ПОЛОЖИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОД И ЩЕЛОЧНАЯ АККУМУЛЯТОРНАЯ БАТАРЕЯ, СОДЕРЖАЩАЯ ЕГО Российский патент 2019 года по МПК H01M4/24 H01M10/24 

Область техники

Настоящее изобретение относится к положительному электроду и щелочной аккумуляторной батарее, содержащей такой положительный электрод.

Уровень техники

В качестве подложки положительного электрода для щелочной аккумуляторной батареи использовалась подложка из вспененного никеля (пористый лист) на предшествующем уровне техники для того, чтобы улучшать токосборные свойства и т.п. Здесь, публикация японской нерассмотренной патентной заявки № 2002-175833 (JP 2002-175833 A) раскрывает щелочную аккумуляторную батарею, содержащую положительный электрод, в котором, с помощью способа прокатки металлического порошка, композитный материал электрода поддерживается на пористом металлическом листе, в котором сформировано множество отверстий, имеющих заусенчатую часть в периферийной части.

Сущность изобретения

Подложка, имеющая пористую структуру (губчатую структуру), такую как пористый лист вспененного Ni, имеет отличные токосборные свойства, но имеет проблему высокого электрического сопротивления, поскольку она является пористой. Поскольку щелочная аккумуляторная батарея, использующая подложку положительного электрода, имеющую высокое электрическое сопротивление, имеет высокое сопротивление аккумулятора (внутреннее сопротивление), потеря является большой, и трудно увеличивать выходную мощность.

Для того, чтобы уменьшать потерю и увеличивать выходную мощность щелочной аккумуляторной батареи, желательно дополнительно уменьшать сопротивление (уменьшать внутреннее сопротивление) щелочной аккумуляторной батареи. В частности, в щелочных аккумуляторных батареях, используемых в качестве источников приводной мощности (автомобильный аккумулятор) для гибридных транспортных средств (HV), гибридных транспортных средств со штепсельным контактом (PHV), электрических транспортных средств (EV) и т.п., для которых высокая выходная мощность является необходимой, существует сильная потребность в более низком сопротивлении.

Следовательно, настоящее изобретение предоставляет положительный электрод для щелочной аккумуляторной батареи, посредством которого представляется возможным уменьшать внутреннее сопротивление щелочной аккумуляторной батареи, и щелочную аккумуляторную батарею, использующую его.

Первый аспект настоящего изобретения является положительным электродом для щелочной аккумуляторной батареи, включающим в себя подложку положительного электрода, содержащую Ni-фольгу или Ni-плакированную стальную фольгу и композитный материал положительного электрода, который предусматривается, по меньшей мере, на одной поверхности подложки положительного электрода. Композитный материал положительного электрода содержит активный материал положительного электрода. Активный материал положительного электрода содержит гидроксид никеля, покрытый оксогидроксидом кобальта. Удельный вес композитного материала положительного электрода относительно одной поверхности подложки положительного электрода равен 0,02-0,035 г/см².

В положительном электроде для щелочной аккумуляторной батареи (далее в данном документе сокращенно "положительный электрод" в некоторых случаях) настоящего изобретения, предполагается, что, когда Ni-фольга или Ni-плакированная стальная фольга используется в качестве подложки положительного электрода, электрическое сопротивление подложки положительного электрода уменьшается по сравнению со случаем, в котором используется пористая подложка того же объема. Однако, согласно исследованиям, выполненным изобретателями, было обнаружено, что трудно уменьшать внутреннее сопротивление аккумулятора, включающего в себя положительный электрод, просто посредством использования Ni-фольги или Ni-плакированной стальной фольги в качестве подложки положительного электрода, а когда удельный вес композитного материала положительного электрода относительно одно стороны подложки положительного электрода ограничивается диапазоном 0,02-0,035 г/см², эффект уменьшения внутреннего сопротивления аккумулятора получается по сравнению со случаем, в котором подложка положительного электрода является пористой подложкой.

Предполагается, это должно быть вызвано тем фактом, что, когда удельный вес композитного материала положительного электрода является относительно большим, поскольку электропроводность всего положительного электрода ухудшается, достаточный эффект уменьшения внутреннего сопротивления аккумулятора не достигается. Кроме того, предполагается, это должно быть вызвано тем фактом, что, когда удельный вес композитного материала положительного электрода является относительно меньшим, поскольку пропорциональная доля (толщина) разделителя увеличивается, и сопротивление всей электродной группы (положительный электрод, отрицательный электрод и разделитель) увеличивается, достаточный эффект уменьшения внутреннего сопротивления аккумулятора не достигается.

Следовательно, согласно настоящему изобретению, когда Ni-фольга или Ni-плакированная стальная фольга используется в качестве подложки положительного электрода, и удельный вес композитного материала положительного электрода относительно одной стороны подложки положительного электрода устанавливается равным 0,02-0,035 г/см², представляется возможным предоставлять положительный электрод для щелочной аккумуляторной батареи, посредством которого представляется возможным уменьшать внутреннее сопротивление щелочной аккумуляторной батареи.

В первом аспекте толщина подложки положительного электрода может быть равной 5-35 мкм. Когда толщина подложки положительного электрода (Ni-фольга или Ni-плакированная стальная фольга) находится в этом диапазоне, эффект уменьшения внутреннего сопротивления аккумулятора может быть получен более надежным образом. Предполагается, что это должно быть вызвано тем фактом, что, когда толщина подложки положительного электрода является слишком тонкой, поскольку сопротивление подложки положительного электрода увеличивается, электропроводность всей электродной группы (положительный электрод, отрицательный электрод и разделитель) уменьшается. Кроме того, предполагается, что это должно быть вызвано тем фактом, что, когда толщина подложки положительного электрода является слишком толстой, поскольку пропорциональная доля активного материала (активного материала положительного электрода) становится относительно меньшей, электропроводность всей электродной группы уменьшается.

Второй аспект настоящего изобретения является щелочной аккумуляторной батареей (далее в данном документе сокращенно "аккумулятор" в некоторых случаях), включающей в себя этот положительный электрод. Когда положительный электрод содержится, представляется возможным уменьшать внутреннее сопротивление аккумулятора. Кроме того, согласно уменьшению внутреннего сопротивления аккумулятора, может ожидаться низкая потеря и высокая выходная мощность аккумулятора.

Во втором аспекте отрицательный электрод, содержащий сплав хранения водорода, может дополнительно содержаться.

Краткое описание чертежей

Признаки, преимущества и техническое и промышленное значение примерных вариантов осуществления изобретения будут описаны ниже со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых аналогичные номера обозначают аналогичные элементы, и на которых:

Фиг. 1 - схематичный чертеж примера конфигурации щелочной аккумуляторной батареи настоящего варианта осуществления;

Фиг. 2 - график, показывающий соотношение между удельным весом композитного материала положительного электрода в тестовом примере 1 и внутренним сопротивлением DC (DCIR) аккумулятора; и

Фиг. 3 - график, показывающий соотношение между толщиной подложки положительного электрода (Ni-фольга) в тестовом примере 2 и внутреннем сопротивлением DC (DCIR) аккумулятора.

Подробное описание вариантов осуществления изобретения

Варианты осуществления (настоящий вариант осуществления) настоящего изобретения будут описаны ниже. Однако, следующее описание не ограничивает рамки формулы изобретения.

В настоящем варианте осуществления "щелочная аккумуляторная батарея", в целом, ссылается на аккумуляторную батарею, в которой электролитический раствор является щелочным водным раствором. Примеры щелочной аккумуляторной батареи включают в себя никель-гидридный аккумулятор, никель-кадмиевый аккумулятор, никель-цинковый аккумулятор и никель-железный аккумулятор.

В то время как никель-гидридный аккумулятор будет приведен в пример ниже в качестве щелочной аккумуляторной батареи, щелочная аккумуляторная батарея настоящего варианта осуществления не ограничивается никель-гидридным аккумулятором, пока она включает в себя положительный электрод настоящего изобретения.

Щелочная аккумуляторная батарея

Фиг. 1 представляет собой концептуальную схему примера конфигурации щелочной аккумуляторной батареи согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Аккумулятор 100 включает в себя кожух 105. В кожухе 105 размещаются электродная группа 104 и электролитический раствор (не показан).

Кожух 105 герметизируется. Кожух 105 может быть изготовлен из металла, например, Al-сплава, нержавеющей стали (SUS) или железа (Fe) или изготовлен из полимера. Кожух 105 может включать в себя механизм прерывания тока (CID), газоотводящий клапан, отверстие для впрыска и т.п.

Электродная группа 104 включает в себя положительный электрод 101, отрицательный электрод 102 и разделители 103. Положительный электрод 101 обращен лицевой стороной к отрицательному электроду 102 с разделителем, вставленным между ними. Электролитический раствор пропитывает положительный электрод 101, отрицательный электрод 102 и разделитель 103.

Например, как показано на фиг. 1, положительный электрод 101, разделитель 103, отрицательный электрод 102 и разделитель 103 наслаиваются так, что разделитель 103 вставляется между положительным электродом 101 и отрицательным электродом 102, и дополнительно наматывается в спиральную форму, и, таким образом, может быть получена электродная группа 104. Здесь, настоящий вариант осуществления не ограничивается этим. Например, положительный электрод 101 и отрицательный электрод 102 могут поочередно быть наслоены с разделителем 103 между ними, и, таким образом, электродная группа 104 может быть сформирована.

Кроме того, биполярные электродные пластины могут быть наслоены, чтобы формировать электродную группу 104, имеющую биполярную структуру. Биполярная электродная пластина включает в себя токосборную пластину (подложку), слой активного материала положительного электрода, расположенный на одной стороне токосборной пластины, и слой активного материала отрицательного электрода, расположенный на другой поверхности токосборной пластины. Согласно электродной группе, имеющей биполярную структуру, представляется возможным формировать компактный аккумулятор, имеющий высокое напряжение. Здесь, поскольку композитный материал положительного электрода и композитный материал отрицательного электрода располагаются на передней и задней сторонах подложки биполярного электрода, пористый материал, такой как вспененный никель, не может быть использован, и необходимо использовать металлическую фольгу или т.п. в качестве подложки.

Положительный электрод

Положительный электрод 101 включает в себя подложку положительного электрода и композитный материал положительного электрода, предусмотренный, по меньшей мере, на одной стороне подложки положительного электрода. Положительный электрод 101 может иметь, например, форму пластины или форму листа. Его пластинчатая форма может иметь, например, форму полосы или прямоугольную форму. Положительный электрод 101 может иметь, например, толщину около 10 мкм - 1 мм.

Подложка положительного электрода является Ni-фольгой или Ni-плакированной стальной фольгой. Поверхность подложки положительного электрода не должна обязательно быть плоской. Толщина подложки положительного электрода предпочтительно равна 5-35 мкм. Считается, что, когда толщина подложки положительного электрода находится в этом диапазоне, эффект уменьшения внутреннего сопротивления аккумулятора может быть получен более надежно.

Композитный материал положительного электрода содержит активный материал положительного электрода. Активный материал положительного электрода содержит гидроксид никеля, покрытый оксогидроксидом кобальта.

Здесь, гидроксд никеля функционирует в качестве активного материала положительного электрода. Т.е., гидроксид никеля в разряженном состоянии является гидроксидом никеля (II) [Ni(OH)₂], и гидроксид никеля в заряженном состоянии является оксогидкроксидом никеля [NiOOH]. Следовательно, в настоящем изобретении, "содержит гидроксид никеля" ссылается на содержание, по меньшей мере, одного из гидроксида никеля (II) и оксогидроксида никеля.

Следовательно, в качестве исходного материала для активного материала положительного электрода может быть приготовлен гидроксид никеля (II) в разряженном состоянии, или может быть приготовлен оксогидроксид никеля в заряженном состоянии.

Положительный электрод настоящего варианта осуществления может быть положительным электродом, прежде чем он включается в аккумулятор, или положительным электродом, после того как он включается в аккумулятор.

В положительном электроде, прежде чем он включается в аккумулятор, в качестве примера, в котором активный материал положительного электрода содержит "гидроксид никеля, покрытый оксогидроксидом кобальта", случай, в котором порошок гидроксида никеля, покрытый оксогидроксидом кобальта [CoOOH] заранее, или т.п. используется в качестве исходного материала для активного материала положительного электрода, чтобы получать положительный электрод, может быть приведен в качестве примера.

Кроме того, в положительном электроде, после того как он включается в аккумулятор, в качестве примера, в котором активный материал положительного электрода содержит "гидроксид никеля, покрытый оксогидроксидом кобальта", аналогично, случай, в котором порошок гидроксида никеля, покрытый оксогидроксидом кобальта [CoOOH] заранее, или т.п. используется в качестве исходного материала для активного материала положительного электрода, чтобы получать положительный электрод, может быть приведен в качестве примера.

Однако, в положительном электроде, после того как он включается в аккумулятор, в качестве примера, в котором активный материал положительного электрода содержит "гидроксид никеля, покрытый оксогидроксидом кобальта", в дополнение к этому, случай, в котором порошок гидроксида никеля, покрытый гидроксидом кобальта [Co(OH)₂] заранее, или т.п. используется в качестве исходного материала для активного материала положительного электрода, чтобы получать положительный электрод, может быть приведен в качестве примера. Здесь, гидроксид никеля, покрытый гидроксидом кобальта, преобразуется в оксогидроксид кобальта, когда гидроксид кобальта необратимо окисляется вследствие первоначального заряда или т.п., и, таким образом, получается "гидроксид никеля, покрытый оксогидроксидом кобальта".

Кроме того, в положительном электроде, прежде чем он включается в аккумулятор, даже если гидроксид никеля не покрыт гидроксидом кобальта или оксогидроксидом кобальта, когда композитный материал положительного электрода содержит гидроксид кобальта (токопроводящий материал), в положительном электроде, после того как он включается в аккумулятор, активный материал положительного электрода может содержать "гидроксид никеля, покрытый оксогидроксидом кобальта". Это обусловлено тем, что гидроксид кобальта растворяется первым в электролитическом растворе (щелочной водный раствор) и затем выпадает в осадок на поверхность гидроксида никеля и окисляется во время первоначальной зарядки и становится оксогидроксидом кобальта.

Здесь, "гидроксид никеля, покрытый оксогидроксидом кобальта" означает, что, по меньшей мере, часть поверхности гидроксида никеля является покрытой, но не обязательно покрывать всю поверхность гидроксида никеля.

Активный материал положительного электрода может содержать другие элементы, составы и т.п., пока гидроксид никеля, покрытый оксогидроксидом кобальта содержится. Примеры других элементов включают в себя магний (Mg), алюминий, марганец (Mn) и цинк (Zn).

Когда активный материал положительного электрода является порошком, порошок может иметь, например, средний размер частиц 1-30 мкм. "Средний размер частиц" в этой спецификации ссылается на размер частицы, при котором совокупный объем со стороны тонкодисперсных включений равен 50% общего объема в распределении размера частиц на основе объема, измеренном способом лазерного дифракционного рассеяния. Активный материал положительного электрода может быть синтезирован или приобретен.

Композитный материал положительного электрода может содержать другие материалы, пока содержится активный материал положительного электрода. Примеры других материалов включают в себя связующее вещество и токопроводящий материал.

Связующее вещество особым образом не ограничивается. Связующее вещество может быть, например, карбоксиметилцеллюлозой (CMC), поливиниловым спиртом (PVA), гидроксипропилцеллюлозой (HPC), полиакриловой кислотой (PAA), политетрафторэтиленом (PTFE), тетрафторэтиленом и перфторалкилвиниловым эфирным сополимером (PFA), тетрафторэтиленом или гексафторпропиленовым сополимером (FEP), стироль-бутадиеновым каучуком (SBR) или бутадиенакрилонитрильным каучуком (NBR). Один тип связующего вещества может быть использован отдельно, и два или более типов связующих веществ могут быть использованы в сочетании. Содержание связующего вещества может быть равным, например, от 0,1 части по массе до 10 частей по массе относительно 100 частей по массе активного материала положительного электрода.

Токопроводящий материал особым образом не ограничивается. Токопроводящий материал может быть, например, углеродной сажей, углеродными волокнами, выращенными из паровой фазы (VGCF), графитом, оксидом кобальта (CoO) или гидроксидом кобальта [Co(OH)₂]. Здесь, как описано выше, когда гидроксид никеля, который является активным материалом положительного электрода, не покрывается гидроксидом кобальта или оксогидроксидом кобальта, токопроводящий материал может содержать гидроксид кобальта. Один тип токопроводящего материала может быть использован отдельно, или два или более типов токопроводящих материалов могут быть использованы в сочетании. Содержание токопроводящего материала может быть равным, например, от 0,1 части по массе до 20 частей по массе относительно 100 частей по массе активного материала положительного электрода.

Например, порошок исходного материала для композитного материала положительного электрода, содержащего активный материал положительного электрода, связующее вещество и т.п., и растворитель смешиваются, чтобы приготавливать пасту положительного электрода. Растворитель может быть соответственно выбран согласно типу связующего вещества и т.п. Растворитель типично является водой. Паста положительного электрода наносится на поверхность подложки положительного электрода и сушится, чтобы получать положительный электрод. Положительный электрод может быть прокатан, так что он имеет предварительно определенную толщину. Положительный электрод может быть разрезан в предварительно определенную форму режущим устройством или т.п. Положительный электрод может быть разрезан в плоскую форму, например, форму полосы или прямоугольную форму.

Удельный вес (масса на единицу площади) композитного материала положительного электрода относительно одной стороны подложки положительного электрода равен 0,02-0,035 г/см². Здесь, когда удельный вес композитного материала положительного электрода задается в этом диапазоне, представляется возможным уменьшать внутреннее сопротивление аккумулятора по сравнению с тем, когда подложка положительного электрода является пористой подложкой (вспененный Ni или т.п.).

Толщина композитного материала положительного электрода относительно удельного веса композитного материала положительного электрода равна, например, 70-120 мкм на одну сторону.

Здесь, в то время как способ получения положительного электрода с помощью пасты положительного электрода был описан в настоящем варианте осуществления, настоящее изобретение не ограничивается этим. Положительный электрод настоящего варианта осуществления может быть получен, например, посредством засыпки композитного материала положительного электрода на поверхность подложки положительного электрода способом прокатки металлического порошка.

Отрицательный электрод

Отрицательный электрод 102 может иметь, например, форму пластины или форму листа. Его пластинчатая форма может иметь, например, форму полосы или прямоугольную форму. Отрицательный электрод 102 может иметь, например, толщину около 10 мкм - 1 мм.

Отрицательный электрод 102 может содержать сплав хранения водорода. Сплав хранения водорода является сплавом, который обратимо абсорбирует и выпускает водород. Сплав хранения водорода функционирует в качестве активного материала отрицательного электрода. Сплав хранения водорода особым образом не ограничивается.

Примеры сплава хранения водорода включают в себя сплавы типа AB (например, TiFe), сплавы типа AB₂ (например, ZrMn₂, ZrV₂ и ZrNi₂), сплавы типа A₂B (например, Mg₂Ni и Mg₂Cu), сплавы типа AB₅ (например, CaNi₅, LaNi₅ и MmNi₅). Здесь "Mm" указывает смесь редкоземельных металлов, называемую мишметаллом. Один тип сплава хранения водорода может быть использован отдельно, или два или более типов сплавов хранения водорода могут быть использованы в сочетании. Порошок сплава хранения водорода может иметь, например, средний размер частиц от 1 мкм до 30 мкм.

Отрицательный электрод 102 может быть, например, формованным изделием из сплава хранения водорода, или сплавом хранения водорода, который удерживается на подложке отрицательного электрода.

Примеры подложки отрицательного электрода включают в себя пористый металл (такой как вспененная никелевая подложка) и перфорированную металлическую пластину (перфорированный металл). Перфорированная металлическая пластина может быть выполнена, например, из железа. Перфорированная металлическая пластина может быть подвергнута, например, никелированию.

Композитный материал отрицательного электрода может содержать другие материалы, пока сплав хранения водорода (активный материал отрицательного электрода) содержится. Примеры других материалов включают в себя токопроводящий материал и связующее вещество.

Токопроводящий материал особым образом не ограничивается. Примеры токопроводящего материала включают в себя порошок Cu, порошок Ni и материалы, приведенные в пример в качестве токопроводящего материала для положительного электрода 101. Один тип токопроводящего материала может быть использован отдельно, или два или более типов токопроводящих материалов могут быть использованы в сочетании.

Связующее вещество особым образом не ограничивается. Связующее вещество может быть, например, тем же материалом, что и связующее вещество для положительного электрода 101. Один тип связующего вещества может быть использован отдельно, или два или более типов связующих веществ могут быть использованы в сочетании.

Например, порошок исходного материала для композитного материала отрицательного электрода, содержащего активный материал отрицательного электрода, связующее вещество и т.п., и растворитель смешиваются, чтобы приготавливать пасту отрицательного электрода. Паста отрицательного электрода наносится на поверхность подложки отрицательного электрода и сушится, чтобы получать отрицательный электрод. Отрицательный электрод может быть прокатан, так что он имеет предварительно определенную толщину. Отрицательный электрод может быть разрезан в предварительно определенную плоскую форму.

Толщина композитного материала отрицательного электрода равна, например, 40-80 мкм на одну сторону.

Электролитический раствор

Электролитический раствор является щелочным водным раствором. Примеры электролитического раствора включают в себя водный раствор, главным образом, содержащий гидроксид (гидроксид металла), такой как гидроксид калия (KOH), гидроксид натрия (NaOH) или гидроксид лития (LiOH). Здесь, электролитический раствор может содержать один тип гидроксида отдельно или два или более типов гидкросидов. Концентрация гидроксида в электролитическом растворе может быть, например, около 1 моль/л до 20 моль/л.

Разделитель

Разделитель 103 является электроизоляционным пористым листом. Разделитель особым образом не ограничивается, и элемент, известный в качестве разделителя никель-гидридного аккумулятора или т.п., может быть использован. Разделитель 103 может быть, например, нетканым полотном. Нетканое полотно может иметь, например, основной вес 50-100 г/м². Примеры материала разделителя 103 включают в себя полиолефин (полипропилен, полиэтилен или т.п.) и полиамид. Разделителю 103 может быть придана гидрофильность. Например, гидрофильность может быть придана разделителю 103 согласно обработке сульфирования, плазменной обработке или т.п.

Здесь, в аккумуляторе, существует объем электролитического раствора, необходимый для объема активного материала положительного электрода. Соответственно, поскольку объем удержания жидкости, требуемый для разделителя, уменьшается относительно положительного электрода, имеющего небольшой удельный вес композитного материала положительного электрода, как описано выше, представляется возможным уменьшать толщину разделителя. Когда толщина разделителя уменьшается, поскольку плотность активного материала (активного материала положительного электрода и активного материала отрицательного электрода) увеличивается, представляется возможным уменьшать сопротивление аккумулятора (внутреннее сопротивление). В этом отношении, толщина разделителя может быть, например, 50-120 мкм. Здесь, пористость разделителя равна, например, 40-70% объема.

Например, предварительно определенный объем электролитического раствора, требуемый для активного материала положительного электрода, как правило, является известным. Таким образом, аккумулятор компонуется так, что пустоты электродной группы (композитного материала положительного электрода, композитного материала отрицательного электрода и разделителя) имеют почти такой же суммарный объем, что и предварительно определенный объем электролитического раствора. Например, когда требуемый объем электролитического раствора равен A (мл), если суммарный объем пустот композитного материала положительного электрода и композитного материала отрицательного электрода равен B (мл), суммарный объем C пустот разделителя должен быть A-B (мл). Толщина разделителя задается согласно суммарному объему C пустот разделителя, пористости разделителя и площади разделителя. Здесь, объемы пустот композитного материала положительного электрода, композитного материала отрицательного электрода и разделителя могут быть получены из соответствующих объемов (включающих в себя пустые части) и пористости. Соответствующие объемы композитного материала положительного электрода, композитного материала отрицательного электрода и разделителя могут быть получены из площади и толщины.

Применения

Аккумулятор настоящего варианта осуществления может быть использован в качестве источника приводной мощности (автомобильный аккумулятор), например, гибридного транспортного средства (HV), гибридного транспортного средства со штепсельным контактом (PHV) и электрического транспортного средства (EV). Однако, применения аккумулятора настоящего варианта осуществления не ограничиваются источником приводной мощности для автомобилей. Аккумулятор настоящего варианта осуществления может быть применен в любой прикладной задаче.

Примеры настоящего изобретения будут описаны ниже. Однако, следующие примеры не ограничивают рамки формулы изобретения.

Тестовый пример 1

Получение положительного электрода

Порошок (средний размер частиц: 10 мкм) гидроксида никеля (NiOH), покрытого оксогидроксидом кобальта (CoOOH), был приготовлен в качестве активного материала положительного электрода. Был приготовлен водный раствор CMC 0,7% массы. Порошок активного материала положительного электрода и водный раствор CMC были смешаны. Таким образом, была приготовлена паста положительного электрода.

В качестве подложки положительного электрода была приготовлена Ni-фольга с толщиной 15 мкм. Паста положительного электрода была нанесена на обе стороны Ni-фольги и высушена. Объем нанесенной пасты положительного электрода был отрегулирован так, что удельный вес композитного материала положительного электрода после сушки на одну сторону подложки положительного электрода (Ni-фольга) составлял, как показано на фиг. 2. Таким образом, было получено множество типов положительных электродов с различными удельными весами композитного материала положительного электрода. Положительный электрод был прокатан, так что он имеет плотность около 3 г/см³ согласно удельному весу. Положительный электрод был разрезан в форме полосы.

Кроме того, для сравнения, множество типов положительных электродов было получено тем же образом, что и выше, за исключением того, что паста положительного электрода была пропитана во вспененную Ni-подложку, имеющую тот же удельный вес, что и вышеупомянутая Ni-фольга, и высушена, чтобы получать положительный электрод.

Получение отрицательного электрода

Был приготовлен порошок сплава хранения водорода (сплав типа AB₅). Средний размер частиц порошка был 20 мкм.

Порошок сплава хранения водорода, водный раствор CMC и водный дисперсионный раствор PTFE были смешаны. Таким образом, была приготовлена паста отрицательного электрода. Был приготовлен перфорированный металл (толщина: 60 мкм). Паста отрицательного электрода была нанесена на обе стороны перфорированного металла и высушена. Таким образом, был получен отрицательный электрод. Отрицательный электрод был прокатан и разрезан в форму полосы. Разрезанный отрицательный электрод был скомпонован так, что он имел зарядную емкость приблизительно в 1,5 раза больше зарядной емкости положительного электрода.

Сборка аккумулятора

Нетканое полотно, выполненное из полиолефиновых полимерных волокон, было приготовлено в качестве разделителя. Разделитель имел толщину 150 мкм. Положительный электрод, разделитель и отрицательный электрод были расположены так, что положительный электрод обращен к отрицательному электроду с разделителем между ними, и, таким образом, лист электродной группы был сформирован. Лист электродной группы (положительный электрод, разделитель и отрицательный электрод) был намотан в спиральную форму. Таким образом, была сформирована электродная группа. Электродная группа была размещена в кожухе (цилиндрический металлический кожух с крышкой). Электролитический раствор был введен в кожух. Электролитический раствор был водным раствором KOH (7 моль/л). Кожух был герметизирован.

Соответственно, было получено множество типов щелочных аккумуляторных батарей тестового примера 1.

Измерение внутреннего сопротивления DC (DCIR)

Заряженные состояния аккумуляторов, полученных в тестовом примере 1, были отрегулированы так, что состояние заряда (SOC) стало приблизительно равным 60% первоначальной емкости. Затем, аккумуляторы разряжались в атмосфере с температурой 25°C в течение 2 секунд при значении тока 3C, и значение напряжения через 2 секунды, после того как разряд начался, было измерено. Внутреннее сопротивление DC (DCIR) было вычислено из соотношения между величиной падения напряжения и током во время разряда. Здесь, "C" является единицей значения зарядного тока. "1C" указывает значение зарядного тока, при котором состояние заряда (SOC) достигает 100% от 0% согласно заряду в течение 1 часа. Фиг. 2 показывает результаты пробных расчетов DCIR, когда суммарный объем электродной группы (положительный электрод, отрицательный электрод и разделитель) был постоянным согласно результатам измерения для DCIR.

На основе результатов, показанных на фиг. 2, предполагается, что, когда удельный вес композитного материала положительного электрода относительно одной стороны подложки положительного электрода был ограничен диапазоном от 0,02 г/см² до 0,035 г/см², было возможно уменьшать внутреннее сопротивление аккумулятора, включающего в себя электродную группу, имеющую тот же объем, по сравнению со значением DCIR (значением, указанным пунктирной линией на фиг. 2), которое стало минимальным согласно регулировке удельного веса композитного материала положительного электрода, когда подложка положительного электрода была пористой подложкой (вспененный Ni).

Тестовый пример 2

Аккумуляторы были получены тем же образом, что и в тестовом примере 1, за исключением того, что удельный вес композитного материала положительного электрода был 0,03 г/см², а толщина Ni-фольги была изменена, как показано на фиг. 3. DCIR для этих аккумуляторов было измерено тем же образом, что и в тестовом примере 1. Фиг. 3 показывает результаты пробных расчетов DCIR, когда суммарный объем электродной группы был постоянным согласно результатам измерения DCIR.

На основе результатов, показанных на фиг. 3, очевидно, что, когда толщина подложки положительного электрода была 5-35 мкм, эффект уменьшения внутреннего сопротивления аккумулятора может быть получен более надежно.

Вышеупомянутые варианты осуществления и примеры являются только примерами и не должны истолковываться как ограничивающие. Технические рамки, определенные рамками формулы изобретения, включают в себя значения, эквивалентные рамкам формулы изобретения, и все модификации в рамках формулы изобретения.

Изобретение относится к области электротехники, а именно, к положительному электроду для щелочной аккумуляторной батареи, который включает в себя подложку положительного электрода и композитный материал положительного электрода, который предусматривается, по меньшей мере, на одной поверхности подложки положительного электрода. Аккумулятор с таким положительным электродом может быть использован, например, для гибридного транспортного средства со штепсельным контактом или электрического транспортного средства. Подложка положительного электрода содержит Ni-фольгу или Ni-плакированную стальную фольгу, композитный материал положительного электрода содержит активный материал положительного электрода, при этом активный материал положительного электрода содержит гидроксид никеля, покрытый оксогидроксидом кобальта. Удельный вес композитного материала положительного электрода относительно одной поверхности подложки положительного электрода равен 0,02-0,035 г/см². Уменьшение внутреннего сопротивления аккумулятора является техническим результатом изобретения. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Положительный электрод для щелочной аккумуляторной батареи, содержащий:

подложку положительного электрода, содержащую Ni-фольгу или Ni-плакированную стальную фольгу; и

композитный материал положительного электрода, который предусматривается на, по меньшей мере, одной поверхности подложки положительного электрода,

при этом композитный материал положительного электрода содержит активный материал положительного электрода,

активный материал положительного электрода содержит гидроксид никеля, покрытый оксогидроксидом кобальта, и

удельный вес композитного материала положительного электрода относительно одной поверхности подложки положительного электрода равен 0,02-0,035 г/см².

2. Положительный электрод по п. 1, в котором толщина подложки положительного электрода равна 5-35 мкм.

3. Щелочная аккумуляторная батарея, содержащая:

положительный электрод по п. 1 или 2.

4. Щелочная аккумуляторная батарея по п. 3, дополнительно содержащая:

отрицательный электрод, содержащий сплав хранения водорода.