aktives Material und ein Anhaften an dem Substratrahmen einsetzt. Wenn die Elektrode bei einer alkalischen Batterie mit einer alkalischen Elektrolytlösung verwendet wird, ist es wünschenswert, ein abgewandeltes Polyethylen, ein abgewandeltes Polypropylen, Polyvinylalkohol, Ethylenvinylalkohol-Copolymer, Styren-Butadien-Vulkanisat, ein Fluorharz, wie bei beispielsweise Tetrafluorethylen, oder ein ähnliches Material zu verwenden. Diese Harze können für eine Schicht, einen Heißkleber oder ein Flüssigkeitsmittel verwendet werden, die die Harze entweder gelöst oder verteilt in Wasser oder einem organischen Lösungsmittel enthalten. Die gleichen Harzmaterialien können für die Elektrode für eine Lithiumbatterie verwendet werden, die ein organisches Elektrolyt einsetzt.
  • Als die dreidimensionale poröse Metallsubstratlage können eine geschäumte Metalllage, eine poröse Lage einer metallischen Faser und ähnliche Materialien verwendet werden. Die dreidimensionale poröse Metallsubstratlage hat einen Raum, der in drei Dimensionen durcheinander existiert, d.h., einen Raum von Verbindungsporen. Das Gewicht pro Einheitsbereich der dreidimensionalen porösen Metallsubstratlage ist vorzugsweise 200 bis 800 g/m2.
  • Das vorstehende Metall kann Nickel, Aluminium oder Kupfer sein.
  • Die Erfindung kann zu der Herstellung aller Arten von Batterieelektroden und geeigneter Weise als Verfahren zum Herstellen einer positiven Elektrode aus Nickel für eine alkalische Batterie, eine negative Elektrode aus einer Wasserstoffspeicherlegierung für eine alkalische Batterie, ein System einer Lithiumbatterie und dergleichen verwendet werden.
  • Die Erfindung wird basierend auf den nachstehenden Beispielen genauer beschrieben.
  • BEISPIEL 1
  • Eine bandartige geschäumte Nickellage mit einer Breite von 142 mm, einer Dicke von 1,0 mm und einem Gewicht pro Einheitsbereich von 600 g/m2 wurde verwendet. Wie es in 1 gezeigt ist, wurde die geschäumte Nickellage 1 teilweise von beiden Seiten durch eine Rolle gedrückt, um den zu schneidenden Abschnitt 2 und dessen Rand 3 zusammenzudrücken. In Folge dessen wurde ein zusammengedrückter und verformter Abschnitt 4 bei dem Band bei 103 mm Intervallen ausgebildet.
  • 2 ist eine vergrößerte Querschnittansicht der Linie II-II' von 1. Der zusammengedrückte und verformte Abschnitt 4 hatte eine Breite von 5 mm und eine Dicke von 0,05 mm.
  • Andererseits wurden ein Nickelhydroxidpulver als ein aktives Material, ein metallisches Kobalt als ein Additiv und Wasser vermischt, um eine Paste auszubilden. Die Paste wurde in die gedrückte Nickellage 1 durch Reiben der Paste dorthinein gefüllt und die Lage wurde bei 90°C getrocknet. Danach wurde die gesamte Lage gerollt, um 0,6 mm Dicke aufzuweisen, und das aktive Material wurde fest innerhalb der Poren der Substratlage fixiert, um eine Elektrodenlage vorzusehen. Dann wurde die Lage durch eine Schneideinrichtung bei der Mitte des zusammengedrückten und verformten Abschnitts 4, d.h., dem zu schneidenden Abschnitt 2, geschnitten, um eine positive Elektrode aus Nickel auszubilden.
  • BEISPIEL 2
  • Die gleiche geschäumte Nickellage 1 wie bei Beispiel 1 wurde verwendet. Nachdem der gleiche zusammengedrückte und verformte Abschnitt 4, wie bei Beispiel 1, bei der Nickellage 1 ausgebildet war, wurde die gleiche Paste, wie bei Beispiel 1, in die Nickellage 1 gerieben und getrocknet. Dann wurde eine Harzschicht 6 aus Ethylenvinylalkohol-Copolymer an beiden Seiten des zusammengedrückten und verformten Abschnitts 4 aufgebracht und bei 90°C erhitzt, um zu bewirken, dass die Schicht schmilzt und an der Lage anhaftet. Die gesamte Lage wurde gerollt, um 0,6 mm Dicke zu haben, um eine Elektrodenlage vorzusehen.
  • 3 ist eine Querschnittansicht des Hauptteils der Elektrodenlage. In der Zeichnung kennzeichnen 5 und 6 jeweils ein aktives Material und die Harzschicht. Die Lage wurde bei der Mitte der anhaftenden Schicht 6 geschnitten, d.h., dem zu schneidenden Abschnitt, um eine positive Elektrode aus Nickel vorzusehen.
  • BEISPIEL 3
  • Die gleiche geschäumte Nickellage 1, wie bei Beispiel 1, wurde verwendet. Die Nickellage 1 wurde an ihren beiden Seiten mit einer Harzlösung bei einem Band mit 5 mm Breite bei 103 mm Abständen versehen. Die an die Lage aufgebrachte Harzlösung war ein Gemisch aus 10 wt% Ethylenvinylalkohol-Copolymer, 58 wt% eines n-Propanols, und 32 wt% Wasser. Die Viskosität des Gemischs war in etwa 100 mPa·s. In Folge dessen waren die Poren der bandförmigen Abschnitte bei der Lage mit dem Harz imprägniert. Die Lage wurde bei 90°C getrocknet und die gleiche Paste wie bei Beispiel 1 wurde in die Lage gerieben und getrocknet. Dann wurden die bandförmigen Abschnitte, an die die Harzlösung aufgebracht ist, von beiden Seiten gedrückt, um einen zusammengedrückten und verformten Abschnitt von 0,3 mm Dicke auszubilden. Die gesamte Lage wurde auf 0,6 mm Dicke gerollt, um eine Elektrodenlage vorzusehen. Die Lage wurde bei der Mitte des zusammengedrückten und verformten Abschnitts, d.h., dem zu schneidenden Abschnitts, geschnitten, um eine positive Elektrode aus Nickel vorzusehen.
  • VERGLEICHSBEISPIEL 1
  • Die gleiche geschäumte Nickellage 1, wie bei Beispiel 1, wurde verwendet. Die gleiche Paste, wie bei Beispiel 1, wurde in die Nickellage 1 gefüllt und getrocknet. Danach wurde die gesamte Lage auf 0,6 mm Dicke gerollt, um eine Elektrodenlage auszubilden. Die Lage wurde auf die gleiche Abmessung, wie die positive Elektrode in Beispiel 1, geschnitten. Der Querschnitt wurde durch Schleifen mit einem Diamanten entgratet, um eine positive Elektrode aus Nickel auszubilden.
  • VERGLEICHSBEISPIEL 2
  • Die gleiche geschäumte Nickellage 1, wie bei Beispiel 1, wurde verwendet. Die gleiche Paste, wie bei Beispiel 1, wurde in die Lage gefüllt und getrocknet. Danach wurde die gesamte Lage auf 0,6 mm Dicke gerollt, um eine Elektrodenlage auszubilden. Die Lage wurde auf die gleiche Abmessung, wie die positive Elektrode bei Beispiel 1, geschnitten. Dann wurde der Endabschnitt mit einer Breite von 2 mm einschließlich des Querschnitts gedrückt, bis er 0,1 mm Dicke erreichte, um eine positive Elektrode aus Nickel auszubilden.
  • Durch Verwenden der positiven Elektroden aus Nickel, die in den Beispielen 1 bis 3 und den Vergleichsbeispielen 1 und 2, die vorstehend beschrieben sind, hergestellt werden, wurde eine Elektrodenplattengruppe für eine Nickel-Metallhydrid-Batterie zusammengestellt, wie es in 4 gezeigt ist. Das Auftreten eines internen Kurzschlusses wurde untersucht.
  • Die Elektrodenplattengruppe hat in alternativer Anordnung eine positive Elektrode 11 aus Nickel, einen Separator 12, der aus einer nicht gewebten Polypropylenfaser hergestellt ist, und eine negative Elektrode 13 aus einer Wasserstoffspeicherlegierung, die durch einen normalen Prozess durch Verwenden eines gestanzten Metalls als Substrat hergestellt ist. Die Elektrodenplattengruppe hat zehn positive Elektroden und elf negative Elektroden und wird in einem Batteriegehäuse 14 untergebracht, das aus Polypropylen hergestellt ist. Jede der positiven Elektroden 11 und jede der negativen Elektroden 13 sind mit einem Anschluss 16 einer positiven Elektrode und einem Anschluss 17 einer negativen Elektrode verbunden, die an einer Anschlussplatte 15 über deren jeweiligen Leitungen 18 vorgesehen sind. Die Anschlussplatte 15 hat eine Einspritzöffnung 19. Im Allgemeinen wird die Einspritzöffnung 19 abgedichtet, nachdem eine Flüssigkeit durch diese eingespritzt ist, um den Zusammenbau der Batterie zu beenden.
  • Das Auftreten eines inneren Kurzschlusses vor einem Einspritzen einer Flüssigkeit wurde in der folgenden Art und Weise ausgewertet.
  • Eine Spannung von 300 V wurde zwischen dem Anschluss 16 der positiven Elektrode und dem Anschluss 17 der negativen Elektrode angelegt, um den Isolationswiderstand zu messen. Wenn der gemessene Wert ein MΩ oder weniger war, wurde angenommen, dass ein Kurzschluss zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode existiert. Das Auftreten eines inneren Kurzschlusses wurde unter Verwendung von 1000 Proben für jeden Fall berechnet.
  • Die Ergebnisse zeigen, dass das Auftreten von inneren Kurzschlüssen bei den Fällen, bei denen die positiven Elektroden der Beispiele 1 bis 3 verwendet wurden, drastisch reduziert wurden, verglichen mit den Fällen, bei denen die positiven Elektroden der Vergleichsbeispiele 1 und 2 verwendet wurden.
  • Von all diesen Beispielen war Beispiel 2 am herausragendsten, bei dem die Substratlage einen zusammengedrückten und verformten Abschnitt aufweist, und der Abschnitt mit einem Harz beschichtet war, und Beispiel 3, bei dem die Substratlage mit einer Harzlösung imprägniert und getrocknet wurde, und der Abschnitt zusammengedrückt und verformt wurde; keine der Proben dieser Beispiele führte zu einem Kurzschluss. Das Auftreten eines inneren Kurzschlusses war 0,2% bei Beispiel 1, bei dem die Substratlage einen zusammengedrückten und verformten Abschnitt hatte. Andererseits war bei den Vergleichsbeispielen 1 und 2 das Auftreten jeweils 1,2% und 1,5%.
  • Wie es hierin vorher beschrieben wurde, wurde gezeigt, dass die Wirkung zum Verhindern eines inneren Kurzschlusses in einer Batterie durch Zusammendrücken der oberen und unteren Flächen der Substratlage erreicht wird. Es wurde ebenfalls gezeigt, dass ein innerer Kurzschluss in einer Batterie effizienter verhindert wird, indem zusätzlich zu dem Drückschritt einer der folgenden zwei Schritte ausgeführt wird: Beschichten des mittleren und der Randabschnitte des Abschnitts mit verringerter Dicke der Substratlage mit einem Harz und Imprägnieren des mittleren und der Randabschnitte mit einer Flüssigkeit, die eine Harzkomponente enthält.
  • Daher verhindert der Gebrauch einer Batterieelektrode, die durch das Verfahren der Erfindung erhalten wurde, effektiv den internen Kurzschluss in einer Batterie.

Claims (2)

  1. Verfahren zum Herstellen einer Elektrode für eine Batterie durch Füllen eines aktiven Materials in eine dreidimensionale poröse Metallsubstratlage (1) mit einer obersten und einer untersten Fläche und durch Schneiden der Lage auf eine bestimmte Größe, wobei es die Schritte aufweist: (a) Füllen eines aktiven Materials (5) in die Substratlage (1), (b1) Drücken der obersten Fläche, um einen Abschnitt mit verringerter Dicke (4) auszubilden, der sich von einem ersten Rand der Substratlage (1) zu einem zweiten Rand der Substratlage (1) erstreckt, der einen mittleren Abschnitt (2) hat, und der zwischen zwei Randabschnitten (3) liegt, und eine obere Fläche aufweist, die unterhalb der obersten Fläche positioniert ist, und (c) Schneiden entlang dem mittleren Abschnitt (2) des Bereichs mit verringerter Dicke (4) von dem ersten Rand zu dem zweiten Rand der Substratlage (1), wobei der Schritt (b1) vor Schritt (c) durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass: bei Schritt (b1) das Pressen ein Pressen der unteren Fläche aufweist, so dass der Bereich mit verringerter Dicke (4) ausgebildet wird und auch eine untere Fläche aufweist, die oberhalb der untersten Fläche positioniert ist.
  2. Verfahren zum Herstellen einer Elektrode für eine Batterie in Übereinstimmung mit Anspruch 1, wobei das Verfahren vor dem Schritt (c) zusätzlich den Schritt aufweist: (b2) Beschichten der mittleren und Randabschnitte (2, 3) mit einem Harz, oder (b3) Imprägnieren der mittleren und Randabschnitte (2, 3) mit einer Flüssigkeit, die eine Harzkomponente enthält.
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