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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine zylindrische Alkali-Speicherbatterie, wie z. B. eine Nickel-Wasserstoff-Batterie,
eine Nickel-Cadmium-Batterie, eine Nickel-Zink-Batterie oder dergleichen,
und insbesondere eine Verbesserung einer leitenden Verbindung zwischen
einem Stromkollektor und einer Elektrode in Form eines Rückhaltesubstrats
für ein
aktives Material, das mit einem aktiven Material imprägniert ist.
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Eine Elektrode zur Verwendung in
einer herkömmlichen
Alkali-Speicherbatterie, wie z. B. einer Nickel-Cadmium-Batterie,
einer Nickel-Wasserstoff-Batterie, einer Nickel-Zink-Batterie oder
dergleichen, liegt in Form einer Elektrode des gesinterten Typs
vor, die durch die Schritte des Sinterns von Nickelpulver auf ein perforiertes
Kernsubstrat wie z. B. ein gelochtes Metallblech, wobei eine gesinterte
Grundplatte erhalten wird, und des Imprägnierens der gesinterten Grundplatte
mit einer Lösung
von Nickel- und Cadmiumsalzen und des Unterwerfens der Grundplatte
einer Alkalibehandlung zur Aktivierung hergestellt wird. Wenn eine
gesinterte Grundplatte mit hoher Porosität zur Herstellung der Elektrode
des gesinterten Typs verwendet wird, dann wird die mechanische Festigkeit
der Elektrode geschwächt.
Aus diesem Grund wird zur Herstellung der Elektrode in der Praxis
eine gesinterte Grundplatte mit einer Porosität von etwa 80% verwendet. Darüber hinaus
führt die Verwendung
des perforierten Kernsubstrats zu einer Abnahme der Imprägnierdichte
des aktiven Materials und zu Schwierigkeiten bei der Herstellung
einer Elektrode mit hoher Energiedichte. Da die Poren der gesinterten Grundplatte
weniger als 10 μm
groß sind,
ist es erforderlich, den Vorgang des Imprägnierens des aktiven Materials
durch ein Lösungsimprägnierverfahren
oder ein Elektroabscheidungsimprägnierverfahren
zu wiederholen. Dies führt
zu einer Zunahme der Herstellungskosten der Batterien.
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Um die vorstehend genannten Probleme
zu vermeiden, wurde eine Elektrode des nichtgesinterten Typs verwendet,
die durch direktes Imprägnieren
einer Paste eines aktiven Materials in ein poröses Metallsubstrat oder ein
Rückhaltesubstrat
für ein
aktives Material hergestellt wird, das eine dreidimensional vernetzte Struktur
aufweist, wie z. B. ein gesintertes Substrat aus Metallfasern, Schaumnickel
oder Nickelschwamm. Da die Porosität des porösen Metallsubstrats mit einer
dreidimensional vernetzten Struktur etwa 95% beträgt, kann
das poröse
Metallsubstrat mit dem aktiven Material mit hoher Dichte imprägniert werden,
um eine Batterie mit großer
Kapazität
in einfacher Weise ohne Aktivierungsbehandlung herzustellen.
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Da eine derartige Elektrode des nicht-gesinterten
Typs kein Kernsubstrat umfasst, wurden verschiedene Verfahren zur
leitenden Verbindung des Batterieanschlusses mit der Elektrode in
der Form des mit dem aktiven Material imprägnierten porösen Metallsubstrats
vorgeschlagen. Beispielsweise ist in dem japanischen oftengelegten
Patent mit der Veröffentlichungsnummer
61-218067 ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrode beschrieben,
deren Rückhaltesubstrat
in Form eines gesinterten filzartigen Substrats aus Metallfasern
vorliegt. Während
des Verfahrens der Herstellung der Elektrode wird eine filzartige
Platte aus Metallfasern integral mit einem leitenden zusätzlichen
Substrat wie z. B. einem vernetzten Substrat, einem gelochten Metallblech, einem
Drahtmaterial oder einer flachen Platte ausgebildet, um die mechanische
Festigkeit der filzartigen Platte aus Metallfasern und das Stromsammelvermögen der
Elektrode zu verbessern.
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Da jedoch das gesinterte Substrat
aus Metallfasern aus feinen Metallfasern mit einem Durchmesser von
etwa 10 μm
hergestellt ist, die in einer Längsrichtung
der Elektrode gebündelt
sind, werden die feinen Metallfasern getrennt, wenn das gesinterte
Substrat aus den Metallfasern nach der Beschichtung mit dem aktiven Material
mittels eines Separators spiralförmig
aufgewickelt wird. Als Folge davon werden die positive und die negative
Elektrode durch Fragmente der Metallfasern, die den Separator durchdrungen
haben, elektrisch verbunden, was zu einem Kurzschluss in der Batterie
führt.
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In der unter Verwendung des Substrats
aus Schaumnickel hergestellten Elektrode wird eine Trennung des
Schaumnickels selbst verhindert, wenn die Elektrode nach der Imprägnierung
mit dem aktiven Material mittels des Separators spiralförmig aufgewickelt
wird. In diesem Fall wird das aktive Material der Elektrode abgelöst, so dass
das Schaumnickel freigelegt wird und ein Stromkollektorstreifen
wird zum Stromsammeln an den freigelegten Abschnitt des Schaumnickels
geschweißt.
Bei einem solchen Aufbau der Elektrode wird an dem Stromkollektorstreifen
jedoch ein Spannungsabfall stattfinden, wenn eine große Strommenge
entladen wird.
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In dem japanischen offengelegten
Patent mit der Veröffentlichungsnummer
62-139251 ist eine Nickel-Cadmium-Batterie beschrieben, die durch
die Schritte des Komprimierens eines Endabschnitts eines aus Schaumnickel
hergestellten Elektrodensubstrats in seiner Breitenrichtung zur
Ausbildung einer dichten Schicht ohne Imprägnieren eines aktiven Materials
und des Schweißens
der dichten Schicht an eine kreisförmige Anschlussplatte hergestellt
wird, die senkrecht zur Elektrodenoberfläche angeordnet ist. In der
Elektrode der Nickel-Cadmium-Batterie
wird das aus Schaumnickel hergestellte Elektrodensubstrat selbst
vor einer Trennung bewahrt, und zwar selbst dann, wenn die Elektrode
mittels eines Separators spiralför mig
aufgewickelt wird, und das Stromsammelvermögen an dem komprimierten einen
Ende des an die kreisförmige
Anschlussplatte geschweißten
Elektrodensubstrats wird erhöht.
Da jedoch die dichte Schicht, die durch Komprimieren des einen Endabschnitts
des Elektrodensubstrats in seiner Breitenrichtung ausgebildet worden
ist, eine schlechte Elastizität
aufweist, bricht die dichte Schicht teilweise, wenn die Elektrode
mittels des Separators spiralförmig
aufgewickelt wird. Als Folge davon wird aufgrund von Graten der
dichten Schicht, die den Separator durchdringen, ein Kurzschluss
in der Batterie auftreten. Wenn die dichte Schicht mit einem elastischen
Abschnitt der Elektrode gemischt wird, dann wird es schwierig, die
positive und die negative Elektrode unter gleichförmigem Druck spiralförmig aufzuwickeln.
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Es wurde auch vorgeschlagen, einen
Endabschnitt des Substrats aus Schaumnickel ohne Imprägnierung
eines aktiven Materials auszubilden, um dadurch eine Elektrode durch
Schweißen
eines bandartigen Metallblechs an den einen Endabschnitt des Substrats
herzustellen. Wenn jedoch die Elektrode mit einer gegenüberliegenden
Elektrode mittels eines Separators spiralförmig aufgewickelt wird, dann
wird ein Abschnitt des Metallblechs gefaltet und mit der gegenüberliegenden
Elektrode in Kontakt gebracht, so dass in der Batterie ein Kurzschluss
verursacht wird.
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Die
US-PS
5,657,522 beschreibt eine Batterie und ein Verfahren gemäß den Oberbegriffen
der Ansprüche
1, 4 bzw. 5. Die JP 2-60072(A) beschreibt einen Schritt des Maskierens
eines Endabschnitts eines Rückhaltesubstrats
für ein
aktives Material, das eine dreidimensional vernetzte Struktur aufweist,
mit einem Klebeband zur Bildung eines verlängerten Endabschnitts, der
frei von einer Paste aus einem aktiven Material ist.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, eine zylindrische Alkali-Speicherbatterie, bei der ein poröses Metallsubstrat,
das eine dreidimensional vernetzte Struktur aufweist, als Rückhaltesubstrat
für ein
aktives Material für
eine Elektrode der Batterie verwendet wird, um das Stromsammelvermögen der
Elektrode zu verbessern, ohne einen unerwarteten Kurzschluss in
der Batterie zu verursachen, sowie ein Verfahren zur Herstellung
derselben bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird durch eine zylindrische
Alkali-Speicherbatterie gemäß Anspruch
1 und ein Verfahren gemäß Anspruch
4 oder 5 oder 7 oder 8 gelöst.
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Weiterentwicklungen der Erfindung
sind in den abhängigen
Ansprüchen
angegeben.
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Für
ein besseres Verständnis
der vorliegenden Erfindung und um zu zeigen, wie die Erfindung in
die Praxis umgesetzt wird, wird nachstehend mittels Beispielen auf
die beigefügten
Zeichnungen Bezug genommen, wobei
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1 eine
Vorderansicht eines aus Schaumnickel und einem perforierten Metallblech,
wie z. B. eines gelochten Metallblechs, das an einen oberen Endabschnitt
des Substrats geschweißt
ist, das ohne Imprägnieren
eines aktiven Materials hergestellt worden ist, hergestellten Rückhaltesubstrats
für ein
aktives Material ist;
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2 eine
Vorderansicht eines aus Schaumnickel und einem herkömmlichen
Metallblech, das an einen oberen Endabschnitt des Substrats geschweißt ist,
das ohne Imprägnieren
eines aktiven Materials hergestellt worden ist, hergestellten Rückhaltesubstrats
für ein
aktives Material ist;
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3 eine
Vorderansicht eines aus Schaumnickel und einem herkömmlichen
Stromkollektorstreifen, der an einen oberen Endabschnitt des Substrats
geschweißt
ist, das ohne Imprägnieren
eines aktiven Materials hergestellt worden ist, hergestellten Rückhaltesubstrats
für ein
aktives Material ist;
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4 eine
Veranschaulichung eines vertikalen Schnitts einer erfindungsgemäßen zylindrischen
Nickel-Wasserstoff-Speicherbatterie ist; und
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5 eine
perspektivische Ansicht eines Stromkollektors für eine positive Elektrode ist.
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Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsformen
einer erfindungsgemäßen zylindrischen
Alkali-Speicherbatterie beschrieben, die unter Verwendung einer
Elektrode des nichtgesinterten Typs hergestellt worden ist.
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1. Herstellung einer positiven
Nickelelektrode:
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Beispiel 1
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90 Gewichtsteile Nickelhydroxid,
5 Gewichtsteile Cobaltmetallpulver und 5 Gewichtsteile Cobalthydroxidpulver
wurden mit 1 Gew.-% Methylcellulose und 20 Gewichtsteilen einer
wässrigen
Lösung
gemischt und geknetet, um eine Paste eines aktiven Materials herzustellen.
Die Paste des aktiven Materials wurde in ein Rückhaltesubstrat für ein aktives
Material imprägniert,
das aus Schaumnickel oder Nickelschwamm mit einer Flächendichte
von 600 g/m2 und einer Dicke von 1,5 mm
hergestellt worden ist. Danach wurde das Rückhaltesubstrat für ein aktives
Material 10 getrocknet und unter Druck zu einer Dicke von
etwa 0,7 mm gewalzt. In diesem Fall wurde das Rückhaltesubstrat für ein aktives
Material mit der Paste des aktiven Materials derart imprägniert,
dass die Imprägnierungsdichte
des aktiven Materials nach dem Walzen unter Druck einen Wert von
etwa 2,9 bis 3,05 g/cm3 aufwies.
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Als nächster Schritt wurde ein Ultraschallhorn
(nicht gezeigt) mit einem oberen Endabschnitt 12 des Rückhaltesubstrats
für ein
aktives Material 10, das mit der Paste des aktiven Materials 11 imprägniert worden ist,
in Kontakt gepresst, um senkrecht zu der Oberfläche des oberen Endabschnitts 12 eine
Ultraschallschwingung aufzubringen, um dadurch das imprägnierte
Rückhaltesubstrat
für ein
aktives Material 10 zu entfernen. In diesem Fall wurde
der obere Endabschnitt 12 des Substrats 10 durch
die Ultraschallschwingung komprimiert und als komprimierter dünner Abschnitt
ausgebildet.
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Andererseits wurde, wie es in 1 gezeigt ist, ein Nickelmetallblech
mit einer Dicke von 0,06 mm gelocht, so dass eine große Zahl
von kreisförmigen
Löchern
mit einem Durchmesser von 0,30 bis 1,00 mm abwechselnd bei jeder
Linie ausgebildet wurde, um dadurch ein gelochtes Nickelmetallblech 13 herzustellen, dessen
Perforationsgrad 20 bis 60% betrug. Das gelochte Nickelmetallblech 13 wurde
in einer Breite von 1,5 mm derart geschnitten, dass die kreisförmigen Löcher an
ihrer jeweiligen Mitte geschnitten wurden.
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Das gelochte Nickelmetallblech 13 wurde
derart auf den oberen Endabschnitt 12 des Rückhaltesubstrats
für ein
aktives Material 10 aufgebracht, dass die geschnittenen
Abschnitte der kreisförmigen
Löcher
etwas von der oberen Kante des Substrats 10 vorstehen.
In diesem Zustand wurde das Nickelmetallblech 13 auf den oberen
Endabschnitt 12 des Substrats 10 in einem Intervall
von 2 mm unter Verwendung eines Kupferschweißstabs mit einem Durchmesser
von 1,5 mm geschweißt,
um eine positive Nickelelektrode 10a herzustellen, die mit
dem gelochten Nickelmetallblech 13 ausgestattet war, deren
geschnittener Abschnitt teilweise von der oberen Kante des Substrats 10 vorsteht.
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Beispiel 2
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Das gleiche Rückhaltesubstrat für ein aktives
Material 10 wie im Beispiel 1 wurde mit einer Paste des aktiven
Materials 11 imprägniert,
die auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 hergestellt worden ist.
Danach wurde das Ultraschallhorn (nicht gezeigt) mit einem oberen
Endabschnitt 12 des Rückhaltesubstrats
für ein
aktives Material 10 in Kontakt gepresst, um senkrecht zu
der Oberfläche
des oberen Endabschnitts 12 eine Ultraschallschwingung
aufzubrin gen, um dadurch das imprägnierte aktive Material 11 von
dem Rückhaltesubstrat
für ein
aktives Material 10 zu entfernen. In diesem Fall wurde
der obere Endabschnitt 12 des Substrats 10 durch
die Ultraschallschwingung komprimiert und als komprimierter dünner Abschnitt
ausgebildet.
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Andererseits wurde, wie es in 1 gezeigt ist, ein Nickelmetallblech
mit einer Dicke von 0,10 mm gelocht, so dass eine große Zahl
von kreisförmigen
Löchern
mit einem Durchmesser von 0,30 bis 1,00 mm abwechselnd bei jeder
Linie ausgebildet wurde, um dadurch ein gelochtes Nickelmetallblech 14 herzustellen, dessen
Perforationsgrad 20 bis 60% betrug. Das gelochte Nickelmetallblech 14 wurde
in einer Breite von 1,5 mm derart geschnitten, dass die kreisförmigen Löcher an
ihrer jeweiligen Mitte geschnitten wurden.
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Das gelochte Nickelmetallblech 14 wurde
derart auf den oberen Endabschnitt 12 des Rückhaltesubstrats
für ein
aktives Material 10 aufgebracht, dass die geschnittenen
Abschnitte der kreisförmigen
Löcher
etwas von der oberen Kante des Substrats 10 vorstehen.
In diesem Zustand wurde das gelochte Nickelmetallblech 14 auf
den oberen Endabschnitt 12 des Substrats 10 in
einem Intervall von 2 mm unter Verwendung eines Kupferschweißstabs mit
einem Durchmesser von 1,5 mm geschweißt, um eine positive Nickelelektrodenplatte 10b herzustellen,
die mit dem gelochten Nickelmetallblech 14 ausgestattet
war, deren geschnittener Abschnitt teilweise von der oberen Kante
des Substrats 10 vorsteht.
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Beispiel 3
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Das gleiche Rückhaltesubstrat für ein aktives
Material 10 wie im Beispiel 1 wurde mit einer Paste des aktiven
Materials 11 imprägniert,
die auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 hergestellt worden ist.
Danach wurde das Ultraschallhorn (nicht gezeigt) mit einem oberen
Endabschnitt 12 des Rückhaltesubstrats
für ein
aktives Material 10 in Kontakt gepresst, um senkrecht zu
der Oberfläche
des oberen Endabschnitts 12 eine Ultraschallschwingung
aufzubringen, um dadurch das imprägnierte aktive Material 11 von
dem Rückhaltesubstrat
für ein
aktives Material 10 zu entfernen. In diesem Fall wurde
der obere Endabschnitt 12 des Substrats 10 durch
die Ultraschallschwingung komprimiert und als komprimierter dünner Abschnitt
ausgebildet.
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Andererseits wurde, wie es in 1 gezeigt ist, ein Nickelmetallblech
mit einer Dicke von 0,18 mm gelocht, so dass eine große Zahl
von kreisförmigen
Löchern
mit einem Durchmesser von 0,30 bis 1,00 mm abwechselnd bei jeder
Linie ausgebildet wurde, um dadurch ein gelochtes Nickelmetallblech 15 herzustellen, dessen
Perforationsgrad 20 bis 60% betrug.
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Das gelochte Nickelmetallblech 15 wurde
in einer Breite von 1,5 mm derart geschnitten, dass die kreisförmigen Löcher an
ihrer jeweiligen Mitte geschnitten wurden.
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Das gelochte Nickelmetallblech 15 wurde
derart auf den oberen Endabschnitt 12 des Rückhaltesubstrats
für ein
aktives Material 10 aufgebracht, dass die geschnittenen
Abschnitte der kreisförmigen
Löcher
etwas von der oberen Kante des Substrats 10 vorstehen.
In diesem Zustand wurde das gelochte Nickelmetallblech 15 auf
den oberen Endabschnitt 12 des Substrats 10 in
einem Intervall von 2 mm unter Verwendung eines Kupferschweißstabs mit
einem Durchmesser von 1,5 mm geschweißt, um eine positive Nickelelektrodenplatte 10c herzustellen,
die mit dem gelochten Nickelmetallblech 15 ausgestattet
war, deren geschnittener Abschnitt teilweise von der oberen Kante
des Substrats 10 vorsteht.
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Vergleichsbeispiel 1
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Das gleiche Rückhaltesubstrat für ein aktives
Material 20 wie im Beispiel 1 wurde mit einer Paste des aktiven
Materials 21 imprägniert,
die auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 hergestellt worden ist.
Danach wurde das Ultraschallhorn (nicht gezeigt) mit einem oberen
Endabschnitt 22 des Rückhaltesubstrats
für ein
aktives Material 20 in Kontakt gepresst, um senkrecht zu
der Oberfläche
des oberen Endabschnitts 22 eine Ultraschallschwingung
aufzubringen, um dadurch das imprägnierte aktive Material 21 von
dem Rückhaltesubstrat
für ein
aktives Material 20 zu entfernen. In diesem Fall wurde
der obere Endabschnitt 22 des Substrats 20 durch
die Ultraschallschwingung komprimiert und als komprimierter dünner Abschnitt
ausgebildet.
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Andererseits wurde, wie es in 2 gezeigt ist, ein Nickelmetallblech 23 mit
einer Dicke von 0,10 mm mit einer Breite von 1,5 mm geschnitten
und auf den komprimierten dünnen
Abschnitt des Rückhaltesubstrats 20 aufgebracht.
In diesem Zustand wurde das Nickelmetallblech 23 auf den
oberen Endabschnitt 22 des Rückhaltesubstrats 20 in
einem Intervall von 2 mm unter Verwendung eines Kupferschweißstabs mit
einem Durchmesser von 1,5 mm geschweißt, um eine positive Nickelelektrodenplatte 20a als
Vergleichsbeispiel 1 herzustellen.
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Vergleichsbeispiel 2
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Das gleiche Rückhaltesubstrat für ein aktives
Material 30 wie im Beispiel 1 wurde mit einer Paste des aktiven
Materials 31 imprägniert,
die auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 hergestellt worden ist.
Danach wurde ein Ultraschallhorn (nicht gezeigt) mit einem oberen
Endmittelabschnitt 32 des Rückhaltesubstrats für ein aktives
Material 30 in Kontakt gepresst, um senkrecht zu der Oberfläche des
oberen Endmittelabschnitts 32 eine Ultraschallschwingung
aufzubringen, um dadurch das imprägnierte aktive Material 31 von
dem Rückhaltesubstrat
für ein
aktives Material 30 zu entfernen. In diesem Fall wurde
der obere Endmittelabschnitt 32 des Substrats 30 durch
die Ultraschallschwingung komprimiert und als komprimierter dünner Abschnitt
ausgebildet.
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Wie es in 3 gezeigt ist, wurde ein rechteckiger
Stromkollektorstreifen 33, der aus einem Nickelmetallblech
mit einer Breite von 3,0 mm und einer Dicke von 0,10 mm hergestellt
worden ist, auf den komprimierten dünnen Abschnitt 32 des
Substrats 30 aufgebracht. In diesem Zustand wurde der Stromkollektorstreifen 33 an
den komprimierten dünnen
Abschnitt 32 des Substrats 30 unter Verwendung
eines Kupferschweißstabs
mit einem Durchmesser von 3,0 mm geschweißt und mit einem daran anhaftenden
Polypropylenband abgedeckt, um dadurch eine positive Nickelelektrodenplatte 30a als
Vergleichsbeispiel 2 herzustellen.
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Herstellung einer Nickel-Wasserstoff-Speicherbatterie:
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a) Nickel-Wasserstoff-Speicherbatterien,
bei denen die positiven Nickelelektrodenplatten der Beispiele 1
bis 3 eingesetzt werden:
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Die positiven Nickelelektrodenplatten 10a, 10b und 10c wurden
jeweils verwendet, um eine Nickel-Wasserstoff-Speicherbatterie derart
herzustellen, wie es nachstehend beschrieben ist. In dem Verfahren zur
Herstellung der Batterie wurde eine negative Elektrodenplatte 41,
die in 4 gezeigt ist,
durch Beschichten eines gelochten Metallblechs mit einem Wasserstoffspeicherlegierungsmaterial
hergestellt. Die positiven Nickelelektrodenplatten 10a, 10b und 10c wurden
jeweils mit der negativen Elektrodenplatte 41 derart spiralförmig mittels
eines Separators 50 aufgewickelt, der aus einem Polypropylenfaservlies
hergestellt ist, dass sich die negative Elektrode 41 außen befindet.
Auf diese Weise wurde ein spiralförmiger Elektrodenkörper A hergestellt.
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Andererseits wurde ein positiver
Stromkollektor 60 aus Nickelmetall so hergestellt, wie
es in 5 gezeigt ist.
Der positive Stromkollektor 60 weist einen Scheibenabschnitt 61 und
einen rechteckigen Anschlussabschnitt 62 auf. Der Scheibenabschnitt 61 des
positiven Stromkollektors 60 ist mit einer Mehrzahl von Öffnungen 63,
einem Paar von genau gegenüberliegenden
Schlitzen 64 zum Positionieren eines Paars von Schweißelektroden
und einem Mittelloch 65 zum Einführen eines Elektrolyten ausgebildet.
Entsprechend wurde ein scheibenartiger negativer Stromkollektor 70 aus
Nickelmetall hergestellt.
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Wie es in 4 gezeigt ist, wurde der positive Stromkollektor 60 an
seinem Scheibenabschnitt 61 an eine obere Seitenkante des
gelochten Metallblechs 13 der positiven Nickelelektrodenplatte 10a geschweißt, während der
negative Stromkollektor 70 an ein Bodenende 41 der
negativen Elektrodenplatte 40 geschweißt wurde. Während des Schweißvorgangs
wurde ein Paar von Schweißelektroden
durch Eingriff in die Schlitze 64 des Stromkollektors 60 in
Position gehalten und mit einem Schweißstrom beaufschlagt, so dass
der Scheibenabschnitt 61 des Stromkollektors 60 durch
den angelegten Schweißstrom
an die obere Seitenkante des gelochten Metallblechs 13 an
seiner Bodenfläche
geschweißt
wird. In diesem Fall führen
die Vorsprünge,
die auf der oberen Seitenkante des gelochten Metallblechs 13 ausgebildet
sind, dazu, dass der Schweißstrom
auf den Umfang der Öffnungen 63 des
Stromkollektors 60 konzentriert wird, die damit in Kontakt
gehalten sind.
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Nachdem die Stromkollektoren 60 und 70 an
die positive und die negative Elektrode 10a und 40 geschweißt worden
sind, wurde der spiralförmige
Elektrodenkörper
A innerhalb eines mit einem Boden versehenen zylindrischen Gehäuses 80 gekoppelt,
und eine der Schweißelektroden
wurde durch das Mittelloch 65 des Stromkollektors 60 in
einen zylindrischen Raum in dem spiralförmigen Elektrodenkörper A eingesetzt
und mit dem negativen Stromkollektor 70 in Eingriff gebracht.
In diesem Zustand wurde die andere Schweißelektrode mit dem Boden des
Gehäuses 80 in
Eingriff gebracht und mit dem Schweißstrom beaufschlagt, um den
negativen Stromkollektor 70 an den Boden des Gehäuses 80 zu
schweißen.
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Im nächsten Schritt wurde eine Abdeckplatte 92 einer
Verschlusskappenanordnung 90 mit dem Anschlussabschnitt 62 des
positiven Stromkollektors 60 in Eingriff gebracht und mit
diesem verschweißt.
Danach wurde das zylindrische Gehäuse 80 mit einem Elektrolyten
wie z. B. einer wässrigen
Lösung
von 30 Gew.-% Kaliumhydroxid (KOH) gefüllt, der durch das Mittelloch 65 des
positiven Stromkollektors zugeführt
wurde, und die Abdeckplatte 92 der Verschlusskappenanordnung 90 wurde
innerhalb eines Öffnungsendes 81 des
Gehäuses 80 durch
eine Ringdichtung 82 gekoppelt und durch Verstemmen des Öffnungsendes 81 des
Gehäuses 80 in
Position gesichert, um das Innere des Gehäuses 80 abzudichten.
Auf diese Weise wurde durch die Verwendung der positiven Nickelelektroden
der Beispiele 1 bis 3 eine Nickel-Wasserstoff-Speicherbatterie mit einer
Nennkapazität
von 2700 mAh hergestellt.
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b) Nickel-Wasserstoff-Speicherbatterie,
bei der die positive Nickelelektrode des Vergleichsbeispiels 1 eingesetzt
wird:
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Die positive Nickelelektrode 20a wurden
zur Herstellung einer Nickel-Wasserstoff-Speicherbatterie verwendet, wie es nachstehend
beschrieben ist. In dem Verfahren zur Her stellung der Batterie wurde
eine negative Elektrodenplatte 40 durch Beschichten eines
gelochten Metallblechs 41 mit einem Wasserstoffspeicherlegierungsmaterial
hergestellt und die positive Nickelelektrodenplatte 20a von
Vergleichsbeispiel 1 wurde mit der negativen Elektrodenplatte 40 derart
spiralförmig
mittels eines Separators 50 aufgewickelt, der aus einem Polypropylenfaservlies
hergestellt ist, dass sich die negative Elektrodenplatte 40 außen befindet.
Auf diese Weise wurde ein spiralförmiger Elektrodenkörper A hergestellt.
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Andererseits wurde ein positiver
und ein negativer Stromkollektor 60 und 70 aus
Nickelmetall auf die gleiche Weise wie in der vorhergehenden Ausführungsform
hergestellt. Der positive Stromkollektor 60 wurde an seinem
Scheibenabschnitt 61 an eine obere Seitenkante des bandartigen
Metallblechs 23 der positiven Nickelelektrode 20a geschweißt, während der
negative Stromkollektor 70 an ein Bodenende 41 der
negativen Elektrode 40 in dem spiralförmigen Elektrodenkörper A geschweißt wurde.
In diesem Fall konnte der Scheibenabschnitt 61 des Stromkollektors 60 nicht
fest mit dem Metallblech 23 verbunden werden, da der Schweißstrom ungleichmäßig auf
die obere Seitenkante des Metallblechs 23 angelegt wurde.
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Nachdem die Stromkollektoren 60 und 70 an
die positive und die negative Elektrode 20a und 40 geschweißt worden
sind, wurde der spiralförmige
Elektrodenkörper
A innerhalb eines mit einem Boden versehenen zylindrischen Gehäuses 80 auf
die gleiche Weise gekoppelt, wie es vorstehend beschrieben worden
ist. Der negative Stromkollektor 70 wurde an den Boden
des Gehäuses 80 geschweißt, während die
Abdeckplatte 92 der Verschlusskappenanordnung 90 an
ihrer Bodenfläche
an den Anschlussabschnitt 62 des positiven Stromkollektors 60 geschweißt wurde.
Danach wurde das Gehäuse 80 mit
einem Elektrolyten wie z. B. einer wässrigen Lösung von 30 Gew.-% Kaliumhydroxid
(KOH) gefüllt,
der durch das Mittelloch 65 des positiven Stromkollektors 60 zugeführt wurde,
und die Verschlusskappenanordnung 90 wurde innerhalb des Öffnungsendes 81 des
Gehäuses 80 durch
die Ringdichtung 82 gekoppelt und durch Verstemmen des Öffnungsendes 81 des
Gehäuses 80 in
Position gesichert, um das Innere des Gehäuses 80 abzudichten.
Auf diese Weise wurde durch die Verwendung der positiven Nickelelektrode 20a des
Vergleichsbeispiels 1 eine Nickel-Wasserstoff-Speicherbatterie
mit einer Nennkapazität
von 2700 mAh hergestellt.
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c) Nickel-Wasserstoff-Speicherbatterie,
bei der die positive Nickelelektrode des Vergleichsbeispiels 2 eingesetzt
wird:
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Die positive Nickelelektrode 30a wurde
zur Herstellung einer Nickel-Wasserstoff-Speicherbatterie verwendet, wie es nachstehend
beschrieben ist. In dem Verfahren zur Her stellung der Batterie wurde
eine negative Elektrodenplatte 40 durch Beschichten eines
gelochteh Metallblechs 41 mit einem Wasserstoffspeicherlegierungsmaterial
hergestellt und die positive Nickelelektrode 30a von Vergleichsbeispiel
2 wurde mit der negativen Elektrodenplatte 40 derart spiralförmig mittels
eines Separators 50 aufgewickelt, der aus einem Polypropylenfaservlies
hergestellt ist, dass sich die negative Elektrodenplatte 40 außen befindet.
Auf diese Weise wurde ein spiralförmiger Elektrodenkörper A hergestellt.
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Andererseits wurde ein positiver
und ein negativer Stromkollektor 60 und 70 aus
Nickelmetall auf die gleiche Weise wie in der vorhergehenden Ausführungsform
hergestellt. Nachdem die negative Elektrode 40 des spiralförmigen Elektrodenkörpers A
an ihrem unteren Ende in der gleichen Weise an den Boden des Gehäuses 80 geschweißt wurde,
wie es vorstehend beschrieben worden ist, wurde die Abdeckplatte 92 der
Verschlusskappenanordnung 90 an ihrer Bodenfläche an den
Stromkollektorstreifen 33 der positiven Nickelelektrodenplatte 30a geschweißt. Danach
wurde das zylindrische Gehäuse 80 mit
einem Elektrolyten wie z. B. einer wässrigen Lösung von 30 Gew.-% Kaliumhydroxid
(KOH) gefüllt,
der durch das Mittelloch 65 des positiven Stromkollektors 60 zugeführt wurde,
und die Verschlusskappenanordnung 90 wurde innerhalb des Öffnungsendes 81 des
Gehäuses 80 durch
die Ringdichtung 82 gekoppelt und durch Verstemmen des Öffnungsendes 81 des
Gehäuses 80 in
Position gesichert, um das Innere des Gehäuses 80 abzudichten.
Auf diese Weise wurde eine Nickel-Wasserstoff-Speicherbatterie mit einer
Nennkapazität
von 2700 mAh durch die Verwendung der positiven Nickelelektrode 30a des
Vergleichsbeispiels 2 hergestellt.
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3. Ergebnis der Experimente:
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a) Defektrate
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In der nachstehenden Tabelle 1 ist
die Rate des Auftretens von Defekten wie z. B. eines Kurzschlusses in
den Batterien während
des vorstehend beschriebenen Herstellungsverfahrens angegeben.
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Wie es in Tabelle 1 gezeigt ist,
wurde gefunden, dass die Rate des Auftretens von Defekten in der
Batterie, die unter Verwendung der positiven Nickelelektrode 10b von
Beispiel 2 hergestellt worden ist, im Vergleich zu der Rate des
Auftretens von Defekten in der Batterie, die unter Verwendung der
positiven Nickelelektrode 20a von Vergleichsbeispiel 1
hergestellt worden ist, etwa auf die Hälfte reduziert wurde. Dieses
Ergebnis wurde aufgrund der Tatsache erhalten, dass die Elastizität der positiven
Nickelelektrode 10b durch die Verwendung des gelochten
Metallblechs erhöht
worden ist und dass die positive Nickelelektrode 10b spiralförmig gewickelt
worden ist, ohne das eine Trennung an dem geschweißten Abschnitt
verursacht wurde. Es wurde auch gefunden, dass die Rate des Auftretens
von Defekten in der Batterie, die unter Verwendung der positiven
Nickelelektrode 10c von Beispiel 3 hergestellt worden ist,
im Vergleich zu der Batterie, die unter Verwendung der positiven
Nickelelektrode 20a von Vergleichsbeispiel 1 hergestellt
worden ist, ebenfalls reduziert wurde. Wie es aus den vorstehend
genannten Tatsachen deutlich wird, ist das gelochte Metallblech 13, 14 oder 15,
das an den oberen Endabschnitt des Rückhaltesubstrats für ein aktives
Material 10 geschweißt
worden ist, dazu geeignet ist, die Rate des Auftretens von Defekten
in den Batterien zu vermindern.
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Obwohl das gelochte Metallblech 13, 14 oder 15 in
den vorstehenden Ausführungsformen
mit kreisförmigen
Löchern
ausgebildet worden ist, kann das Metallblech mit geeigneten Löchern wie
z. B. dreieckigen Löchern,
rechteckigen Löchern,
fünfeckigen
Löchern
oder dergleichen ausgebildet werden. Darüber hinaus kann das gelochte
Metallblech durch ein Streckmetallblech ersetzt werden.
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b) Batteriekapazität und Betriebsspannung:
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Die Entladeeigenschaften der Nickel-Wasserstoff-Speicherbatterien,
die so hergestellt wurden, wie es vorstehend beschrieben worden
ist, wurden gemessen. Bei der Messung wurden die Nickel-Wasserstoff-Speicherbatterien
nach der vollen Aufladung jeweils bei einem Strom von 10 A entladen.
In diesem Fall wurden die Batterien jeweils bei einem Strom von
10 A entladen, bis die Spannung 1,0 V betrug, um die jeweilige Entladekapazität der Batterien
zu messen. Darüber
hinaus wurden die Nickel-Wasserstoff-Speicherbatterien nach der
vollen Aufladung mit einer Last verbunden und bei einem Strom von
10 A entladen, bis die Spannung einen Zwischenwert von 1,00 V erreichte,
um die jeweilige Betriebsspannung der Batterien zu messen. Das Ergebnis
der Messung ist in der nachstehenden Tabelle 2 gezeigt.
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Wie es aus der Tabelle 2 ersichtlich
ist, wurde gefunden, dass die Entladekapazität und die Betriebsspannung
gemäß einer
Zunahme der Dicke des jeweils für
die positiven Nickelelektroden 10a, 10b und 10c in den
Beispielen 1, 2 und 3 verwendeten gelochten Metallblechs zunahmen.
Diesbezüglich
wird angenommen, dass das Ergebnis der Messung durch die Tatsache
erhalten wird, dass der Spannungsabfall an dem gelochten Metallblech
gemäß einer
Abnahme der Dicke des gelochten Metallblechs zunimmt, wenn die Batterien
bei einem Strom von 10 A entladen werden.
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Es wurde auch gefunden, dass in der
Nickel-Wasserstoff-Speicherbatterie, bei der die positive Nickelelektrode 30a des
Vergleichsbeispiels 2 verwendet worden ist, die Betriebsspannung
abnimmt, da die Entladekapazität
extrem vermindert ist. Diesbezüglich
wird angenommen, dass das Ergebnis der Messung durch die Tatsache
verursacht wird, dass die Spannung an dem Stromkollektorstreifen
33 extrem vermindert wird, wenn die Batterie bei einem Strom von
10 A entladen wird.
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Ferner wurde gefunden, dass die Entladekapazität und die
Betriebsspannung der Batterie, bei der die positive Nickelelektrode 10b des
Beispiels 2 verwendet wurde, im Wesentlichen die gleichen Werte
erreichen wie bei der Batterie, bei welcher die positive Nickelelektrode 20a des
Vergleichsbeispiels 1 verwendet wurde. Das Metallblech 23 der
positiven Elektrode 20a kann nicht verdickt werden, da
dann die Elastizität
der positiven Elektrode 20 verschlechtert wird. Andererseits
kann das gelochte Metallblech 14 der positiven Elektrode 10b verdickt
werden, ohne dass eine Verschlechterung ihrer Elastizität auftritt.
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Wie es aus der vorstehenden Beschreibung
ersichtlich ist, kann das gelochte Metallblech 13, 14 oder 15,
das an den oberen komprimierten dünnen Abschnitt 12 der
Rückhalteplatte
für ein
aktives Material 10 geschweißt ist, spiralförmig aufgewickelt
werden, ohne dass seine Struktur beschädigt wird. Als Folge davon kann
das gelochte Metallblech 13, 14 oder 15 des
spiralförmigen
Elektrodenkörpers
A mit dem positiven Stromkollektor 60 verbunden werden, ohne
dass in der Batterie ein Kurzschluss verursacht wird. Dies ist zur Erhöhung der
Entladekapazität
und der Betriebsspannung der Batterie nützlich.
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Obwohl in den vorstehend beschriebenen
Ausführungsformen
eine Ultraschallschwingung an den oberen Endabschnitt der Rückhalteplatte
für ein
aktives Material 10 angewandt worden ist, um das aktive
Material davon zu entfernen, kann der obere Endabschnitt der Rückhalteplatte
für ein
aktives Material 10 vor der Imprägnierung des aktiven Materials
im Vorhinein mit einem Klebeband wie z. B. einem Synthetikklebeband maskiert
werden. In einem solchen Fall wird das Klebeband nach der Imprägnierung
des aktiven Materials entfernt und das gelochte Metallblech wird
an den oberen Endabschnitt der Rückhalteplatte
für ein
aktives Material geschweißt.
Alternativ kann das gelochte Metallblech vor der Imprägnierung
des aktiven Materials an den oberen Endabschnitt der Rückhalteplatte
für ein
aktives Material geschweißt
werden.
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Bei der praktischen Durchführung der
Erfindung kann die negative Elektrode 41 auf die gleiche
Weise hergestellt werden wie die positive Nickelelektrode 10a, 10b oder 10c und
wie in den vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen
mit dem negativen Stromkollektor 70 verschweißt werden.
