DE69735155T2

DE69735155T2 - Aktives Kathodenmaterial für Nickelzelle, Herstellungsverfahren und Verfahren zur Herstellung von einer Kathode für Nickelzelle

Info

Publication number: DE69735155T2
Application number: DE69735155T
Authority: DE
Inventors: Geun-bae Suwon-si Kim; Sang-won Suwon-si Lee; Yong-Chul Suwon-si Park; Sung-soo Suwon-si Kim
Original assignee: Samsung Display Devices Co Ltd
Current assignee: Samsung SDI Co Ltd
Priority date: 1996-12-13
Filing date: 1997-11-26
Publication date: 2006-09-28
Anticipated expiration: 2017-11-27
Also published as: EP0848439A1; DE69735155D1; CN1190268A; EP0848439B1; KR100205136B1; JPH10172562A; TW398096B; MX9708369A; MY123067A; KR19980046933A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein aktives Material für eine Kathode einer Nickel-Zelle, auf ein Herstellungsverfahren davon und auf ein Herstellungsverfahren einer Kathode einer Nickel-Zelle und stellt insbesondere ein aktives Material für eine Kathode einer Nickel-Zelle, ein Herstellungsverfahren davon und ein Herstellungsverfahren einer Kathode einer Nickel-Zelle bereit, damit die Herstellung einer Zelle mit einer hohen Kapazität ermöglicht wird.
Beschreibung der zugehörigen Technik
Unlängst haben die Verkleinerung und die leichter Machung von neuen tragfähigen elektronischen Maschinen, wie z. B. Kamera-VTR integrierten Systemen, Audio-Systemen, Laptop Personal Computern, tragfähigen Telefonen und desgleichen es erforderlich gemacht, die Effizienz und Kapazität einer Zelle zu verbessern. Insbesondere schreitet der Versuch der Senkung von Herstellungskosten der Zelle nun unter ökonomischen Aspekten fort.
Allgemein werden Zellen als Primär- oder Sekundärzellen in Abhängigkeit von ihrer Fähigkeit, elektrisch wieder aufgeladen zu werden, klassifiziert. Eine Primärzelle, wie z. B. eine Mangan-Batterie, eine Alkali-Batterie, eine Quecksilber-Batterie und eine Silberoxid-Batterie werden elektrisch nicht leicht wieder aufgeladen und werden somit einmal entladen und weggeworfen. Eine Sekundärzelle, wie z. B. eine Blei-Speicherbatterie, eine Nickel-Metallhydrid-Batterie, die Metallhydrid als ein aktives Material für eine Kathode verwendet, eine geschlossene Nickel-Cadmium-Batterie, eine Lithiummetall-Batterie, eine Lithiumionen-Batterie, eine Lithiupolymer-Batterie können, nachdem sie entladen wurden, elektrisch wieder auf ihren ursprünglichen Zustand aufgeladen werden. Zusätzlich zu den Batterien wurden eine Brennstoff-Batterie und eine Solar-Batterie entwickelt.
Die Nacheile einer Primärzelle bestehen in der geringen Kapazität, kurzen Lebensdauer und dem Beitrag zur Umweltverschmutzung durch die Entsorgung von nicht wieder verwendbaren Zellen. Andererseits bestehen die Vorteile einer Sekundärzelle in der höheren Effizienz, längeren Lebensdauer, einer verhältnismäßig höheren Spannung als eine Primärzelle und einer Wiederverwendbarkeit, wodurch sie der Umwelt weniger Abfall beisteuern.
Unter den oben beschriebenen Sekundärzellen ist aus Umweltaspekten eine Nickel-Zelle aufgrund der am meisten entwickelten Recycling-Technologie wünschenswert und sie steigert die Kapazität einer Elektrodenplatte, indem die Füllmenge pro Volumen durch das Füllen von aktiver Materialpaste in eine mehrfachporöse und Basen-resistente Platte gesteigert wird, um eine Zelle mit einer hohen Kapazität bereitzustellen, und sie wird heute weit verbreitet verwendet.
Gegenwärtig wird Nickelhydroxid als ein aktives Material für eine Kathode in einer Nickel-Zelle verwendet und die Reaktion ist wie folgt. β-Ni(OH)₂↔β-NiOOH
Die Oxidationszahl von Nickel verändert sich um eins im Verlauf der reversiblen Reaktion und die theoretische Kapazität des Nickelhydroxids beträgt deshalb 289 mAh/g.
Aber die Oxidationszahl von Nickel verändert sich von +2,3 auf +3,0 ~ +3,7 in der tatsächlichen Reaktion und es ist möglich, dass die Kapazität von 200~380 mAh/g variiert, das heißt 70~130 % des theoretischen Werts.
Ungeachtet der oben beschriebenen Möglichkeit bewirkt eine hohe Oxidationszahl der Nickels eine Verringerung der Lebensdauer einer Zelle und einer Elektrode, eine schwerwiegende Selbstentladung und eine geringe Reversibilität der Reaktion und die verfügbare Kapazität ist deshalb als 250~280 mAh/g bekannt.
In einer Kathode einer Nickel-Zelle ist der Hauptgrund für die Elektrodenminderwertigkeit das Aufquellen der Elektrode, das heißt die Volumenausdehnung der Elektrode, die während des Übergangs in die γ-Form auftritt, die einen größeren Gitterabstand für eine Übertragung von Wasserstoffionen aufweist, was bedeutet, dass β-NiOOH in γ-NiOOH, das eine geringe Dichte besitzt, durch die Überentladung der β-Form übergeht, die eine. höhere Dichte als die α-Form besitzt. Das Aufquellen der Elektrode verursacht den Verlust eines aktiven Materials, die Abnahme der Leitfähigkeit und eine schwerwiegende Verringerung der Lebensdauer und Effizienz einer Elektrode.
Der Grund, warum das niederdichte γ-NiOOH gebildet wird ist, weil eine kompakte kristalline Struktur eines hochdichten Nickelhydroxids, das heißt, Wasserstoffionen können sich in der Reaktion aufgrund der kleinen Anzahl von inneren Mikroporen nicht effizient bewegen. Deshalb ist es wünschenswert, die Bildung eines niederdichten γ-NiOOH zu verhindern, um die Eigenschaften einer Elektrode zu verbessern.
Um den Übergang β→γ-Form zu unterdrücken, wird ein neues Material verwendet, und zwar Nickel-Metallhydroxycarbonat, damit Atome, wie z. B. Kobalt, Cadmium, Zink, usw. zu Nickelhydroxid addiert werden, und diese Atome ersetzen einen Teil des Nickels und deshalb hält es die stabile α-Form in stark alkalischer Lösung aufrecht. Das Verfahren bewirkt eine Gitterverformung durch Atomsubstitution und kann deshalb die Bildung von γ-NiOOH unterdrücken, während sich Wasserstoffionen effizient bewegen und die Überspannung in dem Aufladungs-Entladungs-Zyklus abnimmt.
Zusätzlich zu dem Verfahren wird ein Verfahren für die Verbesserung der Leitfähigkeit eines aktiven Materials weit verbreitet verwendet, das die Verfügbarkeit eines aktiven Materials durch die Verwendung von Kobaltoxid erhöht, das in stark alkalischer Lösung eine effiziente leitfähige Matrix bildet.
Aber die zwei Verfahren haben Grenzen bei der Steigerung der Kapazität aufgrund der Fixierung eines aktiven Materials und aufgrund einer Aufladungs-Entladungs-Reaktionsvorrichtung und deshalb ist es essenziell, ein aktives Material selbst zu verändern, um die Kapazität effizient zu steigern. Kürzlich wurde ein aktives Material mit einer neuen Struktur – das aktive Material besitzt eine hohe Dichte und eine kugelförmige Gestalt – dadurch entwickelt, dass der Gehalt von dreiwertigen Metallatomen, wie Kobalt und Eisen, gesteuert wird. Das bedeutet, dass die Materialien eine reversible Reaktion verwenden, α-Ni(OH)₂↔γ-NiOOH, die verhältnismäßig kleine Dichteunterschiede für den Aufladungs-Entladungs-Zyklus besitzt und aufgrund einer großen Änderung der Oxidationszustände des Nickels werden während der Reaktion mehr Elektronen übertragen und das Verfahren besitzt deshalb theoretisch eine große Kapazität und verhindert das Aufquellen einer Elektrode und verlängert dadurch die Lebensdauer der Elektrode.
Aber die Stampfdichte des nun verwendeten Pulvers beträgt 1,4 g/cm³ oder weniger, es ist rohrförmig, nicht kugelförmig und die Steuerung der Teilchengrößenverteilung ist schwierig. Was den Kristallisierungsgrad angeht beträgt die halbe Bandbreite der (001)-Ebene 0,5 oder mehr, so dass es eine amorphe Phaseneigenschaft besitzt. Deshalb ist es schwierig, dass das Material gemacht wird, um eine große Dichte und eine kugelförmige Gestalt aufweisen, und dass die Elektrode gemacht wird, um eine große Dichte aufzuweisen, und die Kapazität der Zelle steigt folglich nicht zufriedenstellend an. Es ist schwierig, die besten Eigenschaften des hergestellten Pulvers zu erhalten, und der theoretische Wert, ~375 mAh/g oder 130% der theoretischen Kapazität des Nickelhydroxids können nicht erzielt werden.
Die Ergebnisse sind aufgrund der fehlenden Etablierung der Aufladungs-Entladungs-Charakteristika und eine Steigerung der Kapazität einer Zelle ohne die Etablierung der Aufladungs-Entladungs-Charakteristika besitzt deshalb Grenzen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Um die Probleme zu lösen, wie sie oben beschrieben sind, besteht eine Aufgabe dieser Erfindung darin, ein aktives Material für eine Kathode einer Nickel-Zelle, ein Herstellungsverfahren davon und ein Herstellungsverfahren einer Kathode einer Nickel-Zelle bereitzustellen, worin Eigenschaften wie Gestalt, Teilchengröße, Dichte und spezifische Oberfläche von Nickel-Metallhydroxycarbonat-Pulver als das aktive Material gesteuert werden, und dadurch bei der Überladung einer Kathode das Aufquellen der Elektrode verhindert und die Effizienz eines Aufladungs-Entladungs-Zyklus verbessert wird und dadurch eine Zelle mit einer großen Kapazität hergestellt werden kann.
Die vorliegende Erfindung stellt ein aktives Material für eine Kathode einer Nickel-Zelle bereit, und zwar Nickel-Metallhydroxycarbonat-Pulver mit der Formel Ni_1–2xM_2x(OH)₂(CO₃)_x (0 < x < 0,05), worin M ein dreiwertiges Metall, der durchschnittliche Durchmesser des aktiven Materials 8~20 μm, die Stampfdichte davon mehr als 1,6 g/cm³ ist, die Gitterkonstante der C-Achse davon 4~6 Å ist, die Gitterkonstante der A-Achse davon 2,5~2,7 Å ist und die Gestalt davon kugelförmig ist. Das aktive Material weist eine β-Form vor einer Aufladungs- oder Entladungsreaktion auf, der Übergang der β→α-Form tritt während der Aufladungs- oder Entladungsreaktion auf, wodurch ein Übergang der α↔γ-Form auftritt (das heißt, ein Übergang der α→γ-Form während der Aufladungsreaktion und ein Übergang der γ→α-Form während der Entladungsreaktion) und sich deshalb die Entladungskapazität der Zelle erhöht.
In dem oben beschriebenen aktiven Material wird M aus der Gruppe ausgewählt, die aus Al, Co, Fe, Ga, Mn, In und den Mischungen davon besteht.
Die vorliegende Erfindung stellt ferner ein Verfahren zum Herstellen des aktiven Materials gemäß Anspruch 3 bereit.
Die vorliegende Erfindung stellt ferner das Verfahren zum Herstellen einer Kathode einer Nickel-Zelle bereit, das die folgenden Schritte umfasst: Herstellen einer Paste durch Vermischen des oben beschriebenen aktiven Materials, eines Viskositätssteigernden Mittels und eines leitfähigen Mittels, Laminieren eines metallischen Trägers mit der Paste und Trocknen und Pressen des metallischen Trägers.
In dem oben beschriebenen Verfahren wird das leitfähige Mittel aus der Gruppe ausgewählt, die aus Co, CoO und Co(OH)₂ besteht, und der Anteil des leitfähigen Mittels beträgt 5–18. Gew.-% des Gesamtgewichts des aktiven Materials.
Wie oben beschrieben ist, steigt in dem aktiven Material mit dem Verfahren, das in dieser Erfindung vorgestellt wird, die Verfügbarkeit des aktiven Materials um ein Maximum von 20% an, so dass sich die Kapazität der Zelle von 289 mAh/g auf 350 mAh/g erhöht. In den Aufladungs-Entladungs-Charakteristika ist ferner eine schnelle Aufladung möglich, weil die Kapazität bei der 1C-Aufladungsreaktion verglichen mit der 0,2C-Aufladungsreaktion verhältnismäßig unvariabel ist. Und bei der Lebensdauer, wenn das Elektrodenplatten-Experiment ausgeführt wird, ist die Kapazität sogar nach 100 Zyklen der Aufladungs-Entladungsreaktionen verglichen mit mehr oder weniger als 50 Zyklen der Aufladungs-Entladungsreaktionen bei der Verwendung des früheren Nickelhydroxids effektiv, und deshalb verbessert sich die Lebensdauer um mehr als das Zweifache. Wenn die Zelle unter Verwendung des in dieser Erfindung vorgestellten aktiven Materials hergestellt wird, wird zusätzlich das Aufquellen der Elektrode verhindert und die Aufladungs-Entladungs-Charakteristika werden dadurch verbessert und die Kapazität einer Zelle erhöht sich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Graph, der ein XRD-Muster mit dem Inhalt von substituiertem Al⁺³ eines aktiven Materials für eine Kathode der Nickel-Zelle zeigt, das mittels des in dieser Erfindung vorgestellten Verfahrens hergestellt wurde.
2 ist ein Graph, der ein XRD-Muster zeigt, das den Formübergang anzeigt, der sich für eine Aufladungs-Entladungsreaktion in der Nickel-Zelle ereignet, die mittels des in dieser Erfindung vorgestellten Verfahrens hergestellt wurde.
3 ist ein Graph, der die Aufladungs-Entladungs-Charakteristika des Pulvers des aktiven Materials für eine Kathode der Nickel-Zelle zeigt, das mittels des in dieser Erfindung vorgestellten Verfahrens hergestellt wurde, das insbesondere durch Al⁺³ substituiert ist.
4 ist ein Graph, der die Veränderung der Entladungskapazität mit der Anzahl von Aufladungs-Entladungs-Zyklen und mit dem Gehalt an substituiertem Al⁺³ der Zelle, die unter Verwendung des aktiven Materials hergestellt wurde, für eine Kathode der Nickel-Zelle zeigt, die in dieser Erfindung vorgestellt wird.
5 ist ein Graph, der die Veränderung der Entladungskapazität mit der Anzahl von Aufladungs-Entladungs-Zyklen der Zelle, die unter Verwendung des aktiven Materials hergestellt wurde, für eine Kathode der Nickel-Zelle zeigt, die in dieser Erfindung vorgestellt wird.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die vorliegende Erfindung wird ferner unter Bezug auf die folgenden Beispiele detaillierter erläutert, die diese Erfindung nicht beschränken.
Beispiel 1~3
Eine 2,5 Mol-%-ige Nickelsulfatlösung und eine 15,3 Mol-%-ige Ammoniaklösung wurden zuerst in einem Mischungsgefäß mit dem Molverhältnis von Nickel zu Ammoniak von 1 zu 0,51,0 vermischt und die vermischte Lösung wurde anschließend unmittelbar und kontinuierlich in einem Reaktionsgefäß bereitgestellt.
Die 0,0110 Mol-% Al⁺³-Ionen und 6 Mol-% NaOH-Lösung enthaltende Lösung, wobei das Molverhältnis von dem im Reaktionsgefäß bereitgestellten Nickel zu der NaOH-Lösung 1 zu 1,52,5 betrug, und die H₂CO₃-Lösung, wobei das Molverhältnis von dem H₂CO₃ bereitgestellten Al⁺³ 1 zu mehr als 0,5 betrug, wurden kontinuierlich bereitgestellt. Die Lösungen wurden unter Verwendung von Umlaufpumpen konstanter Geschwindigkeit bereitgestellt und eine von ihnen wurde mit einem pH-Wert-Steuergerät verbunden. Das Reaktionsgefäß war ein kontinuierlich abscheidendes 5 l Becherglas und wurde von einem Gleichstrommotor mit 900 Upm gerührt. Für ein ausreichendes Rühren der Lösung und eine effiziente Abscheidung der Präzipitate wurden zwei Flügel und eine rohrförmige Ablenkplatte eingerichtet und eine scheibenförmige Ablenkplatte wurde in der oberen Zone eingerichtet. Das Reaktionsgefäß wurde bei einer konstanten Temperatur unter Verwendung eines Thermostaten gehalten und wurde mit der pH-Elektrode in der mittleren Zone ausgerüstet, um den pH-Wert zu steuern, und die Geschwindigkeit des Fällungsmittels wurde automatisch eingestellt und dadurch ein konstanter pH-Wert beibehalten.
Die abgeschiedene Lösung wurde in einer Nutsche abfiltriert und wurde darin ausreichend mit destilliertem Wasser gewaschen, um ein Ausfällen in der oberen Zone zu verhindern.
Die Lösungen wurden mit einer FMI-Kolbenpumpe und einem Motor konstanter Geschwindigkeit von 3~180 Upm bereitgestellt und ihre bereitgestellte Geschwindigkeit wurde in dem Bereich einer Abweichung von 3,0 ml oder weniger pro Stunde gesteuert.
Das hergestellte Nickel-Metallhydroxycarbonat-Pulver wurde nach der Teilchengröße durch Sieben über das Netz 200, 325 und 400 (75, 46, 32 μm) differenziert und die Probe A in dem Beispiel 1 war 46~75 μm, die Probe B in dem Beispiel 2 war 32~46 μm und die Probe C in dem Beispiel 3 war der Größe nach weniger als 32 μm. Anschließend wurden die Eigenschaften der Gestalt, Größe, Verteilung, Stampfdichte nach analysiert, die. thermische Analyse und die Formanalyse der Teilchen und die Ergebnisse sind unten in der Tabelle 1 gezeigt.
Tabelle 1: Eigenschaften und Aufladungs-Entladungs-Charakteristika mit Teilchengröße nach 10 Zyklen
Beispiel 4~6
Ein aktives Material, die Probe A, die durch das Verfahren hergestellt wurde, das in dem oben beschriebenen Beispiel 1~3 vorgestellt wurde, 0,1~1,0 Gew.-% des Gewichts des aktiven Materials der Hydroxypropylmethylcellulose und Polytetrafluorethylen als ein Viskositäts-steigerndes Mittel und CoO als ein leitfähiges Mittel, dessen Gehalt variiert, wie in der Tabelle 2 unten gezeigt ist, und zugegeben wurde, um eine Paste herzustellen, und eine Kathodenplatte wurde aus der Paste gemacht, die laminiert und in eine Nickelschaumplatte gefüllt wurde, und eine hydrierte Legierung vom AB₅-Typ, die aus Mm-Metall (von der Ovonic Battery Company hergestellt) gemacht war, wurde als eine Verbindungselektrode oder als eine Anode verwendet.
Anschließend wurde die jeweilige Elektrode durch ein Trennelement vollständig getrennt. Die Elektrolytlösung wurde eingespritzt und das Trennelement wurde in eine Elektrolytlösung getaucht aber es wurde verhindert, dass die Elektrode unmittelbar in die Elektrolytlösung getaucht wurde, und dadurch wurde eine Zelle hergestellt.
Beispiel 7~9
Die Beispiele 4~6 wurden mit der Ausnahme wiederholt, dass das aktive Material, die Probe B, verwendet wurde.
Beispiel 10~12
Die Beispiele 4~6 wurden mit der Ausnahme wiederholt, dass das aktive Material, die Probe C, verwendet wurde.
Die Effizienz des leitfähigen Mittels mit dessen Gehalt wurde gemessen und die Ergebnisse sind unten in der Tabelle 2 gezeigt.
Tabelle 2: Die Verfügbarkeit des aktiven Materials in Aufladungs-Entladungs-Zyklen mit dem Gehalt des leitfähigen Mittels (CoO)
In den Experimenten, die Al⁺³ als ein Metallatom verwendeten, wurde das Pulver der α-Form erhalten, wenn der Gehalt von Al⁺³ mehr als 10 Mol-% der gesamten Mole des aktiven Materials war, und das Nickelhydroxid der β-Form wurde erhalten, wenn der Gehalt des Al⁺³ 10 Mol-% oder weniger der gesamten Mole des aktiven Materials betrug.
Die 1 stellt die XRD-Ergebnisse mit dem Gehalt von Al⁺³ dar und wie dort gezeigt ist, ist es bekannt, dass das Nickelhydroxid der β-Form erhalten wird, wenn der Gehalt des Al⁺³ 10 Mol-% oder weniger beträgt. Ähnlich wie das, zeigt das Ergebnis, das die Gitterkonstante aus dem XRD misst, dass je größer der Gehalt an Al⁺³ ist, umso größer ist die Konstante der C-Achse und umso kleiner ist die Konstante der A-Achse. Es wird angenommen, dass die Konstante der C-Achse ansteigt, weil je größer der substituierte Gehalt an Al⁺³ ist, umso größer ist die Anzahl von eingebauten CO₃ ^2–-Ionen.
Beispiel 13
Um den Formübergang des aktiven Materials auf der Elektrodenplatte zu messen, sind die Aufladungs-Entladungs-Zyklen fortgeführt worden, die mit dem Verfahren hergestellte Zelle, das in dem Beispiel 4~6 vorgestellt wurde, wurde auf Aufladungs- Entladungs-Zyklen untersucht und anschließend wurden die Intensitäten nach 1 Zyklus, 10 Zyklen, 30 Zyklen gemessen und die Ergebnisse sind jeweils in den 2(a), 2(b) und 2(c) gezeigt.
Wie in der 2 gezeigt ist, erscheint der Formübergang nach 10 Zyklen der Aufladung-Entladung. In diesem Fall werden das Aufquellen der Elektrode, der Verlust des aktiven Materials und die Verringerung der Kapazität aufgrund des Formübergangs nicht beobachtet. Als Grund für die Ergebnisse wird angenommen, dass die Substitution des dreiwertigen Al⁺³ die abrupte Verformung des Gitters aufgrund des Formübergangs puffert, weil das Gitterintervall zuvor eingestellt worden ist.
Die Aufladungs-Entladungs-Kurve während des Formübergangs ist in der 3 gezeigt. Es ist aus dem Ergebnis bekannt, dass α↔γ-Paare in der Aufladungs-Entladungs-Reaktion teilnehmen. Die Aufladungskurve, die nur aus β-β-Paaren besteht, zeigt einfach ein einziges Plateau, aber eine Aufladungs-Entladungs-Reaktion durch α-γ-Paare verursacht eine Aufladungskurve mit 2 Plateaus. Ferner steigt die Entladungskapazität an, weil auch α-γ-Paare an der Aufladungs-Entladungs-Reaktion teilnehmen.
Hieraus wird angenommen, dass die Verfügbarkeit eines aktiven Materials mit der Reaktion ansteigt, die aus dem Formübergang in dem aktiven Materialpulver selbst auftritt.
Die Entladungskapazität mit der Anzahl von Aufladungs-Entladungs-Zyklen ist in der 4 gezeigt. Die Entladungskapazität steigt mit dem Formübergang in dem Bereich von 40 Zyklen der Aufladungs-Entladungs-Reaktion an.
Die Verfügbarkeit der Zelle, die aus Nickelhydroxidpulver (von Tanaka Co. in Japan hergestellt) gemacht wurde, das gewöhnlich als Zellenmaterial verwendet wird, und die Verfügbarkeit der Zelle, die aus dem in dieser Erfindung vorgestellten Pulver gemacht wurde, wurden gemessen.
Das Ergebnis ist, dass die Verfügbarkeit des Ersteren 280 mAh/g beträgt, 90 % des maximalen Werts, und eine abrupte Verringerung der Kapazität wird durch den Verlust eines aktiven Materials bei der schnellen Aufladung der 1C-Aufladung beobachtet. Aber die Verfügbarkeit des Letzteren ist bei der 1C- Aufladung verglichen mit der 0,2C-Aufladung unvariabel und eine abrupte Verringerung der Kapazität tritt sogar nach 100 Zyklen nicht auf. Die Ergebnisse, die die Entladungskapazität der Zelle messen, die das in dieser Erfindung vorgestellte aktive Material verwendet, sind in der 5 gezeigt.

Claims

Ein aktives Material für eine Kathode einer Nickel-Zelle, die die Formel Ni_1–2xM_2x(OH)₂(CO₃)_x (0 < x < 0,05) aufweist, worin M ein dreiwertiges Metall ist, der durchschnittliche Durchmesser des aktiven Materials 8–20 μm beträgt, die Stampfdichte davon 1,6 g/cm³ oder mehr ist, die Gitterkonstante der C-Achse davon 4–6 Angstrom ist, die Gitterkonstante der A-Achse davon 2,5–2,7 Angstrom ist, die Gestalt davon kugelförmig ist, wobei das aktive Material die Form β vor einer Aufladungs- oder Entladungsreaktion aufweist, wobei der Übergang der Form β→α während der Aufladungs- oder Entladungsreaktion auftritt, wodurch ein Übergang der Form α↔γ auftritt und sich deshalb die Entladungskapazität der Zelle erhöht.
Das aktive Material gemäß Anspruch 1, wobei M aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Al, Co, Fe, Ga, Mn, In und den Mischungen davon besteht.
Ein Verfahren für die Herstellung des aktiven Materials aus Anspruch 1, das die folgenden Schritte umfasst: a) Herstellen einer Mischung durch Vermischen einer 2,5 Mol-%-igen Nickelsulfatlösung und einer 15,3 Mol-%-igen Ammoniaklösung, wobei das Molverhältnis von Nickel zu Ammoniak 1 zu 0,5–1,0 beträgt; b) Zugeben einer 0,01–10 Mol-%-igen dreiwertigen Metallenthaltenden Lösung und einer Carbonatlösung gleichzeitig mit einem Fällungsmittel zu der Mischung aus a), wobei das Molverhältnis der dreiwertigen Metallione zu dem Carbonat 1 zu mehr als 0,5 beträgt; c) Rühren und Filtrieren der Mischung unter einer Bedingung mit vermindertem Druck; und d) Sieben der aus c) resultierenden Teilchen, um sie der Größe nach zu trennen.
Das Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei das Fällungsmittel eine Metalloxid enthaltende 6 Mol-%-ige NaOH-Lösung ist, wobei das Molverhältnis von dem im Reaktionsgefäß bereitgestellten Nickel zu der NaOH-Lösung 1 zu 1,5–2,5 beträgt.
Ein Verfahren für die Herstellung einer Kathode einer Nickel-Zelle, das die folgenden Schritte umfasst: a) Herstellen einer Paste durch Vermischen des aktiven Materials aus Anspruch 1, eines Viskositäts-steigernden Mittels und eines leitfähigen Mittels; b) Laminieren der Paste auf einem metallischen Trägers; und c) Trocknen und Pressen des metallischen Trägers.
Das Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei das leitfähige Mittel aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Co, CoO und Co(OH)₂ besteht, und der Anteil des leitfähigen Mittels 5–18 Gew.-% des Gesamtgewichts des aktiven Materials beträgt.