DE69710370T2

DE69710370T2 - Verfahren zur herstellung eines elektrodensubstrats und batterie elektrodensubstrat

Info

Publication number: DE69710370T2
Application number: DE69710370T
Authority: DE
Inventors: Hirofumi Sugikawa
Original assignee: Katayama Special Industries Ltd
Current assignee: Katayama Special Industries Ltd
Priority date: 1996-10-03
Filing date: 1997-10-03
Publication date: 2002-10-24
Anticipated expiration: 2017-10-04
Also published as: US6682851B2; EP0964465A1; WO1998015021A1; US6455201B1; CN1232576A; US6682852B2; DE69710370D1; ATE213097T1; US20020108422A1; US6869728B2; CA2267209A1; KR20000048864A; KR100529805B1; US20030039884A1; JPH10106580A; EP0964465B1; EP0964465A4; CN1130785C; JP3481797B2; US20030038155A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Platte für eine Batterieelektrode sowie die nach dem Verfahren hergestellte Platte für eine Batterieelektrode, insbesondere die Platte für eine Elektrode, die vorzugsweise für eine Versorgungsbatterie eines Elektrofahrzeugs benutzt wird, um wegen der großen Dicke der Platte die Menge einer daran angebrachten aktiven Substanz zu erhöhen, und wegen eines vorteilhaften Kontaktes derselben mit der daran angebrachten aktiven Substanz, um ein Abfallen derselben von der Platte zu verhindern.

Stand der Technik

Als Platte für eine Elektrode zur Verwendung als eine positive Elektrode und eine negative Elektrode einer Nickel/Wasserstoff-Batterie, einer Nickel/Kadmium-Batterie oder dergleichen wird bisher im allgemeinen hauptsächlich eine mit Poren versehene nickelplattierte Stahlplatte (im folgenden als Stanzmetall bezeichnet) benutzt, die durch Plattieren einer Eisenplatte hergestellt wird, in der Poren durch Stanzen ausgebildet worden sind. Um die Elektrode zu bilden, wird an dem Stanzmetall eine aktive Substanz angebracht. Im Fall einer zylindrischen Batterie wird die Elektrode, die bandförmige positive und negative Elektroden aufweist, mit einem Trennelement spiralförmig aufgewickelt, um sie in der Batterie unterzubringen. Im Fall einer rechteckigen oder quadratischen Batterie werden die positiven und negativen Elektroden mit Trennelementen aufeinandergeschichtet, um sie darin unterzubringen.
Das Stanzmetall wird als die Platte für eine Batterieelektrode benutzt, indem eine flache, kaltgewalzte Stahlplatte mit einer Dicke von 60 um- 100 um gestanzt wird, um darin kreisförmige Poren mit einem Durchmesser von 1,0 mm-2,5 mm in einem gewünschten Muster zu bilden, so daß das Porenverhältnis 40%-50% beträgt, und indem dann die Stahlplatte mit Nickel plattiert wird, um sie korrosionsfest zu halten.
Als die Platte einer Elektrode, die aus positiven und negativen Elektroden einer Lithium-Primärbatterie besteht, wird hauptsächlich ein Gitter benutzt, das aus Metall wie etwa SUS und Ti hergestellt ist. Das Gitter wird mit einer aktiven Substanz beladen, um die Elektrode zu bilden. In einer Lithium-Sekundärbatterie wird die aktive Substanz in einer geforderten Dicke auf beide Oberflächen eines metallischen Kernmaterials aufgetragen, das aus einer Aluminiumfolie hergestellt ist, um eine positive Elektrode zu bilden, und die aktive Substanz wird in einer geforderten Dicke auf beide Oberflächen eines metallischen Kernmaterials aufgetragen, das aus einer Kupferfolie hergestellt ist, um eine negative Elektrode zu bilden.
Als die Platte einer Luftelektrode, die als die positive Elektrode einer Luft/Zink-Batterie verwendet werden soll, wird hauptsächlich ein Metallsieb benutzt (nickelplattiertes SUS-Gitter). Als eine Zink-Speicherbatterie, die kürzlich öffentliche Aufmerksamkeit als eine Fahrzeugbatterie auf sich gezogen hat, wird ein gegossenes Gitter oder ein Streckmetallgitter aus einer Bleilegierung benutzt (Pb/Sb-Legierung, Pb/Ca-Legierung, Pb/Ca/Sn-Legierung oder dergleichen). Die aktive Substanz wird auf das Sieb und das Gitter aufgetragen, um die Elektrode zu bilden.
Als die Platte der Elektrode der Nickel/Wasserstoff-Batterie, der Nickel/Kadmium-Batterie und der Lithium-Primärbatterie werden außerdem in den letzten Jahren auch poröse Metallbleche benutzt, die hergestellt werden, indem harzartige geschäumte Materialien, nicht gewobene Textilien oder Siebmaterialien chemisch plattiert werden, um sie elektrisch leitfähig zu machen, und dann elektroplattiert werden, und indem darin die harzartigen Materialien entfernt werden und gesintert wird.
Jede der oben beschriebenen Platten für eine Batterieelektrode ist flach. Eine aktive Substanz wird auf beide Oberflächen derselben aufgetragen, damit sie in die darin gebildeten Poren eindringt und beide Oberflächen in einer geforderten Dicke mit der aktiven Substanz beschichtet werden. Da das oben beschriebene Stanzmetall, das Gitter und das Metallsieb nicht dreidimensional sind, stehen sie nicht in enger Berührung mit der aktiven Substanz und haben somit eine niedrige Haltekraft für die aktive Substanz. Insbesondere dann, wenn sie mit großen Poren versehen sind, kann sich bei der Herstellung und dem Gebrauch einer Elektrode die aktive Substanz leicht ablösen und abfallen. Zur Lösung des Problems ist ein Verfahren bekannt, bei dem zu der aktiven Substanz eine große Menge an Bindemittel zugegeben wird, um ein Ablösen und Abfallen von der Platte zu verhindern. Wenn jedoch zu der aktiven Substanz eine große Menge an Bindemittel zugegeben wird, so wird die Reaktivität der aktiven Substanz beeinträchtigt, und somit werden die Eigenschaften der Batterie schlechter.
Die aktive Substanz wird in Poren des geschäumten porösen Metallbleches gefüllt, das eine dreidimensionale Struktur hat. Somit hat das poröse Metallmaterial bessere Halteeigenschaften für die aktive Substanz als das Stanzmetall und das Metallsieb. Bei dem geschäumten porösen Metallmaterial ist jedoch dessen Skelett, das die Poren umgibt, nicht dick. Deshalb hat das geschäumte poröse Metallmaterial schlechte Elektrizitäts-Sammeleigenschaften, so daß keine schnelle elektrische Ladung oder Entladung erreicht werden kann, wenn ein schnelles Aufladen oder Entladen gefordert ist.
Da jede der herkömmlichen Platten für eine Elektrode dünn ist, wird die aktive Substanz in Dickenrichtung derselben dünn aufgetragen. Deshalb hat die Elektrode eine niedrige elektrische Leitfähigkeit in ihrer Dickenrichtung. Somit ist es schwierig, die Eigenschaften der Batterie zu verbessern.
Zur Lösung dieses Problems werden in den japanischen Patent-Offenlegungen Nr. 7-130370 und 7-335208 Elektroden vorgeschlagen, die eine scheinbare Dicke haben, die doppelt so groß ist wie die einer Metallplatte oder Metallfolie, einschließlich der Dicke von Graten, die jeweils am Rand jeder der Poren gebildet werden, die mit Hilfe oberer und unterer Werkzeuge in der Metallplatte oder Metallfolie gebildet wurden. Wenn jedoch die Poren mit einem Paar von Werkzeugen gebildet werden, beträgt das maximale Porenverhältnis etwa 50%. Weiterhin ist es schwierig, zahlreiche feine Poren auf der gesamten Oberfläche der Metallplatte oder Metallfolie zu bilden, indem der Durchmesser jeder Pore und der Abstand zwischen den Poren verringert wird. Obgleich der Grat am Rand jeder Pore gebildet wird, hat deshalb der Grat einen niedrigen Raumanteil und eine unzureichende Haltekraft für die aktive Substanz. Weil außerdem der Durchmesser jeder Pore groß ist, kann die in die Poren eingegebene aktive Substanz leicht herausfallen. Da außerdem Abstand zwischen den Poren groß ist, hat die Metallfolie oder Metallplatte eine große Fläche, was die Bewegung von Ionen in der aktiven Substanz verhindert. Somit führen diese Elektroden zu Batterien, die eine schlechtere Leistung haben. Um diese Probleme zu lösen, ist es denkbar, den Durchmesser jeder Pore und den Abstand zwischen den Poren zu verringern. Es ist jedoch technisch sehr schwierig und sehr kostspielig, die Poren mit Hilfe eines Paares oberer und unterer Werkzeuge herzustellen, wie oben beschrieben wurde. Außerdem ermöglicht es nur eine einzige mit Graten versehene Metallplatte nicht, die Auftragmenge der aktiven Substanz so sehr zu vergrößern.
DE-A-41 30 673 beschreibt ein Verfahren zum Stanzen und Riffeln eines Bleches, indem man es durch ein Paar profilierter Walzen hindurchlaufen läßt. GB-A-1 542 409 beschreibt die Verwendung einer Gummiwalze bei einem ähnlichen Verfahren zur Herstellung eines perforierten Bleches.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer Platte für eine Batterieelektrode anzugeben, die eine aktive Substanz fest daran hält und das Auftragen einer großen Menge der aktiven Substanz in Dickenrichtung derselben gestattet, und eine Platte für eine Batterieelektrode zu schaffen, die nach diesem Verfahren hergestellt ist.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Diese Aufgaben werden mit den in den Ansprüchen 1 und 2 angegebenen Merkmalen gelöst. Eine Elektrode für eine Batterie und eine Batterie mit einer solchen Platte werden in Ansprüchen 9 und 10 beansprucht.
Gemäß der Erfindung werden mehrere Metallbleche, deren jedes Poren und Grate aufweist, so aufeinandergelegt, daß die Grate der verschiedenen Lagen miteinander verriegelt werden.
Ein erstes Verfahren zur Herstellung eines der Metallbleche umfaßt die Schritte: Hindurchlaufenlassen eines dünnen Metallbleches zwischen zwei Prägewalzen, die an ihrer Umfangsfläche konkave Bereiche und konvexe Bereiche aufweisen, um konkave Bereiche und konvexe Bereiche auf der gesamten Oberfläche des Metallbleches zu bilden und durch eine Andruckkraft während der Bildung dieser konkaven und konvexen Bereiche Poren jeweils am Scheitel jedes der konkaven Bereiche und der konvexen Bereiche zu bilden und Grate zu erzeugen, die jeweils nach außen vom Umfangsrand jeder der Poren vorspringen.
Bei dem oben beschriebenen Verfahren können einfach durch Hindurchlaufenlassen des Metallbleches zwischen einem Paar der Prägewalzen verhältnismäßig feine konkave Bereiche und konvexe Bereiche auf der gesamten Oberfläche desselben gebildet werden, und gleichzeitig werden jeweils Poren am Scheitel jedes konkaven Bereiches und konvexen Bereiches gebildet, und der Grat kann vom Umfangsrand jeder Pore vorspringen. Bei dem Verfahren, daß das Prägeverfahren benutzt, kann somit im Vergleich zu dem herkömmlichen Verfahren zur Herstellung von Poren mit Hilfe oberer und unterer Werkzeuge der Durchmesser jeder Pore, die an einem Scheitel jedes konkaven und konvexen Bereiches gebildet wird, und der Abstand zwischen den konkaven Bereichen sowie der Abstand zwischen den konvexen Bereichen kleiner gemacht werden. Daher kann der Abstand zwischen den Poren, die jeweils am Scheitel jedes konkaven und konvexen Bereiches gebildet werden, beträchtlich verringert werden, und das Porenverhältnis, nämlich das Verhältnis zwischen der Fläche der Pore zur Fläche des Metallbleches, kann wesentlich größer gemacht werden als bei dem Metallblech, das nach dem herkömmlichen Verfahren mit Hilfe der Werkzeuge hergestellt worden ist. Da der Grat am Scheitel jedes der konkaven und konvexen Bereiche gebildet wird, die dicht auf der gesamten Oberfläche des Metallbleches ausgebildet sind, kann das Verhältnis der Fläche der Grate zur Fläche des Metallbleches wesentlich größer gemacht werden als bei dem Metallblech, das nach dem herkömmlichen Verfahren hergestellt ist.
Wie oben beschrieben wurde, werden feine konkave Bereiche und konvexe Bereiche auf der gesamten Oberfläche des Metallbleches gebildet, die Poren werden jeweils am Scheitel jedes konkaven und konvexen Bereiches gebildet, und die Grate werden jeweils am Rand jeder der Poren erzeugt. Eine aktive Substanz, die auf das Metallblech aufgetragen werden kann, kann somit in die konkaven und konvexen Bereiche geladen und durch die Grate gehalten werden, die jeweils am Rand des Scheitels jedes der konkaven und konvexen Bereiche erzeugt worden sind. Folglich kann die Auftragmenge der aktiven Substanz wesentlich größer gemacht werden als die diejenige der aktiven Substanz, die nach dem herkömmlichen Verfahren auf das Metallblech aufgetragen wird. Weiterhin kann die aktive Substanz durch die konkaven und konvexen Bereiche zuverlässig gehalten werden, weil die Bereiche fein sind, und kann auch zuverlässig durch die Grate gehalten werden, weil die Grate dicht auf der Oberfläche des Metallbleches vorhanden sind. Somit kann die Kraft zum Halten der aktiven Substanz wesentlich größer gemacht werden als die Kraft zum Halten der aktiven Substanz, die auf große Poren aufgetragen wird, die mit großen Abständen durch das herkömmliche Werkzeug hergestellt worden sind. Weil außerdem das Porenverhältnis groß ist, bewegen sich Ionen der aktiven Substanz aktiv, so daß die Leistung einer Batterie verbessert wird.
Spezieller kann durch Ausbildung der konkaven und konvexen Bereiche an dem Metallblech selbst die scheinbare Dicke des Metallbleches auf eine gewünschte Dicke eingestellt werden, die 3 bis 500 mal so groß ist wie die des Metallbleches. Wenn z. B. konvexe Bereiche aufwärts und abwärts an dem Metallblech mit einer Dicke von 10 um gebildet werden, um dessen Dicke auf 4 mm einzustellen, ist die scheinbare Dicke 400 mal so groß wie die Dicke des Bleches.
Ein zweites Verfahren zur Herstellung eines der Metallbleche umfaßt die Schritte: Hindurchlaufenlassen eines dünnen Metallbleches zwischen zwei Walzen, von denen eines eine Prägewalze mit konkaven und konvexen Bereichen an ihrer Umfangsfläche ist und die andere eine Gummiwalze mit einer glatten äußeren Oberfläche ist, um durch Andrücken der Gummiwalze gegen die konvexen Bereiche der Prägewalze Poren in dem Metallblech zu bilden und Grate zu erzeugen, die jeweils nach einer Seite vom Umfangsrand jeder der Poren vorspringen.
Obgleich bei dem oben beschriebenen zweiten Verfahren deutliche konkave Bereiche und konvexe Bereiche nicht an dem Metallblech selbst gebildet werden, wird eine große Anzahl der Poren auf der gesamten Oberfläche desselben gebildet und es kann ein Grat gebildet werden, der in einer Richtung (zur Gummiwalze) von jeder Pore vorspringt. Wenn der Grat nur in einer Richtung vorspringen soll, kann deshalb vorzugsweise das zweite Verfahren benutzt werden.
Ein drittes Verfahren zur Herstellung eines der Metallbleche umfaßt die Schritte: Hindurchlaufenlassen eines dünnen Metallbleches nacheinander zwischen ersten und zweiten Sätzen von Walzen, die jeweils aus einer Prägewalze mit konkaven Bereichen und konvexen Bereichen an ihrer Umfangsfläche und einer Gummiwalze mit einer glatten äußeren Oberfläche bestehen, um durch Andrücken der Gummiwalze gegen die konvexen Bereiche der Prägewalze Poren in dem Metallblech zu bilden und Grate zu erzeugen, die nach einer Seite vom Umfangsrand jeder der Poren vorspringen, wenn das Metallblech zwischen der Prägewalze und der Gummiwalze des ersten Satzes hindurchläuft, und Hindurchlauflassen des Metallbleches zwischen der Prägewalze und der Gummiwalze des zweiten Satzes, um Poren an anderen Stellen des Metallbleches zu bilden und Grate zu erzeugen, die zur anderen Seite vom Umfangsrand jeder dieser Poren vorspringen.
Zur Herstellung der Platte für eine Batterieelektrode werden Metallbleche derselben Art oder verschiedener Arten, nach dem ersten, zweiten oder dritten Verfahren, die die Poren und die Grate haben, die jeweils vom Umfangsrand jeder der Poren vorspringen, aufeinandergelegt, und die Grate einer oberen Metallblechlage und die Grate einer unteren Metallblechlage, die der oberen Metallblechlage benachbart ist, werden miteinander verriegelt, damit die oberen und unteren Metallblechlagen miteinander verbunden werden und Hohlräume zwischen den oberen und unteren Metallblechlagen über die genannten Poren miteinander verbunden werden.
Das heißt, die oben beschriebene "selbe Art" umfaßt den Fall, daß die in dem ersten Verfahren beschriebenen Platten aufeinandergelegt werden oder die in dem zweiten Verfahren beschriebenen Platten oder die in dem dritten Verfahren beschriebenen Platten aufeinandergelegt werden. Die oben beschriebenen "verschiedenen Arten' umfassen den Fall, daß die in dem ersten Verfahren beschriebene Platte und die in dem zweiten beschriebene Platte aufeinander gelegt werden oder die in dem ersten Verfahren und die in dem dritten Verfahren beschriebene Platte aufeinandergelegt werden und die in dem zweiten Verfahren beschriebene Platte auf die Oberfläche auf beiden Seiten derselben aufgelegt wird.
In einem Metallblech, bei dem Grate nach dem ersten bis dritten Verfahren jeweils am Umfangsrand jeder der Poren gebildet werden, wird durch die Prägewalze eine große Anzahl von Poren erzeugt. Somit sind die Grate, die jeweils vom Umfangsrand jeder Pore vorspringen, im wesentlichen auf der gesamten Oberfläche des Metallbleches vorhanden. Wenn diese Metallbleche aufeinandergelegt werden, werden die Grate miteinander verriegelt, und somit können die Metallbleche miteinander verbunden werden. Weiterhin bilden die durch Verriegelung der Grate miteinander überlagerten Metallbleche keine engen Kontakte, sondern es werden Zwischenräume zwischen den geschichteten Metallblechen erzeugt. Diese Zwischenräume stehen über die Poren miteinander in Verbindung. Wenn eine aktive Substanz in die geschichteten Metallbleche geladen wird, kann somit die aktive Substanz zuverlässig zwischen die Metallbleche geladen werden.
Weiterhin schafft die vorliegende Erfindung eine Platte für eine Batterieelektrode, die nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt ist.
Vorzugsweise ist eine Platte für eine Batterieelektrode vorgesehen, die ein Metallblech aufweist, nach dem ersten Verfahren, mit Poren jeweils an einem Scheitel jedes der konkaven und konvexen Bereiche und Graten, die jeweils nach außen von einem Umfangsrand jeder der Poren vorspringen, und Metallbleche, nach dem zweiten Verfahren, mit Graten, die nach einer Seite vorspringen. Die Metallbleche nach dem zweiten Verfahren werden auf eine Oberfläche auf beiden Seiten des Metallbleches nach dem ersten Verfahren aufgelegt und nehmen das Metallblech nach dem ersten Verfahren sandwichartig zwischen sich auf. Die Grate springen zur Innenseite der Metallbleche nach dem zweiten Verfahren vor.
Vorzugsweise ist eine Platte für eine Batterieelektrode vorgesehen, mit einem Metallblech dem dritten Verfahren, mit Graten, die jeweils in beiden Richtungen von einem Umfangsrand jeder der Poren vorspringen, und mit Metallblechen nach dem zweiten Verfahren, die zu einer Seite vorspringende Grate haben. Die Metallbleche nach dem zweiten Verfahren werden auf eine Oberfläche auf beiden Seiten des Metallbleches nach dem dritten Verfahren aufgelegt und nehmen das Metallblech nach dem dritten Verfahren sandwichartig zwischen sich auf. Die Grate springen zur Innenseite der Metallbleche nach dem zweiten Verfahren vor.
Es können auch zwei mit vorspringenden Graten versehene Metallbleche so aufeinandergelegt werden, daß die Grate nach außen von ihren beiden Seiten vorspringen.
Als die mittlere Platte, die sandwichartig zwischen den oberen und unteren Platten liegt, kann die nach dem ersten Verfahren hergestellte Platte benutzt werden, so daß sie wegen der daran gebildeten konkaven und konvexen Bereiche eine große Dicke hat, oder die nach dem dritten Verfahren hergestellte Platte, so daß sie wegen der von beiden Seiten vorspringenden Grate eine große Dicke hat, um die Auftragmenge der aktiven Substanz zu vergrößern.
Als die oberen und unteren Platten kann die nach dem zweiten Verfahren hergestellte Platte verwendet werden, so daß sie Grate hat, die nur in einer Richtung vorspringen, so daß die Grate nur nach innen und nicht außen vorspringen.
Weil insbesondere die nach dem ersten Verfahren hergestellte Platte feine konkave und konvexe Bereiche in dichter Anordnung aufweist, kann die Auftragmenge an aktiver Substanz erhöht werden, und die Haltekraft für die aktive Substanz kann gesteigert werden, indem sie in die Zwischenräume eingefüllt wird, die von den konkaven und konvexen Bereichen umschlossen sind. Selbst ein einzelnes Metallblech hat eine vergrößerte Auftragmenge an aktiver Substanz. Eine Platte, die aus mehreren aufeinandergelegten Metallblechen besteht, kann folglich mit mehr aktiver Substanz beladen werden. Außerdem kann die Dicke der Platte für eine Batterieelektrode einfach eingestellt werden, indem einfach die Anzahl der aufeinandergelegten Metallbleche angepaßt wird. So ist es möglich, die Platte für eine Batterieelektrode zu schaffen, die mit einer notwendigen Menge an aktiver Substanz beladen werden kann.
Es ist bevorzugt, eine Metallfolie und/oder ein Metallblech zu verwenden, das durch Walzen von Metallpulver zu einem Blech hergestellt worden ist. Das heißt, eine Nickelfolie, eine Kupferfolie und eine Aluminiumfolie können vorteilhaft als eine Metallfolie verwendet werden.
Als das Metallblech, das durch Walzen des Metallpulvers zu einem Blech gebildet worden ist, kann bevorzugt das durch Walzen des Metallpulvers mit Hilfe einer Musterwalze hergestellte Metallblech benutzt werden, das von dem Anmelder der vorliegenden Anmeldung vorgeschlagen und in der japanischen Patentoffenlegung Nr. 8-122534 offenbart wurde. Das Metallblech wird gebildet durch Zuführen von Metallpulver auf die Umfangsfläche einer Musterwalze eines Paares von Andruckwalzen und anschließendes direktes Walzen des Metallpulvers auf der Umfangsfläche der Andruckwalze, durch Drehung der beiden Andruckwalzen.
Als das oben beschriebene Metallblech kann vorzugsweise ein Metallblech verwendet werden, das besteht aus Ni, Al, Cu, Fe, Ag, Zn. Sn, Pb, Sb, Ti, In, V, Cr, Co, C, Ca, Mo, Au, P, W, Rh, Mn, B, Si, Ge, Se, La, Ga, Ir oder einer Legierung dieser Elemente.
In der nach dem ersten Verfahren hergestellten Platte für eine Batterieelektrode ist es bevorzugt, den Abstand zwischen den konkaven Bereichen und den zwischen den konvexen Bereichen auf 0,5 mm-2,0 mm und die Höhe des konkaven Bereiches und die des konvexen Bereiches auf 0,1 mm-2 mm einzustellen.
Die vorliegende Erfindung schafft eine Elektrode für eine Batterie, bei der eine aktive Substanz in Zwischenräume in der Platte für eine Batterieelektrode eingefüllt ist. Weil in der Elektrode Poren jeweils am Scheitel jedes der feinen, dicht auf der gesamten Oberfläche des Metallbleches ausgebildeten konkaven und konvexen Bereiche gebildet sind, werden die Poren mit der aktiven Substanz beladen und von den Graten umgeben, die jeweils am Umfangsrand jeder der Poren ausgebildet sind. So kann die aktive Substanz kaum von der Platte abfallen.
Die aktive Substanz kann ein elektrisch leitfähiges Material enthalten. Das heißt, mit der Zunahme des Volumens des Aufnahmeraumes für die aktive Substanz, der von den aufeinandergelegten Metallblechen umgeben ist, erhöht sich die Auftragmenge der aktiven Substanz. Normalerweise, wenn die aktive Substanz kein elektrisch leitfähiges Material enthält, ist die elektrische Leitfähigkeit ein Problem. Deshalb ist es bevorzugt, daß die aktive Substanz das elektrisch leitfähige Material enthält wenn das Volumen des Aufnahmeraumes für die aktive Substanz groß ist und die aktive Substanz eine niedrige elektrische Leitfähigkeit hat. Weiterhin schafft die vorliegende Erfindung eine Batterie mit der oben beschriebenen Elektrode für eine Batterie. Weil die Elektrode dick ist und mit einer großen Menge an aktiver Substanz beladen werden kann, kann sie vorteilhaft als die Versorgungsbatterie eines Elektrofahrzeugs verwendet werden.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Schnitt durch eine Platte für eine Batterieelektrode gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 zeigt ein Verfahren zur Herstellung jedes Metallbleches, das die Platte nach der ersten Ausführungsform bildet,
Fig. 2A ist eine schematische Gesamtansicht, und Fig. 2B ist eine vergrößerte Darstellung des wesentlichen Teils;
Fig. 3 ist eine Zeichnung zur Erläuterung der Form der konkaven und konvexen Bereiche, die in dem Metallblech gebildet sind, das die Platte für eine Batterieelektrode nach der ersten Ausführungsform bildet: Fig. 3A ist eine perspektivische Ansicht, und Fig. 3B ist eine Draufsicht;
Fig. 4 ist eine Schnittdarstellung und zeigt einen Zustand, in dem die Platte für eine Batterieelektrode nach der ersten Ausführungsform mit einer aktiven Substanz beladen ist, um eine Elektrode zu bilden;
Fig. 5 ist eine Schnittdarstellung und zeigt den Fall, in dem die Schichtung der Metallbleche von der nach der ersten Ausführungsform verschieden ist;
Fig. 6 zeigt das Verfahren zur Herstellung eines Bleches aus Metallpulver;
Fig. 7 ist eine schematische Darstellung eines Herstellungsverfahrens nach einer zweiten Ausführungsform;
Fig. 8 ist eine Schnittdarstellung und zeigt eine nach der zweiten Ausführungsform hergestellte Platte;
Fig. 9 ist eine Schnittdarstellung und zeigt einen Zustand, in dem die Platten nach der zweiten Ausführungsform aufeinandergelegt sind;
Fig. 10 ist eine Schnittdarstellung einer Abwandlung der zweiten Ausführungsform;
Fig. 11 ist eine schematische Darstellung eines Herstellungsverfahrens nach einer dritten Ausführungsform;
Fig. 12 ist eine Schnittdarstellung und zeigt und eine nach der dritten Ausführungsform hergestellte Platte;
Fig. 13 ist eine Schnittdarstellung und zeigt einen Zustand, in dem die Platten nach der dritten Ausführungsform aufeinandergelegt sind;
Fig. 14A, 14B und 14C sind Schnittdarstellungen und zeigen jeweils eine Abwandlung des Schichtaufbaus; und
Fig. 15 zeigt eine Abwandlung eines geprägten Metallbleches.

BESTER WEG ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 bis 5 zeigen die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Eine Platte (S) für eine Batterieelektrode nach der ersten Ausführungsform wird aufgebaut durch Aufeinanderlegen einer großen Anzahl von Metallblechen 1, deren jedes aus einer Nickelfolie mit einer Dicke von 10 um - 100 um (15 um in dieser Ausführungsform) besteht und die konkave Bereiche und konvexe Bereiche hat, die durch Prägen des Bleches auf dessen gesamter Oberfläche ausgebildet sind.
Wie in Fig. 2 gezeigt ist, wird das Verfahren zur Herstellung jedes der oben beschriebenen Metallbleche 1 ausgeführt, indem man ein dünnes flaches Metallblech 1' zwischen Prägewalzen 20A und 20B und zwischen der Prägewalze 20B und einer Prägewalze 20C hindurchlaufen läßt. Bei den oben beschriebenen Prägewalzen 20A, 20B und 20C sind pyramidenförmige feine konvexe Bereiche 21 dicht auf der gesamten Oberfläche ausgebildet, und pyramidenförmige konkave Bereiche 22 sind zwischen den konvexen Bereichen 21 ausgebildet. Anfänglich, wenn das Metallblech 1' zwischen den Prägewalzen 20A und 20B hindurchläuft, die sich entgegengesetzt zueinander drehen, greifen die konvexen Bereiche 21 an der Prägewalze 20B in die konkaven Bereiche 22 an der Prägewalze 20A ein, und das Metallblech 1' liegt sandwichartig zwischen den Prägewalzen 20A und 20B. Infolgedessen werden in dem Metallblech 1' in dem Bereich desselben, der sandwichartig zwischen den Prägewalzen 20A und 20B liegt, ein pyramidenförmig vorspringender konvexer Bereich 2 und ein sich pyramidenförmig verjüngender konkaver Bereich 3 gebildet. Dann, wenn das Metallblech 1' zwischen den Prägewalzen 20B und 20C hindurchläuft, greifen die konkaven und konvexen Bereiche der Prägewalze 20B und diejenigen der Prägewalze 20C so ineinander, daß ein konvexer Bereich an der Stelle des konvexen Bereichs 2 und ein konkaver Bereich an der Stelle des konkaven Bereichs 3 gebildet wird. Durch Ausbildung der konkaven und konvexen Bereiche in zwei Schritten wird das Metallblech 1' zu einem Metallblech 1 verformt, das die klar daran ausgebildeten pyramidenförmigen konvexen Bereich 2 und die pyramidenförmigen konkaven Bereiche 3 hat, wie in Fig. 3 gezeigt ist.
Weiterhin wird, wenn das Metallblech 1' zwischen den Prägewalzen 20A und 20B und zwischen den Prägewalzen 20B und 20C hindurchläuft, eine Andruckkraft auf die Scheitel ausübt, um Poren 2a und 3a zu bilden. Aufgrund der Bildung der Poren werden am Umfangsrand der Poren 2a und 3a Grate 8 gebildet, die somit nach außen vom Umfangsrand der Poren 2a und 3a vorspringen. Weil die Andruckkraft durch die Prägewalzen 20A und 20B und die Prägewalzen 20B und 20C zweimal auf dieselbe Stelle ausgeübt wird, kann die Pore zuverlässig am Scheitel jedes konkaven Bereichs und jedes konvexen Bereichs gebildet werden, wo die Andruckkraft im höchsten Ausmaß wirkt, und der Grat kann am Umfangsrand jeder Pore erzeugt werden. Wie oben beschrieben wurde und wie in Fig. 3A und 3B gezeigt ist, werden die nach oben vorspringenden pyramidenförmigen aufwärts-konvexen Bereiche 2 und die nach unten vorspringenden pyramidenförmigen konkaven Bereiche (abwärts-konkave Bereiche 3) in Längsrichtung und in Breitenrichtung abwechselnd zueinander ausgebildet. In Fig. 3B sind die konkaven Bereiche 3 durch Schraffur angedeutet. Das heißt, der Umfang jedes konvexen Bereiches 2 ist von den konkaven Bereichen 3 umgeben, und jeder konkave Bereich 3 ist so von den konvexen Bereichen 2 umgeben, daβ die konvexen Bereiche 2 und die konkaven Bereiche 3 sich stetig aneinander anschließen, um das Metallblech 1 zu bilden, das nur aus den konkaven Bereichen 3 und den konvexen Bereichen 2 besteht.
Weiterhin werden bei dem in Fig. 2 gezeigten Prägeschritt die Scheitel jedes der konvexen Bereiche 2 und die jedes der konkaven Bereiche 3 durchbrochen, um die Pore 2a am Scheitel jedes der konvexen Bereiche 2 und die Pore 3a am Scheitel jedes der konkaven Bereiche 3 zu bilden, und der Grat 8 erstreckt sich vom Umfangsrand jeder der Poren 2a und 3a nach außen.
Das heißt, es ist möglich, durch einen Verarbeitungsschritt die konkaven Bereiche und die konvexen Bereiche, die Poren jeweils am Scheitel jedes der konkaven Bereiche und der konvexen Bereiche und die Grate 8 zu bilden, die sich jeweils vom Umfangsrand jeder Pore nach außen erstrecken.
In der ersten Ausführungsform beträgt der Abstand zwischen den konvexen Bereichen 2 (und der Abstand zwischen den konkaven Bereichen 3) 0,7 mm, die Höhe jedes konvexen Bereiches 2 und die Tiefe jedes konkaven Bereiches 3 beträgt ebenfalls 0,7 mm, und die Gesamtdicke des Metallbleches 1, die sich durch Addition der konvexen Bereiche 2 und der konkaven Bereiche 3 ergibt, beträgt 1,4 mm.
Wenn die Metallbleche 1 vertikal aufeinandergelegt werden, wie in Fig. 1 gezeigt ist, werden die Grate 8 vertikal miteinander verriegelt. Die Grate 8 werden ineinander verschmolzen (zusammengeschweißt) und sicher aneinander befestigt, um die vertikal aufeinanderliegenden Metallbleche 1 miteinander zu verbinden. Insbesondere werden die konvexen Bereiche 2 und die konkaven Bereiche 3 mit einem Abstand von jeweils 0,7 mm gebildet; der Abstand ist sehr klein, und die Höhe des konvexen Bereiches 2 und die Tiefe des konkaven Bereiches 3 sind mit 0,7 mm ebenfalls klein. In dem Zustand, in dem die Metallbleche 1 vertikal aufeinandergelegt werden, werden somit die jeweiligen konvexen Bereiche und die konkaven Bereiche kaum zusammenfallen. Da außerdem die Grate 8 jeweils vom Scheitel jedes der konkaven Bereiche und der konvexen Bereiche vorspringen, stehen die vertikal aufeinandergelegten Metallbleche 1 nicht in engem Kontakt, sondern in dem in Fig. 1 gezeigten Zustand, wobei eine große Anzahl von Zwischenräumen 4 gebildet wird.
In der Platte (S) für eine Batterieelektrode nach der ersten Ausführungsform, die aus den aufeinandergelegten Metallblechen 1 besteht, werden die Zwischenräume 4 gebildet, deren Umfang von den pyramidenförmigen konvexen Bereichen 2 und konkaven Bereichen 3 jedes Metallbleches umgeben ist und deren obere und untere offene Oberflächen von den aneinander angrenzend angeordneten Metallblechen 1 umgeben sind, und die Zwischenräume 4 stehen miteinander über die Poren 2a am Scheitel des konvexen Bereiches 2 und die Poren 3a am Scheitel des konkaven Bereiches 3 in Verbindung. Auf diese Weise ist es möglich, die dicke Platte (S) für eine Batterieelektrode zu bilden, die im Inneren eine große Anzahl von Zwischenräumen 4 mit großem Volumen hat, die von Wänden umgeben sind, die aus den Metallblechen 1 bestehen.
Wenn eine aktive Substanz 5 in die Platte (S) für eine Batterieelektrode mit der oben beschriebenen Konstruktion gefüllt wird, kann die aktive Substanz 5 durch die Poren 2a und 3a problemlos in die Zwischenräume 4 gefüllt werden, die durch Aufeinanderlegen der Metallbleche I gebildet werden, weil die Pore 2a am Scheitel jedes konvexen Bereiches 2 und die Pore 3a am Scheitel jedes konkaven Bereiches 3 ausgebildet ist. Das heißt, es kann eine Platte für eine Batterieelektrode mit der in Fig. 4 gezeigten Konstruktion gebildet werden.
Wie oben beschrieben wurde, ist die Schichtstruktur der Metallbleche 1 nicht auf die in Fig. 1 gezeigte beschränkt. Selbst in dem in Fig. 5 gezeigten Zustand, in dem der konvexe Bereich 2 der oberen Lage des Metallbleches 1 auf dem konvexen Bereich 2 des Metallbleches 1 der unteren Lage liegt, wird der Grat 8, der am Umfangsrand der Pore 2a ausgebildet ist, die sich am oberen Ende des konvexen Bereiches 2 des Metallbleches 1 der unteren Lage befindet, mit dem Grat 8 verriegelt, der im Umfangsrand der Pore 3a ausgebildet ist, die sich am unteren Ende des konkaven Bereiches 3 des Metallbleches 1 der oberen Lage benachbart zu dem konvexen Bereich 2 befindet. Durch Verschmelzen oder Verschweißen der Grate 8 ist es möglich, die vertikal aufeinandergelegten Metallbleche 1 miteinander zu verbinden.
Auch ohne die in Fig. 1 und Fig. 5 gezeigte Schichtstruktur der oberen und unteren Metallbleche, d. h. selbst wenn der konvexe Bereich 2 und der konkave Bereich 3 um einen halben Abstand versetzt sind, können die oberen und unteren Lagen miteinander verbunden werden durch Verriegeln des Grates 8, der vom Umfangsrand des Scheitels des konkaven Bereichs vorspringt, mit dem Grat 8, der vom Umfangsrand des Scheitels des konvexen Bereiches vorspringt.
Obgleich in der ersten Ausführungsform die Nickelfolie benutzt wird, ist es auch bevorzugt, ein nicht-poröses Metallblech zu verwenden, das mit Hilfe einer Andruckwalze aus Metallpulver hergestellt ist. Das Verfahren zur Herstellung eines Metallbleches aus dem Metallpulver wird ausgeführt durch Verwendung zweier flacher Andruckwalzen 11 und 12, wie in Fig. 6 gezeigt ist.
Das heißt, oberhalb der Walze 11 wird ein Sieb 13 mit einem an der Bodenfläche desselben gebildeten Siebbereich 13a durch eine Vibrationseinrichtung 14, die das Sieb 13 trägt, in Vibration in Rechts-Links-Richtung versetzt, um Metallpulver (B) auf der oberen Oberfläche der Walze 11 zu verteilen. Um das Sieb 13 mit dem Metallpulver (P) zu versorgen, wird eine vorbestimmte Menge des Metallpulvers (B) von einem Materialtrichter 15 zu einer Zuführeinrichtung 16 zugeführt. Als das Metallpulver (P) wird Nickelpulver in der Form von Nadeln mit einem Durchmesser von 2-7 um benutzt. Das verteilte Metallpulver (P) sammelt sich zu einer vorbestimmten Dicke auf der Umfangsfläche 11b der Walze 11, um darauf eine Schicht mit einer vorbestimmten Dicke zu bilden. Wenn in diesem Zustand zwei der Walzen 11 in Berührung mit der glatten Walze 12 rotieren, wird an der Berührungsstelle zwischen der Walze 11 und der Walze 12 das Metallpulver (P) auf der Umfangsfläche 11b der Walze 11 durch die glatte Walze 12 mit einer Last von 15 Tonnen komprimiert und zu einem dünnen, komprimierten Metallblech 1' ausgewalzt.
Das mit den Andruckwalzen gewalzte Metallblech 1' wird kontinuierlich einem Sinterofen 25 zugeführt, in dem es durch etwa 15-minütiges Erhitzen in einer nichtoxidierenden Atmosphäre bei 750ºC gesintert wird. Danach läßt man das Metallblech 1' zwischen Andruckwalzen 26 und 27, die jeweils aus einer auf 300ºC-400ºC beheizten glatten Walze bestehen, hindurchlaufen, um es erneut unter Ausübung eines Walzdruckes von 5 t zu walzen, während das Metallblech 1' erhitzt wird. Dann wird das Metallblech 1' kontinuierlich in einen Sinterofen 28 zugeführt, um es etwa 15 Minuten lang in einer nichtoxidierenden Atmosphäre bei 1150ºC zu sintern. Danach läßt man es zwischen zwei Temperwalzen 29A und 29B hindurchlaufen, um die Dicke des Metallbleches 1 so zu nivellieren, daß es eine geforderte Dicke erhält. Dann wird das Metallblech 1' zu einem Coil aufgewickelt. Durch Abwickeln des Metallbleches 1' und Ausführen des oben beschriebenen Prägeschrittes erhält das Metallblech 1' den in Fig. 2 und 3 gezeigten Aufbau. Dann werden die geprägten Metallbleche 1' vertikal aufeinander gelegt, und die Grate 8 werden miteinander verriegelt, um die Grate 8 aneinander zu befestigen. Auf diese Weise kann die Platte (S) für eine Batterieelektrode mit der gewünschten Dicke hergestellt werden.
Selbstverständlich können die konvexen Bereiche 2 und die konkaven Bereiche 3 pyramidenförmig, ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform, oder konisch sein.
Fig. 7 bis 10 zeigen die zweite Ausführungsform. Bei der zweiten Ausführungsform sind, wie in Fig. 7 gezeigt ist, Gummiwalzen 30A und 30B mit einer glatten Oberfläche gegenüberliegend zu einer Prägewalz 20 angeordnet, und, wie in Fig. 8 gezeigt ist, werden an einem flachen Metallblech 1' eine große Anzahl von Poren 31 und Graten 8 gebildet, die in einer Richtung vom Umfangsrand jeder Pore 31 vorspringen.
Wenn, wie in Fig. 7A und 7B gezeigt ist, das Metallblech 1 zwischen der Prägewalze 20 und der Gummiwalze 30A hindurchläuft, wird es durch die Gummiwalze 30A angedrückt. Infolgedessen stößt das Metallblech 1' gegen konvexe Bereiche 21 der Prägewalze 20, und so werden Poren 31 darin gebildet. Die Grate 8, die infolge der Ausbildung der Poren 31 erzeugt werden, springen in Richtung auf die Gummiwalze 30A vor. Somit ist die Richtung der am Umfang der Pore 31 gebildeten Grate 8 auf eine Richtung (Seite der Gummiwalze) beschränkt.
Wenn das Metallblech 1' zwischen einem durch die Prägewalze 20 und die Gummiwalze 30B gebildeten Paar hindurchläuft, werden die konvexen Bereiche 21 der Prägewalze 20 erneut durch die Gummiwalze 30B komprimiert. So wird die Ausbildung der Poren 31, die durch Druckberührung zwischen der Gummiwalze 30A und der Prägewalze 20 erzeugt worden sind, vollendet, und die Grate 8 werden unter Druck gegen die Gummiwalze 30B gespreizt.
Die in der oben beschriebenen Weise hergestellten und in Fig. 8 gezeigten Metallbleche 1 werden vertikal aufeinandergelegt, wie in Fig. 9 gezeigt ist, und die Grate 8 werden miteinander verriegelt, wobei die Grate 8 des unteren Metallbleches 1 nach oben weisen und die Grate 8 des oberen Metallbleches 1 nach unten weisen. Dann werden die miteinander verhakten Grate 8 zusammengeschmolzen oder zusammengeschweißt, um sie miteinander zu verbinden. Infolgedessen können Zwischenräume 4 zwischen dem oberen Metallblech 1 und dem unteren Metallblech 1 gebildet werden.
Wenn eine aktive Substanz in eine Platte (S) für eine Batterieelektrode mit den in Fig. 9 gezeigten Aufbau eingefüllt wird, so wird die aktive Substanz durch die Poren 31 derselben in die Zwischenräume 4 zwischen dem oberen Metallblech 1 und dem unteren Metallblech 1 eingefüllt. Die in den Zwischenraum 4 eingegebene aktive Substanz wird durch die Metallbleche 1 auf beiden Seiten des Zwischenraums 4 zuverlässig gehalten.
Wie weiterhin in Fig. 10 gezeigt ist, ist es möglich, die Grate 8 in beiden Richtungen nach außen vorspringen zu lassen und so übereinander zu legen, daß die Poren 31 miteinander kommunizieren. In diesem Fall wird die aktive Substanz zwischen den in beiden Richtungen nach außen vorspringenden Graten 8 angebracht und kann durch die Grate 8 zuverlässig gehalten werden.
Fig. 11 bis 13 zeigen die dritte Ausführungsform. Wie in Fig. 11 gezeigt ist, sind bei der dritten Ausführungsform zwei Sätze vorgesehen, die jeweils aus einer Prägewalze 20 und zwei Gummiwalzen 30A und 30B gemäß der in Fig. 7 gezeigten zweiten Ausführungsform bestehen. In einem ersten Satz (I) werden Poren 31 gebildet, und Grate 8, die zur Seite der Gummiwalze 30A vorspringen, werden jeweils im Umfangsrand jeder Pore 31 gebildet; in einem zweiten Satz (II) werden Poren 31 an anderen Stellen des Metallbleches 1' gebildet, und Grate 8', die zur Seite der Gummiwalze 30B und entgegengesetzt zu den Graten 8 vorspringen, werden jeweils im Umfangsrand jeder Pore 31' gebildet.
Wenn die in der oben beschriebenen Weise hergestellten und in Fig. 12 gezeigten Metallbleche 1 vertikal aufeinandergelegt werden, wie in Fig. 13 gezeigt ist, so werden die unteren Grate 8 und die oberen Grate 8' miteinander verhakt. Dann werden die miteinander verhakten Grate 8' zusammengeschmolzen oder zusammengeschweißt, um sie miteinander zu verbinden. Infolgedessen werden Zwischenräume zwischen dem oberen Metallblech 1 und dem unteren Metallblech 1 gebildet. Wenn eine aktive Substanz in die Platte (S) für eine Batterieelektrode eingeben wird, so wird die aktive Substanz durch die Poren 31 und 31' derselben in Zwischenräume zwischen dem oberen Metallblech 1 und dem unteren Metallblech 1 eingefüllt und kann durch das obere Metallblech 1 und das untere Metallblech 1 zuverlässig gehalten werden. Es ist möglich, die Grate 8 der oberen und unteren Metallbleche 1 in beiden Richtungen nach außen vorspringen zu lassen, wenn das obere Metallblech I und das untere Metallblech 1 aufeinandergelegt werden. In diesem Fall wird die aktive Substanz zwischen den in beiden Richtungen nach außen vorspringenden Graten 8 eingebracht und kann durch die Grate 8 gehalten werden.
Bei der Platte (S) für eine Batterieelektrode nach den ersten bis dritten Ausführungsformen werden die Metallbleche 1 von derselben Art aufeinandergelegt. Wie in Fig. 14A bis 14C gezeigt ist, werden das Metallblech 1A mit Poren und daran ausgebildete Graten, das nach dem Verfahren gemäß der ersten Ausführungsform hergestellt ist, das Metallblech 1B mit Poren und daran in einer Richtung ausgebildeten Graten, das nach dem Verfahren gemäß der zweiten Ausführungsform hergestellt ist, und das Metallblech 1C mit Poren und daran in beiden Richtungen ausgebildeten Graten, das nach dem Verfahren gemäß der dritten Ausführungsform hergestellt ist, miteinander kombiniert, um die Platte (S) für eine dicke Batterieelektrode zu bilden.
Das heißt, bei der in Fig. 14A gezeigten Platte (S) für eine Batterieelektrode befindet sich das nach der zweiten Ausführungsform hergestellte Metallblech 1B an den Ober- und Unterseiten des Metallbleches 1A nach der ersten Ausführungsform, so daß das Metallblech 1A sandwichartig zwischen den Metallblechen 1B liegt, und die Grate 8 des Metallbleches 1B sind nach innen und nicht nach außen gerichtet.
Bei der in Fig. 14B gezeigten Platte (S) für eine Batterieelektrode sind zwei Metallbleche 1C nach der dritten Ausführungsform aufeinandergelegt, das Metallblech 1B nach der zweiten Ausführungsform befindet sich an den Ober- und Unterseiten des Metallbleches 1C, und die Grate des Metallbleches 1B sind nach innen und nicht nach außen gerichtet.
Bei der in Fig. 14C gezeigten Platte (S) für eine Batterieelektrode befindet sich das Metallblech 1A nach der ersten Ausführungsform in der Mitte, das Metallblech 1C nach der zweiten Ausführungsform befindet sich an beiden Außenseiten des Metallbleches 1A, und das Metallblech 1B nach der zweiten Ausführungsform befindet sich an beiden Außenseiten des Metallbleches 1C. Die Grate 8 des am weitesten außen liegenden Bleches 1B sind nach innen und nicht nach außen gerichtet.
Wie in Fig. 15 gezeigt ist, kann selbstverständlich die Form des Metallblechs 1, das mit Hilfe der Prägewalze hergestellt wird, gebildet werden, indem die Vorsprungsrichtung der Grate 8, die jeweils am Umfangsrand jeder der Poren 31 ausgebildet sind, zufällig variiert wird.

INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT

Wie aus der vorstehenden Beschreibung deutlich wird, werden bei dem Verfahren zur Herstellung einer Platte für eine Batterieelektrode gemäß der vorliegenden Erfindung durch Verwendung einer Prägewalze viele feine Poren in dichter Anordnung gebildet, und Grate können jeweils am Rand jeder der Poren erzeugt werden, wenn viele feine Poren gebildet werden. So ist es möglich, in einem Verarbeitungsschritt auf einfache Weise die Platte für eine Batterieelektrode herzustellen, die dicht daran ausgebildete feine Poren hat, mit einem hohen Porenverhältnis, und die fein erzeugte Grate mit einem hohen Raumanteil aufweist.
Insbesondere werden bei dem ersten Verfahren nach der vorliegenden Erfindung konkave Bereiche und konvexe Bereiche gleichzeitig gebildet, Poren werden jeweils am Scheitel jedes der konkaven und konvexen Bereiche gebildet und Grate können jeweils am Umfangsrand jeder der Poren erzeugt werden, um die scheinbare Dicke der Platte für eine Batterieelektrode mit Hilfe der konkaven und konvexen Bereiche und der Grate zu vergrößern. So ist es einfach, die Platte für eine Batterieelektrode herzustellen, in die eine erhöhte Menge an aktiver Substanz eingegeben werden kann. Spezieller ist es möglich, die Dicke der Platte für eine Batterieelektrode bis zu 500 mal so groß wie die eines flachen Metallbleches zu machen.
Wenn die nach dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten Platten aufeinandergelegt werden, werden die Grate miteinander verriegelt, und die miteinander verriegelten Grate werden miteinander verschmolzen oder verschweißt, um die Platten auf einfache Weise miteinander zu verbinden. So kann auf einfache Weise die Platte für eine Batterieelektrode mit einer integrierten Schichtstruktur hergestellt werden. Weiterhin kann durch Anpassung der Anzahl von Metallblechen, die aufeinandergelegt werden, die Platte mit einer gewünschten Dicke erhalten werden.
Selbst eine Platte für eine Batterieelektrode, die nach dem Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt ist und aus einem Blech besteht, hat viele feine Poren in dichter Anordnung. Da eine aktive Substanz in die Poren eingegeben wird, fällt die aktive Substanz nur schwer von der Platte ab. Da weiterhin die Grate am Umfangsrand jeder Pore ausgebildet sind und der Raumanteil der Grate hoch ist, wird die auf beide Oberflächen des Bleches aufgetragene aktive Substanz durch die Grate gehalten und fällt nur schwer von dem Blech ab.
Insbesondere bei der Platte, die aus mehreren aufeinandergelegten Blechen besteht, wird die in die Zwischenräume zwischen den Blechen eingegebene aktive Substanz sandwichartig zwischen den Blechen gehalten. So fällt die aktive Substanz nur schwer von der Platte ab. Wenn außerdem die Anzahl der aufeinandergelegten Bleche vergrößert wird, kann eine Platte mit einer gewünschten Dicke gebildet werden, und außerdem kann die Auftragmenge an aktiver Substanz dramatisch gesteigert werden, weil Zwischenräume zwischen den Blechen der dicken Platte vorhanden sind. Deshalb kann die Auftragmenge der aktiven Substanz in Dickenrichtung derselben größer gemacht werden als bei der aktiven Substanz, die auf ein herkömmliches flaches Metallblech aufgetragen wird. Somit hat die Platte verbesserte Stromsammeleigenschaften und ist daher in der Lage, ein schnelles Laden und Entladen zu ermöglichen.
Wenn die Platte mit der aktiven Substanz beladen wird, kann diese problemlos eingefüllt werden, weil die Zwischenräume zwischen den Blechen über die Poren miteinander verbunden sind.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer Platte (S) für eine Batterieelektrode, mit den Schritten:

(a) Hindurchlaufenlassen eines dünnen Metallbleches (1') zwischen zwei Prägewalzen (20A, 20B, 20C), die an ihrer Umfangsfläche konkave Bereiche (22) und konvexe Bereiche (21) aufweisen, um konkave Bereiche (3) und konvexe Bereiche (2) auf der gesamten Oberfläche des Metallbleches (1') zu bilden und durch eine Andruckkraft während der Bildung dieser konkaven und konvexen Bereiche Poren (3a, 2a) jeweils am Scheitel jedes der konkaven Bereiche (3) und der konvexen Bereiche (2) zu bilden und Grate (8) zu erzeugen, die jeweils nach außen vom Umfangsrand jeder der Poren (3a, 2a) vorspringen, oder

(b) Hindurchlaufenlassen eines dünnen Metallbleches (1') zwischen zwei Walzen (20, 30A, 30B), die eine Prägewalze (20) mit konkaven Bereichen und konvexen Bereichen an ihrer Umfangsfläche und eine Gummiwalze (30A, 30B) mit einer glatten äußeren Oberfläche umfassen, um durch Andrücken der Gummiwalze (30A, 30B) gegen die konvexen Bereiche der Prägewalze (20) Poren (31) in dem Metallblech zu bilden und Grate (8) zu erzeugen, die jeweils nach einer Seite vom Umfangsrand jeder der Poren (31) vorspringen, oder

(c) Hindurchlaufenlassen eines dünnen Metallbleches (1') nacheinander zwischen ersten und zweiten Sätzen von Walzen (20, 30A, 30B), die jeweils aus einer Prägewalze (20) mit konkaven Bereichen und konvexen Bereichen an ihrer Umfangsfläche und einer Gummiwalze (30a, 30b) mit einer glatten äußeren Oberfläche bestehen, um durch Andrücken der Gummiwalze (30A, 30B) gegen die konvexen Bereiche der Prägewalze (20) Poren (31) in dem Metallblech zu bilden und Grate (8) zu erzeugen, die nach einer Seite vom Umfangsrand jeder der Poren (31, 31') vorspringen, wenn das Metallblech zwischen der Prägewalze (20) und der Gummiwalze (30A, 30B) des ersten Satzes hindurchläuft, und Hindurchlaufenlassen des Metallbleches (1') zwischen der Prägewalze (20) und der Gummiwalze (30A, 30B) des zweiten Satzes, um Poren (31') an anderen Stellen des Metallbleches zu bilden und Grate (8') zu erzeugen, die zur anderen Seite vom Umfangsrand jeder dieser Poren vorspringen,

dadurch gekennzeichnet, daß Metallbleche (I) derselben Art oder verschiedener Arten, die durch einen oder mehrere der oben genannten Prozesse (a)-(c) erhalten wurden, aufeinandergelegt werden und daß die Grate (8) einer oberen Metallblechlage (I) und die Grate (8) einer unteren Metallblechlage (I), die der oberen Metallblechlage benachbart ist, miteinander verriegelt werden, damit die oberen und unteren Metallblechlagen miteinander verbunden werden und Hohlräume (4) zwischen den oberen und unteren Metallblechlagen über die genanten Poren (2a, 3a; 31, 31') miteinander verbunden werden.

2. Platte für eine Batterieelektrode, die nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1 hergestellt ist.

3. Platte für eine Batterieelektrode nach Anspruch 2, mit

einem ersten Metallblech (1A) mit Poren jeweils am Scheitel jedes der konkaven Bereiche (3) und der konvexen Bereiche (2) und Graten (8), die jeweils nach außen vom Umfangsrand jeder der Poren (2a, 3a) vorspringen, und

zweiten Metallblechen (1B), die nach einer Seite vorspringende Grate (31) aufweisen und an einer Oberfläche an beiden Seiten des ersten Metallbleches (1A) anliegen und das erste Metallblech (1A) sandwichartig zwischen sich aufnehmen, wobei ihre Grate in Richtung auf das erste Metallblech (1A) vorspringen.

4. Platte für eine Batterieelektrode nach Anspruch 2, mit

einem dritten Metallblech (1C) mit Graten, die in beiden Richtungen vom Umfangsrand jeder der Poren vorspringen, und

zweiten Metallblechen (1B), die nach einer Seite vorspringende Grate aufweisen und an einer Oberfläche an beiden Seiten des dritten Metallbleches (1C) anliegen und das dritte Metallblech sandwichartig zwischen sich aufnehmen, wobei ihre Grate in Richtung auf das dritte Metallblech (1C) vorspringen.

5. Platte für eine Batterieelektrode nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei der das Metallblech (1) eine Metallfolie und/oder ein durch Walzen von Metallpulver (P) gebildetes Metallblech ist.

6. Platte für eine Batterieelektrode nach Anspruch 5, bei der das Metallblech (1) aus Ni, Al, Co, Fe, Ag, Zn, Sn, Pp, Sb, Ti, In, V, Cr, Co, C, Ca, Mo, Au, P, W, Rh, Mn, B, Si, Ge, Se, La, Ga, Ir oder einer Legierung dieser Elemente besteht.

7. Platte für eine Batterieelektrode nach einem der Ansprüche 2 bis 6, bei der der Abstand zwischen den konkaven Berreichen (3) und der Abstand zwischen den konvexen Bereichen (2) 0,5 mm-2,0 mm beträgt und die Höhe jedes der konkaven Bereiche (3) und der konvexen Bereiche (2) 0,1 mm-2 mm beträgt.

8. Elektrode für eine Batterie, bei der eine aktive Substanz in die Hohlräume (4) der Platte (S) nach einem der Ansprüche 2 bis 7 eingefüllt ist.

9. Elektrode für eine Batterie nach Anspruch 8, bei der die aktive Substanz ein elektrisch leitfähiges Material enthält.

10. Batterie mit einer Elektrode nach Anspruch 8 oder 9.