DE69612733T2

DE69612733T2 - Alkalische Speicherbatterien und Verfahren zur Herstellung vond Nickelelektroden dafür

Info

Publication number: DE69612733T2
Application number: DE69612733T
Authority: DE
Inventors: Yohei Hattori; Toru Inagaki; Katsuhiro Okamoto; Hiroki Takeshima
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1996-04-18
Filing date: 1996-11-28
Publication date: 2002-04-25
Anticipated expiration: 2016-11-29
Also published as: JP3527586B2; EP0801430B1; EP0801430A1; JPH09283133A; DE69612733D1; US5744263A

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft alkalische Speicherbatterien und ein Verfahren zur Herstellung von Nickelelektroden für diese Speicherbatterien.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Mit der in letzter Zeit erfolgten starken Verbreitung von tragbaren Geräten stieg die Nachfrage nach hoher Kapazität, hoher Leistung und niedrigen Kosten bei Sekundärbatterien, einschließlich alkalischen Speicherbatterien. Daher haben Elektroden vom Schaummetall Typ, welche eine höhere Kapazitätsdichte als Elektroden vom gesinterten Typ haben, als Nickelelektroden für alkalische Speicherbatterien weite Verbreitung gefunden. Jedoch haben Elektroden vom Schaummetall Typ den Nachteil, daß als Substrat dienendes Schaummetall teuer ist und eine deutliche Verbesserung der Kapazitätsdichte aufgrund der Struktur des Schaummetalls schwierig ist. Unter diesen Umständen haben sich Elektroden vom pastierten Typ, welche einen billigen planaren porösen Körper als elektrisch leitendes Substrat, das mit einem pastierten aktiven Material beschichtet ist, aufweisen, als Ersatz für die Elektroden vom Schaummetall-Typ entwickelt.
Bei den planaren elektrisch leitenden Substraten, die als Elektroden vom pastierten Typ untersucht wurden, handelt es sich beispielsweise um Streckmetall, Gitter- und Lochmetall. Bindemittel, die der Aktivmaterial-Paste zugesetzt werden, um die Haftung des aktiven Materials zu verbessern, beinhalten beispielsweise Polyvinylalkohol, Carboxymethylzellulose, Polyethylen, Polyvinylchlorid, Styrol-Butadien- Kautschuk und Fluor-Kunststoffe.
Die Probleme der Elektroden vom pastierten Typ sind: Ungenügender Kontakt des aktiven Materials mit dem elektrisch leitenden Substrat sowie ungenügende elektrische Leitfähigkeit, da es sich bei dem elektrisch leitenden Substrat um einen planaren porösen Körper und nicht, einen von dreidimensionaler Struktur wie beim Schaummetall Typ handelt. Um die Leitfähigkeit zu verbessern, schlägt beispielsweise JP-A 56-22049 vor, dem aktiven Material Graphit- oder Nickel in pulveriger oder faseriger Form zuzusetzen. Wenn jedoch diese leitenden Stoffe in einer solchen Menge zugesetzt werden, daß sie in der Lage sind, eine Kapazitätsdichte zu erzielen, die derjenigen entspricht, welche durch Verwendung der Elektroden aus Schaummetall erzielt wird, ist die Leitfähigkeit der gesamten Elektroden ungenügend, und die Ausnutzung des aktiven Materials und die Entladespannungs- Kennlinie sind schlecht.
US 4 663 256 offenbart die Verwendung von Nickel-Dendriten, um die Oberfläche zwischen aktivem Material und Substrat zu erhöhen.
Als weitere Lösung schlägt beispielsweise JP A-6-314567 vor, ein massives elektrisch leitendes Substrat zu verwenden, jedoch ist bei diesem elektrisch leitenden Substrat der Kontakt zwischen aktivem Material und elektrisch leitendem Substrat im Vergleich mit den elektrisch leitenden Substraten von dreidimensionaler Struktur, etwa Schaummetall, ungenügend. Daher ist, falls keine leitenden Stoffe wie etwa Graphit- und Nickelpulver zugesetzt werden, die Ausnutzung des aktiven Materials gering, und Elektroden, welche derartige elektrisch leitende Substrate verwenden, weisen eine noch schlechtere Entladespannungs-Kennlinie und Lade- Entlade-Zykluslebensdauer auf. Somit fanden derartige pastierte Elektroden noch keine weite Verbreitung.
Wie zuvor erwähnt ist im Fall der Elektrode vom pastierten Typ, da das elektrisch leitende Substrat planar ist, der Kontakt zwischen dem aktiven Material und dem elektrisch leitenden Substrat ungenügend. Insbesondere wird, da die Dicke der auf das elektrisch leitende Substrat aufgebrachten Aktivmaterialschicht mehr als 300 um beträgt, die Leitfähigkeit des aktiven Materials und des elektrisch leitenden Substrats in Dickenrichtung ungenügend. Dies ist der Hauptgrund für die schlechte Ausnutzung des aktiven Materials und die schlechten Entladespannungs-Kennlinien im Vergleich zu den Elektroden vom Schaummetall Typ.
Wenn das Laden und Entladen, bei Verwendung dieser Elektrodenplatten ungenügender Leitfähigkeit, wiederholt wird, kann kein ausreichendes Entladen erzielt werden, und somit nimmt das Ausmaß des Überladens beim im nächsten Zyklus erfolgenden Ladevorgang zu. Nickelhydroxid, welches ein aktives Material einer Nickelelektrode ist, erzeugt Nickel-Oxyhydroxid geringer Dichte in erhöhter Menge, wenn das Ausmaß des Überladens zunimmt, und dies bewirkt ein Auftreiben der Platten. Wenn andererseits eine kleine Elektrolytmenge verwendet wird, wird, im Hinblick darauf, daß das von einer positiven Platte zum Zeitpunkt des Ladens erzeugte Gas durch die negative Platte absorbiert wird, wie im Fall von dicht gekapselten Batterien, bei wiederholtem Laden und Entladen, bedingt durch das beschleunigte Auftreiben, der Elektrolyt in größerer Menge als erforderlich von der Nickelplatte absorbiert, was eine Elektrolytknappheit im Separator verursacht und das Problem einer Verschlechterung sowohl der Entladespannung als auch der Kaparität mit sich bringt.
Ein weiteres Problem bei der Elektrode vom pastierten Typ besteht darin, daß das Auftreiben der Platte zunimmt und die Haftung zwischen dem elektrisch leitenden Substrat und der Aktivmaterialschicht abnimmt, was zu einem Abschälen der Aktivmaterialschicht vom elektrisch leitenden Substrat führt.

INHALT DER ERFINDUNG

Das Hauptziel der Erfindung besteht darin, die obigen Probleme zu lösen und die Entladespannungs-Kennlinien und die Lade-Entlade-Zykluslebensdauer dadurch zu verbessern, daß die Ausnutzung des aktiven Materials in den Nickelelektroden vom pastierten Typ verbessert wird.
Die Nickelelektrode der alkalischen Speicherbatterien gemäß der Erfindung weist eine Struktur auf, welche eine Mehrzahl von Aktivmaterialschichten von jeweils einer Dicke von 20 bis 250 um und eine Mehrzahl von elektrisch leitenden Substraten von je einer Dicke von 5 bis 60 um aufweist, welche abwechselnd in integraler Form übereinander geschichtet sind, und die elektrisch leitenden Substrate werden elektrisch und mechanisch miteinander über einen Teil der jeweiligen elektrisch leitenden Substrate verbunden. Die Gesamtanzahl der Aktivmaterialschichten und der elektrisch leitenden Substrate beträgt vorzugsweise 8 bis 12.
Die Nickelelektrode der Erfindung kann dadurch erzielt werden, daß man eine Mehrzahl von Elektrodenblättern, von denen jedes das elektrisch leitende Substrat, welches mit der Aktivmaterial-Paste auf einer oder beiden Seiten beschichtet ist, unter Ausnützung der Klebrigkeit der Paste vor dem Trocknen übereinanderschichtet, wodurch die Aktivmaterialschicht und das elektrisch leitende Substrat integriert werden, und man dann das Laminat preßt, um die Haftung zwischen dem elektrisch leitenden Substrat und der Aktivmaterialschicht zu erhöhen und dabei die Dicke der Platte anzupassen, wie in Fig. 1 gezeigt.
Wenn diese lediglich übereinander geschichtet werden, kann kein Strom aus dem innenliegenden elektrisch leitenden Substrat abgeleitet werden. Daher muß, damit Strom gleichmäßig aus jedem der elektrisch leitenden Substrate abgeleitet werden kann, zumindest ein Teil der jeweiligen elektrisch leitenden Substrate miteinander verbunden sein.
Beispielsweise werden, wie in Fig. 2 gezeigt, die elektrisch leitenden Substrate 2, die unterschiedliche Dicke aufweisen, mit einer Aktivmaterial-Paste 1 von konstanter Dicke beschichtet und Elektrodenblätter erzeugt. Die Elektrodenblätter werden übereinandergeschichtet, wobei die Enden der Elektrodenblätter eben und flach angeordnet sind. Der Abschnitt der elektrisch leitenden Substrate, welcher nicht mit dem aktiven Material beschichtet ist, wird beispielsweise mit einem Nickelband 3 oder einer Nickelhülle verschweißt, um einen Stromanschluß zu bilden, und somit wird eine gleichmäßige Ableitung des Stroms möglich (Ausführungsform 1).
Alternativ werden, wie in Fig. 3 gezeigt, die elektrisch leitenden Substrate 2 von gleicher Breite mit der Aktivmaterial-Paste von konstanter Dicke beschichtet. Die Elektrodenblätter werden übereinandergeschichtet und dabei die Enden der Elektrodenblätter in gestufter Weise zusammengebaut. Der Abschnitt der elektrisch leitenden Substrate, welcher nicht mit aktivem Material beschichtet ist, wird beispielsweise mit einem Nickelband 3 oder einer Nickelhülle verschweißt, um einen Stromsammler zu bilden, und somit ist ein gleichmäßiges Ableiten des Stroms möglich (Ausführungsform 2).
Weiter werden, wie in Fig. 4 gezeigt, kleine Löcher von 0,1 bis 1 mm Durchmesser durch Elektrodenblätter gebohrt, welche mindestens ein Elektrodenblatt beinhalten, das unter Verwendung eines elektrisch leitenden Substrats hergestellt wurde, an dessen einem Ende ein nicht mit aktivem Material beschichteter Abschnitt vorhanden ist, und eine leitende Paste oder ein Leiter 8 wird in die Löcher gefüllt, um die elektrisch leitenden Substrate miteinander zu verbinden, und somit ist ein gleichmäßiges Ableiten des Stroms möglich (Ausführungsform 3).
Ein gleichmäßigeres Ableiten des Stroms wird möglich, indem man die Ausführungsformen 1 und 2 mit Ausführungsform 3 kombiniert.
Was die Dicke der elektrisch leitenden Substrate betrifft, wird weniger als 5 um nicht bevorzugt, da die Festigkeit des elektrisch leitenden Substrats niedrig ist und die elektrisch leitenden Substrate brechen, wenn nach dem Beschichten mit dem aktiven Material ein Pressen erfolgt. Wenn sie mehr als 60 um beträgt, erhöht sich das eingenommene Volumen, und eine Verbesserung der Kapazitätsdichte ist nicht zu erwarten.
Als elektrisch leitende Substrate können nach Belieben Nickelfolie, auf beiden Seiten mit Nickel beschichtete Kunstharzfolie und Nickel-plattiertes Stahllochblech verwendet werden. Die Dicke der Nickelschicht beträgt vorzugsweise 2 bis 5 um, und wenn sie weniger als 2 um beträgt, kann eine ausreichende Leitfähigkeit nicht gewährleistet werden, und wenn sie mehr als 5 um beträgt, nimmt die Kapazitätsdichte ab. Als Kunstharzfilme müssen solche Filme verwendet werden, die in wäßriger Alkalilösung stabil sind, beispielsweise Polypropylen, Polyethylen, Nylon und Polytetrafluorethylen.
Die aktiven Materialien und die Bindemittel, in welchen das aktive Material dispergiert ist, weisen keine spezielle Einschränkung auf, und Fachleuten bekannte Bindemittel können verwendet werden. Die leitenden Stoffe, welche der aktiven Materialschicht zugesetzt sein können, weisen keine spezielle Einschränkung auf, jedoch wird metallisches Kobalt oder Kobaltoxid bevorzugt.
Der leitende Stoff, welcher in die feinen Löcher in Ausführungsform 3 zu füllen ist, unterliegt ebenfalls keinen Einschränkungen, jedoch wird eine hauptsächlich aus Ni bestehende leitende Paste oder ein aus einem Ni-Stift bestehender Leiter bevorzugt.
Wenn eine Struktur verwendet wird, bei der eine Mehrzahl von elektrisch leitenden Substrate in einer einzigen Platte vorhanden sind, die durch Übereinanderschichten von diesen zu einer integralen Form hergestellt wurde, besteht eine gewisse Gefahr, daß der Elektrolyt in der Platte ungleichmäßig verteilt ist. Daher kann, dadurch, daß durch die elektrisch leitenden Substrate feine Löcher von 0,1 bis 1 mm Durchmesser mit einem Öffnungsprozentsatz von 10 bis 60% ausgebildet werden, der Elektrolyt in der Platte gleichmäßig verteilt werden. Wenn jedoch der Öffnungsprozentsatz 60% überschreitet, nimmt die Festigkeit der elektrisch leitenden Substrate ab, und somit besteht eine große Wahrscheinlichkeit, daß die elektrisch leitenden Substrate zerbrechen, wenn eine zylindrische Batterie hergestellt wird.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein schematischer Querschnitt einer Nickelplatte A in einem Beispiel der Erfindung.
Fig. 2 ist ein Querschnitt, welcher schematisch die elektrische Verbindung der Elektrodenblätter der Erfindung zeigt.
Fig. 3 ist ein Querschnitt, welcher schematisch die elektrische Verbindung der Elektrodenblätter der Erfindung zeigt.
Fig. 4 ist ein Querschnitt, welcher schematisch die elektrische Verbindung der Elektrodenblätter der Erfindung zeigt.
Fig. 5 ist ein schematischer Querschnitt der Batterie B im Beispiel der Erfindung.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Gemäß der Erfindung wie später in Anspruch 1 beschrieben, weist die Nickelelektrode der alkalischen Speicherbatterie eine Struktur auf, welche eine Mehrzahl von Aktivmaterialschichten, von denen jede eine Dicke von 20 bis 250 um hat, und eine Mehrzahl von elektrisch leitenden Substraten beinhaltet, von denen jedes eine Dicke von 5 bis 60 um hat, welche abwechselnd übereinandergeschichtet und integriert sind, wobei die elektrisch leitenden Substrate miteinander über einen Teil der jeweiligen elektrisch leitenden Substrate verbunden sind.
Die im nachfolgenden Anspruch 6 beschriebene Erfindung spezifiziert ein Verfahren zur Herstellung einer Nickelelektrode. Wenn die Dicke jeder der Aktivmaterialschichten nach der Herstellung einer Platte 250 um oder weniger beträgt, kann eine ausreichende Leitfähigkeit durch Zusetzen von leitenden Stoffen wie etwa metallischem Kobalt und Kobaltoxid gewährleistet werden. Daher weist die Nickelelektrode eine verbesserte Ausnutzung des aktiven Materials und eine verbesserte Entladespannungs-Kennlinie im Vergleich zu Elektroden vom herkömmlichen pastierten Typ auf.
Wenn weiter mindestens, ein elektrisch leitendes Substrat verwendet wird, das dicker ist als andere elektrisch leitende Substrate, wird es, da die Festigkeit der Platte verbessert ist, einfach, eine zylindrische Batterie herzustellen, und zusätzlich nimmt, da der elektrische Widerstand der elektrisch leitenden Substrate abnimmt, die Entladespannung beim Hochgeschwindigkeits-Entladen zu. Das Material, aus welchem dieses dickere elektrisch leitende Substrat besteht, kann das gleiche oder ein anderes als bei den anderen elektrisch leitenden Substraten sein. Das Elektrodenblatt, welches unter Verwendung des dickeren, elektrisch leitenden Substrats hergestellt wurde, kann bei einer aus der Mehrzahl von Elektrodenblättern wählbaren Position angeordnet sein, befindet sich jedoch vorzugsweise etwa in der Mitte der Dicke der Elektrode. Die Dicke des dickeren elektrisch leitenden Substrats beträgt vorzugsweise das 3- bis 10-fache der anderen elektrisch leitenden Substrate, und vorzugsweise das 5- bis 10-fache, wenn lediglich ein einziges dickeres elektrisch leitendes Substrat verwendet wird.
In ähnlicher Weise nimmt, wenn feine Löcher von 0,1 bis 1 mm Durchmesser durch die elektrisch leitenden Substrate mit einem Öffnungsprozentsatz von 0,5 bis 2% gebohrt werden und ein leitender Stoff oder Leiter in die Löcher gefüllt wird, um die elektrisch leitenden Substrate zu verbinden, ebenfalls der elektrische Widerstand ab und die Entladespannung bei hoher Entladungsgeschwindigkeit nimmt zu. Als diese Löcher kann auch ein Teil der oben erwähnten, für die Verteilung des Elektrolyten vorgesehenen Löcher dienen.
Da die Entlade-Kennlinien auf diese Weise verbessert werden, verringert sich das Überladen, wenn Laden und Entladen wiederholt werden, und ein Auftreiben der Platte kann verhindert werden. Da weiter jede Aktivmaterialschicht dünner ist als die Aktivmaterialschicht in der herkömmlichen Elektrode vom pastierten Typ, ist der Effekt durch das Auftreiben des aktiven Materials gering, das Abschälen des elektrisch leitenden Substrats wird verhindert, und die Zykluslebensdauer bei wiederholtem Laden und Entladen wird im Vergleich zu herkömmlichen Elektroden vom pastierten Typ verbessert.

BEISPIEL 1

Nickelfolien mit Löchern von 0,5 mm Durchmesser und einem Öffnungsprozentsatz von 20%, welche eine Dicke von 15 um und eine Breite von 35,5, 36,0, 36,5 und 37,0 mm besaßen, wurden als elektrisch leitende Substrate verwendet. Beide Seiten der elektrisch leitenden Substrate wurden in einer Dicke von 200 um mit einer Aktivmaterial-Faste von 20% Wassergehalt beschichtet, welche durch Verkneten von 100 Gewichtsteilen handelsüblichem Nickelhydroxidpulver, 8 Gewichtsteilen Kobaltoxidpulver, 15 Gewichtsteilen 3 Gew.-% -iger wäßriger Lösung Carboxymethylzellulose, und 5 Gewichtsteilen von Polytetrafluorethylen-Dispersion (Festkörpergehalt 48%) hergestellt. Die Aktivmaterial-Paste 1 wurde in einer Breite von 35 mm aufgetragen, und ein Abschnitt, welcher nicht mit dem aktiven Material beschichtet war, wurde an einem Ende jedes elektrisch leitenden Substrats 2 vorgesehen. Die auf diese Weise beschichteten elektrisch leitenden Substrate wurden übereinandergeschichtet, wobei die mit dem aktiven Material beschichteten unteren Enden eben und flach zusammengesetzt wurden, wie in Fig. 1 gezeigt.
Das Schichtmaterial wurde bei 90ºC getrocknet, und wurde dann gepreßt, so daß die Gesamtdicke der Platte 0,7 mm erreichte, wodurch die jeweiligen Schichten miteinander verbunden wurden. Danach wurde ein Ni-Band von 4 mm Breite mit dem nicht mit aktivem Material beschichteten Abschnitt jedes elektrisch leitenden Substrats verschweißt, um einen Stromsammler 3 zu erzeugen. Die auf diese Weise erhaltene Platte wurde als "Platte A" bezeichnet. Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht dieser Platte A.

BEISPIEL 2

Beide Seiten von Polypropylenfilmen mit Löchern von 0,5 mm Durchmesser bei einem Öffnungsprozentsatz von 15%, einer Dicke von 10 um und einer Breite von 35,5, 36,0, 36,5 bzw. 37,0 mm wurden durch Bedampfen mit metallischem Nickel beschichtet, um ein elektrisch leitendes Substrat zu erhalten. Die Dicke der Nickelschicht betrug 2,5 um. Dann wurde die Platte B in gleicher Weise wie die Platte A hergestellt. In diesem Beispiel wurde ein Polypropylenfilm verwendet, jedoch können ebenso beliebige Filme aus Polyethylen, Nylon, Polytetrafluorethylen, etc., welche in einer alkalischen Lösung stabil sind, verwendet werden. Der Kunstharzfilm kann durch ein galvanisches oder chemisches Beschichtungsverfahren anstelle des Bedampfens vernickelt werden, um ein ähnliches elektrisch leitendes Substrat zu erhalten.

BEISPIELE 3 und 4

Die Platten C und D wurden in gleicher Weise wie in den BEISPIELEN 1 und 2 hergestellt, abgesehen davon, daß ein Nickel-plattiertes Lochmetall von 36,0 mm Breite anstelle der Nickelfolie und des Nickel-beschichteten Polypropylenfilms von 36,0 mm Breite verwendet wurde. Das heißt, die Platten C und D entsprechen den Platten A und B, in welchen jeweils ein dickeres Nickel-plattiertes Eisenlochblech in der Mitte eingesetzt wurde. Das verwendete Nickel-plattierte Lochblech besaß Löcher von 1 mm Durchmesser bei einem Öffnungsprozentsatz von 50%, eine Dicke von 50 um und eine Breite von 36 mm.

BEISPIEL 5

Löcher von 1 mm Durchmesser wurden mit einem Öffnungsprozentsatz von 1% durch die Platte B gebohrt. Eine leitende Paste, hergestellt durch Verkneten von 70 Teilen Nickelpulver und 30 Teilen einer 10%-igen wäßrigen Carboxymethylzellulose-Lösung, wurde in die Löcher gefüllt, um die Platte E herzustellen. Als leitende Paste 8 läßt sich eine Mischung aus Ni-Pulver und Kunstharz verwenden, weiter läßt sich auch ein Ni-Stift verwenden, bei dem es sich um einen Leiter handelt.
Dann wurden Batterien unter Verwendung der Platte B, der Platte D und der Platte E gefertigt und ihre Kennlinien bewertet.
Jede Platte wurde auf eine Länge von 85 mm geschnitten und diese Platte als positive Platte 4 verwendet. Außerdem wurde die negative Platte 6 auf folgende Weise hergestellt. MmNi3,7Mn0,4Al0,3CO0,6, bei dem es sich um eine MmNi&sub5;-basierte Wasserstoff-speichernde Legierung handelt, wurde gemahlen und diesem eine 1,5 Gew.-% -ige wäßrige Carboxymethylzellulose-Lösung zugesetzt, um eine Paste herzustellen. Diese Paste wurde in ein Schaumnickelblech von einer Porösität von 95% und einer Dicke von 0,8 mm eingefüllt, gefolgt davon, daß es auf eine Dicke von 0,4 mm gepreßt wurde, um eine Elektrode herzustellen. Eine 5%-ige Fluorharz-Dispersion wurde auf die Oberfläche der Elektrode aufgebracht. Diese Elektrode aus einer Wasserstoff-speichernden Legierung vom pastierten Typ wurde auf 35 mm Breite und 120 mm Länge zugeschnitten und an dieser mittels Punktschweißen eine Bleiplatte angebracht. Diese negative Platte 6 und die Platte B, die Platte D oder die Platte E, zwischen die ein Separator aus Polypropylen-Vliesstoff, der einer Hydrophilisierungsbehandlung unterzogen wurde, eingefügt wurde, wurden zu einer Spirale gerollt und diese zur Herstellung einer gasdichten Nickel-Wasserstoff- Speicherbatterie in ein Gehäuse 7 eingesetzt, welches mit einem Elektrolyt befüllt wurde, der durch Auflösen von 30 g/l Lithiumhydroxid in einer wäßrigen Kaliumhydroxid-Lösung von einer spezifischen Dichte von 1,30 hergestellt wurde. Auf diese Weise wurden Batterien B, D und E vom Typ mit 4/5A und einer Nennkapazität von 1400 mAh entsprechend den Platten b, d bzw. e hergestellt. Fig. 5 zeigt eine Schnittansicht der Batterie B.
Zum Vergleich wurde die Batterie F in gleicher Weise wie obenstehend unter Verwendung einer Nickelelektrode, die durch Beschichten beider Seiten eines als elektrisch leitendes Substrat dienenden Lochblechs von einer Dicke von 70 um und Löchern von 2 mm Durchmesser bei einem Öffnungsprozentsatz von 50% mit dem gleichen aktiven Material wie in Beispiel 1 mit einer Dicke von 1500 um gefertigt und auf eine Gesamtdicke von 0,7 mm gepreßt.
Die Batterien B, D, E und F wurden der herkömmlichen Formierung unterzogen und dann ihre Entlade-Kennlinien bewertet. Sie wurden bei 0,2 CmA 6 Stunden lang geladen und dann mit 0,2, 1, und 3 CmA bis auf 1,0 V entladen. Die Ergebnisse sind in TABELLE 1 gezeigt. TABELLE 1
Aus den obigen Ergebnissen ist zu ersehen, daß die Batterien B, D und E, hinsichtlich der Ausnutzung des aktiven Materials und der Entladespannung, Batterie F überlegen waren. Insbesondere war die Entladespannung bei einem Hochgeschwindigkeits-Entladen in den Batterien D und E hoch.
Als nächstes wurden die Batterien B, D, E und F einem Zykluslebensdauer-Test unterzogen, bei welchem das Laden bei 0,5 CmA bei Raumtemperatur 3 Stunden lang und das Entladen bei 1 CmA bis auf 0,9 V erfolgte. Die Zyklusanzahl, die erforderlich war, damit die Entladekapazität 60% der Anfangskapazität erreichte, ist in TABELLE 2 dargestellt. TABELLE 2
Aus den Ergebnissen ist zu ersehen, daß die Zykluslebensdauer der Batterien B, D und E gegenüber der Batterie F deutlich verlängert war.
In diesem BEISPIEL wurde eine Wasserstoff-speichernde Legierung für die negative Elektrode verwendet, jedoch werden die Batterie-Kennlinien in ähnlicher Weise verbessert, wenn eine Cadmiumelektrode, eine Eisenelektrode und eine Zinkelektrode als negative Elektrode verwendet werden.
Wie oben erwähnt, weist die Nickelelektrode der alkalischen Speicherbatterien gemäß der Erfindung eine Struktur auf, welche eine Mehrzahl von Aktivmaterialschichten, von denen jede eine Dicke von 20 bis 250 um besitzt, und eine Mehrzahl von elektrisch leitenden Substraten, von denen jedes eine Dicke von 5 bis 60 um besitzt, beinhaltet, die einander abwechselnd angeordnet und integriert sind, und die elektrisch leitenden Substrate sind elektrisch und mechanisch jeweils über einen Teil des elektrisch leitenden Substrats verbunden. Daher erhält man Nickelelektroden vom pastierten Typ, bei denen die Ausnutzung des aktiven Materials, die Entladespannungs-Kennlinien und die Lade-Entlade-Wiederholungs-Kennlinien hervorragend sind.

Claims

1. Alkalische Speicherbatterie aufweisend: eine positive Elektrode aus Nickel (4), eine negative Elektrode (6) und einen alkalischen Elektrolyten, wobei die positive Nickelelektrode (4) eine Mehrzahl Elektrodenblätter beinhaltet, von welchen jedes ein mit einem aktiven Material (1) beschichtetes elektrisch leitendes Substrat (2) aufweist und welche so übereinandergeschichtet und integriert sind, daß das elektrisch leitende Substrat (2) und die Schicht aus aktivem Material einander abwechseln, wobei die Mehrzahl elektrisch leitender Substrate (2) elektrisch und mechanisch über einen Teil der jeweiligen elektrisch leitenden Substrate verbunden sind, das elektrisch leitende Substrat (2) eine Dicke von 5-60 um aufweist und die auf das elektrisch leitende Substrat (2) aufgebrachte Schicht aus aktivem Material (1) eine Dicke von 20-250 um aufweist.

2. Alkalische Speicherbatterie nach Anspruch 1, bei welcher von der Mehrzahl der elektrisch leitenden Substrate (2), die miteinander über einen Teil von diesen verbunden sind, mindestens eines dicker ist als andere.

3. Alkalische Speicherbatterie nach Anspruch 2, bei welcher die Dicke des dickeren elektrisch leitenden Substrats (2) das 3- bis 10-fache von der der anderen elektrisch leitenden Substrate (2) beträgt und um den Mittelpunkt der positiven Nickelelektrode (4) herum angeordnet ist.

4. Alkalische Speicherbatterie nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher die elektrische leitenden Substrate (2) Löcher von 0,1 bis 1 mm Durchmesser bei einem Öffnungsprozentsatz von 10-60% aufweisen.

5. Alkalische Speicherbatterie nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher das elektrische leitende Substrat (2) eine Nickelfolie von 2-5 um Dicke, einen Kunstharzfilm oder ein perforiertes Nickelstahlblech aufweist, die auf beiden Seiten mit Nickel von 2-5 um Dicke beschichtet sind.

6. Verfahren zur Herstellung einer Nickelelektrode für alkalische Speicherbatterien, welches das Übereinanderschichten und Integrieren einer Mehrzahl Elektrodenblätter umfaßt, wobei jedes dieser Elektrodenblätter ein mit einem aktiven Material beschichtetes elektrisch leitendes Substrat beinhaltet und die Integration der Elektrodenblätter ausgeführt wird durch Beschichten von einer oder beiden Seiten des elektrisch leitenden Substrats mit einer Aktivmaterialpaste, Übereinanderschichten der Mehrzahl Elektrodenblätter, wobei sich die Paste in einem vor dem Trocken klebrigen Zustand befindet, so daß das elektrisch leitende Substrat und die Aktivmaterialpaste einander abwechseln, und Pressen des übereinandergeschichteten Materials, um dieses zu verbinden.

7. Verfahren zur Herstellung einer Nickelelektrode für alkalische Speicherbatterien, welches das Übereinanderschichten und Integrieren einer Mehrzahl Elektrodenblätter nach Anspruch 6 umfaßt, wobei jedes dieser Elektrodenblätter ein mit einem aktiven Material beschichtetes elektrisch leitendes Substrat beinhaltet, eine Mehrzahl der elektrisch leitenden Substrate elektrisch und mechanisch über einen Teil der jeweiligen elektrisch leitenden Substrate verbunden werden und die sich von ihrer Länge unterscheidenden elektrisch leitenden Substrate mit einer Aktivmaterialpaste auf gleichbleibender Länge derart beschichtet werden, daß ein nicht mit aktivem Material beschichteter Abschnitt an einem Ende der elektrisch leitenden Substrate vorgesehen ist, eine Mehrzahl Elektrodenblätter übereinander angeordnet werden und ihre Enden dabei nivelliert und eben angeordnet sind, und dann ein Verbindungselement mit dem unbeschichteten Abschnitt von jedem elektrisch leitenden Substrat verschweißt wird.

8. Verfahren zur Herstellung einer Nickelelektrode für alkalische Speicherbatterien, welches das Übereinanderschichten und Integrieren einer Mehrzahl Elektrodenblätter nach Anspruch 6 umfaßt, wobei jedes dieser Elektrodenblätter ein mit einem aktiven Material beschichtetes elektrisch leitendes Substrat beinhaltet, eine Mehrzahl der elektrisch leitenden Substrate elektrisch und mechanisch über einen Teil der jeweiligen elektrisch leitenden Substrate verbunden werden und die sich von ihrer Länge unterscheidenden elektrisch leitenden Substrate mit einer Aktivmaterialpaste derart beschichtet werden, daß ein nicht mit aktivem Material beschichteter Abschnitt an einem Ende der elektrisch leitenden Substrate vorgesehen ist, eine Mehrzahl Elektrodenblätter übereinander angeordnet werden und ihre Enden dabei gestuft angeordnet sind, und dann ein Verbindungselement mit dem unbeschichteten Abschnitt von jedem elektrisch leitenden Substrat verschweißt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, bei welchem das Verbindungselement aus Nickel besteht.

10. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, bei welchem das Verbindungselement ein Band oder eine Umhüllung ist, die aus Nickel besteht.

11. Verfahren zur Herstellung einer Nickelelektrode für alkalische Speicherbatterien, welches das Übereinanderschichten und Integrieren einer Mehrzahl Elektrodenblätter nach Anspruch 6 umfaßt, wobei jedes dieser Elektrodenblätter ein mit einem aktiven Material beschichtetes elektrisch leitendes Substrat beinhaltet, eine Mehrzahl elektrisch leitender Substrate elektrisch und mechanisch über einen Teil der jeweiligen elektrisch leitenden Substrate verbunden werden, Löcher von 0,1-1 mm Durchmesser durch die Mehrzahl übereinandergeschichteter Elektrodenblätter gebohrt werden und die elektrisch leitenden Substrate miteinander durch Füllen der Löcher mit einer leitenden Paste oder einem Leiter verbunden werden.

12. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, bei welchem Löcher von 0,1-1 mm Durchmesser durch eine Mehrzahl übereinandergeschichteter Elektrodenblätter gebohrt werden und die elektrisch leitenden Substrate miteinander durch Füllen der Löcher mit einer leitenden Paste oder einem Leiter verbunden werden.

13. Verfahren zur Herstellung einer Nickelelektrode für alkalische Speicherbatterien, welches das Übereinanderschichten und Integrieren einer Mehrzahl Elektrodenblätter umfaßt, wobei dieses Elektrodenblatt ein mit einem aktiven Material beschichtetes elektrisch leitendes Substrat beinhaltet, eine Mehrzahl der elektrisch leitenden Substrate elektrisch und mechanisch über einen Teil der jeweiligen elektrisch leitenden Substrate verbunden werden und die sich von ihrer Länge unterscheidenden elektrisch leitenden Substrate mit einer Aktivmaterialpaste auf gleichbleibender Länge und derart beschichtet werden, daß ein nicht mit aktivem Material beschichteter Abschnitt an einem Ende der elektrisch leitenden Substrate vorgesehen ist, eine Mehrzahl Elektrodenblätter übereinander angeordnet werden und ihre Enden dabei nivelliert und eben angeordnet sind, ein Verbindungselement mit dem unbeschichteten Abschnitt eines jeden elektrisch leitenden Substrats verschweißt wird, Löcher von 0,1-1 mm Durchmesser durch die Mehrzahl übereinandergeschichteter Elektrodenblätter gebohrt werden und die elektrisch leitenden Substrate miteinander durch Füllen der Löcher mit einer leitenden Paste oder einem Leiter verbunden werden.