DE19709107A1

DE19709107A1 - Nickel-Metallhydrid-Akkumulator

Info

Publication number: DE19709107A1
Application number: DE19709107A
Authority: DE
Inventors: Sabine Neumann
Original assignee: VARTA Batterie AG
Current assignee: Clarios Technology and Recycling GmbH
Priority date: 1997-03-06
Filing date: 1997-03-06
Publication date: 1998-09-10

Description

Die Erfindung betrifft einen Nickel-Metallhydrid-Akkumulator mit mindestens einer positiven und einer negativen Elektrode, deren Elektrodenmassen pastenförmig auf einen metallischen Träger aufgebracht sind, wobei den Elektrodenmassen ein spezielles Bindemittel zugesetzt ist.

Eine alkalische Sekundärbatterie, insbesondere ein Nickel-Metallhydrid-Akkumulator, ist im allgemeinen so aufgebaut, daß eine Gruppe von Elektroden, die eine positive Elektrode und eine negative Elektrode mit einem dazwischen angeordneten Separator umfaßt, und ein alka lischer Elektrolyt in einem Gehäuse angeordnet sind. Als positive Elektrode und als negative Elektrode wird jeweils eine Elektrode vom Pasten-Typ verwendet. Diese Elektrode vom Pasten-Typ kann durch Mischen eines aktiven Materials mit einem Bindemittel und Wasser unter Bildung einer Paste, Einfüllen der Paste in einen elektrisch leitendes Substrat, beispiels weise ein perforiertes Metall oder ein maschenartiges gesintertes Fasersubstrat oder einen metallischen Schaum, Trocknen und anschließendes Verdichten des Substrates durch Walzen hergestellt werden. Die das aktive Material enthaltende Paste ist eine wäßrige Dispersion, in der ein wasserlösliches Bindemittel, wie Methylcellulose (MC), Carboxymethylcellulose (CMC) und Hydroxypropylmethylcellulose (HPMC), Polyvinylalkohol (PVA), Polyacrylsäuresalze, Polyacrylamid (PA), Polyvinylpyrrolidon (PVP) oder Polyethylenoxid (PEO) verwendet wird. Daneben werden in Regel noch ein Leitmittel wie Leitruß und ein hydrophobierendes Bindemit tel wie eine wäßrige Polytetrafluorethylen-Dispersion (PTFE) zugesetzt.

Aus dem Dokument DE-A 195 21 727 sind Nickel-Metallhydrid-Akkumulatoren bekannt, deren Elektroden als Bindemittel ein Copolymer aus Polyvinylalkohol-Abschnitten und Abschnitten besteht, die Carboxylgruppen besitzen. Solche Copolymere werden durch Copolymerisation von Vinylacetat und ungesättigten Carbonsäuren erhalten, die anschließend verseift werden.

Die bekannten Nickel-Metallhydrid-Akkumulatoren weisen im Hinblick auf die theoretisch in ihnen enthaltenden Kapazität der aktiven Elektrodenkomponenten noch Defizite auf.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, Nickel-Metallhydrid-Akkumulatoren anzugeben, bei denen den Elektrodenmassen ein Bindemittel zugesetzt ist, das die Masseausnutzung, d. h. die gravimetrische Kapazität, verbessert.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ein Nickel-Metallhydrid-Akkumulator mit mindestens einer positiven und einer negativen Elektrode, deren Elektrodenmassen pasten förmig auf einem metallischen Träger ausgebracht sind und die sich durch einen Separator elektrisch voneinander getrennt in einem Gehäuse befinden, das einen alkalischen Elektroly ten enthält und dadurch gekennzeichnet ist, daß wenigstens eine der Elektrodenmassen ein Acrylatbindemittel enthält, das als wäßrige selbstverletzende Dispersion zugesetzt ist und Estergruppen mit 6 bis 15 Kohlenstoffatomen besitzt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 7 dargelegt.

Der Zusatz von 1 Gew.-% der wäßrigen Acrylatdispersion zu der negativen Elektrodenmasse führt zu einer ca. 10 bis 12% höheren gravimetrischen Kapazität der negativen Elektrode.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von einem Beispiel und zwei Vergleichsbeispielen sowie einem Diagramm näher erläutert.

Fig. 1 zeigt den Vergleich der gravimetrischen Kapazität der negativen Elektroden im Halbzellentest in Abhängigkeit von der Zyklenzahl.

Beispiel 1

In einem Planetenmischer werden 15 g Leitruß (ECP 600 JP von der Firma Ketjenblack Inter national), 4,5 g Bindemittel (TSP 515 Resin von der Firma Powder Kagaku) und 0,8 g Bindemit tel (CMC der Firma Daiichikogyouseiyaku) bei minimaler Stufe des Mischers trocken vermischt und anschließend 700 g Wasser langsam zugegeben und 10 min. bei maximaler Stufe ge mischt. Anschließend werden 1500 g einer AB₅-Legierung der Zusammensetzung Mm₁Ni_3,6Co_0,7Mn_0,3Al_0,4 mit Mm 1 : 50 Gew.-% La-Gehalt bei minimaler Rührgeschwindigkeit un tergerührt. Zum Abschluß werden 25,05 g einer wäßrigen PTFE-Dispersion (D2-C der Firma Daikin) und 25,05 g der wäßrigen Acrylatdispersion (Plextol E 220 der Firma Röhm) 5 min. bei maximaler Mischerstufe zugemischt. Nach weiteren 40 min. Mischung mit maximaler Mischer geschwindigkeit ist die Elektrodenpaste gebrauchsfähig und wird in den metallischen Träger einpastiert. Das so erhaltene Elektrodenband wird getrocknet und durch Walzen nachverdich tet.

Vergleichsbeispiel 1

Vergleichsbeispiel 1 wird gemäß Beispiel 1 erhalten mit dem Unterschied, daß die doppelte Menge an PTFE-Bindemittel und 0,12 g Carboxymethylcellulose eingesetzt wird. Im Ver gleichsbeispiel 1 wird die gleiche Speicherlegierung eingesetzt wie im Beispiel 1.

Vergleichsbeispiel 2

Vergleichsbeispiel 2 verwendet als Speicherlegierung eine AB₅-Legierung der Zusammen setzung Mm₁Ni_3,6Co_0,8Mn_0,4Al_0,3, wobei Mm 1 : 60 Gew.-% La enthält.

Tabelle 1 enthält eine Übersicht über die Zusammensetzung der negativen Elektroden gemäß der Erfindung und der Vergleichsbeispiele 1 und 2, wobei die Versuchsnummern 1-3 nega tive Elektroden gemäß Vergleichsbeispiel 1, Versuchsnummern 4-6 negative Elektroden ge mäß Vergleichsbeispiel 2 und Versuchsnummern 7-9 negative Elektroden gemäß Beispiel 1 sind.

Die Fig. 1 zeigt den Vergleich der gravimetrischen Kapazität erfindungsgemäßer negativer Elektroden mit den negativen Elektroden gemäß den Vergleichsbeispielen im Halbzellentest. Dabei weisen die erfindungsgemäßen negativen Elektroden (1) eine 10 bis 12% höhere gra vimetrische Kapazität gegenüber den Vergleichselektroden (2 und 3) auf.

Claims

1. Nickel-Metallhydrid-Akkumulatoren mit mindestens einer positiven und einer negativen Elektrode, deren Elektrodenmassen pastenförmig auf einen metallischen Träger aufge bracht sind und die durch einen Separator elektrisch voneinander getrennt in einem Gehäuse angeordnet sind, das einen alkalischen Elektrolyten enthält, dadurch gekenn zeichnet, daß wenigstens eine der Elektrodenmassen ein Acrylatbindemittel enthält, das als wäßrige, selbstvernetzende Dispersion zugesetzt ist und Estergruppen mit 6-15 Kohlen stoffatome besitzt.

2. Nickel-Metallhydrid-Akkumulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Acrylatdispersion aliphatische Estergruppen besitzt.

3. Nickel-Metallhydrid-Akkumulator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Acrylatdispersion verzweigt aliphatische Estergruppen besitzt.

4. Nickel-Metallhydrid-Akkumulator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Acrylatdispersion Acrylnitril enthält.

5. Nickel-Metallhydrid-Akkumulator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Acrylatdispersion eine dynamische Viskosität von 200 bis 5000 mPa.sec. bei 20°C und einen Feststoffgehalt von 60 Gew.-% besitzt.

6. Nickel-Metallhydrid-Akkumulator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Herstellung der negativen Elektrode dienende Elektroden masse 0,5 bis 2 Gew.-% Leitruß, 0,1 bis 0,5 Gew.-% mindestens eines Dispersions- und/oder Bindemittels, 0,5 bis 2 Gew.-% einer Polytetrafluorethylen-Dispersion und 0,5 bis 2 Gew.-% einer wäßrigen, selbstvernetzenden Acrylatdispersion, die Estergruppen mit 6-15 Kohlen stoffatome besitzt sowie als Rest zu 100 Gew.-% Speicherlegierung enthält.

7. Verfahren zur Herstellung eines Nickel-Metallhydrid-Akkumulators gemäß Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Elektrodenmassen vor dem Pastieren in einen metallischen Träger eine wäßrige, selbstvernetzende Dispersion eines Acrylatbinde mittels zugesetzt wird, welches Estergruppen mit 6-15 Kohlenstoffatome besitzt.