專利名稱：鎳-金屬氫化物蓄電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于工業(yè)應(yīng)用的鎳-金屬氫化物蓄電池，包括氫氧化鎳正電極、 與其分離的金屬氫化物負(fù)電極以及圍繞所述電極的堿性電解液。
背景技術(shù)：
鎳-金屬氫化物蓄電池(簡(jiǎn)稱為NiMH蓄電池)本身在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的，因此在這點(diǎn)上不需要詳細(xì)描述特定清單或現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)。鎳-金屬氫化物蓄電池具有由氫氧化鎳構(gòu)成的正電極。負(fù)電極由金屬氫化物形成。使用堿性溶液(例如，苛性鉀溶液)作為電解液。實(shí)踐證明，鎳-金屬氫化物蓄電池在日常使用中是有利的。與鎳-鎘蓄電池相比， 在相同電壓下，鎳-金屬氫化物蓄電池提供將近兩倍的能量密度。另外，鎳-金屬氫化物蓄電池比鎳-鎘蓄電池更耐用，且完全不含有毒的重金屬鎘。然而，鎳-金屬氫化物蓄電池不利地對(duì)過熱有敏感反應(yīng)。這樣的過熱可以是由例如過充導(dǎo)致的結(jié)果。過熱可導(dǎo)致電荷，即鎳-金屬氫化物蓄電池的容量減少，從而導(dǎo)致使用壽命減少。DE 102008044162A1公開了一種電池，其中設(shè)置至少一個(gè)導(dǎo)熱元件，以提高導(dǎo)熱性。在該案例中提出的導(dǎo)熱元件基本上被設(shè)計(jì)為是由金屬構(gòu)成的棒狀或盤狀元件。DE 102008044162A1的這種設(shè)計(jì)的目的在于，既提高導(dǎo)熱性以降低高速率充放電時(shí)的溫度，又實(shí)現(xiàn)在低溫下更快地將電池加熱到特定的最小電池溫度。因此，DE 102008044162A1提出了使用固體構(gòu)件作為導(dǎo)熱元件，更具體地為金屬元件，其中，根據(jù)DE 102008044162A1的教導(dǎo)，應(yīng)使用具有最大導(dǎo)熱性的導(dǎo)熱元件來(lái)處理并獲得電池內(nèi)最快的熱分布，以便即使在低溫下也能實(shí)現(xiàn)最快地加熱到最小電池溫度。DE 69836374T2公開了一種用于混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，包括NMH電池模塊，所述NMH電池模塊提供高比能以增加汽車的工作范圍，并展現(xiàn)良好的熱管理。后者是通過對(duì)電極添加導(dǎo)熱材料來(lái)獲得的。例如，這些添加的材料可以以導(dǎo)電材料對(duì)電極進(jìn)行電鍍的形式提供。與上述DE 102008044162A1類似，DE 69836374T2也涉及提高電池內(nèi)的導(dǎo)熱性。DE 19823916A1公開了一種電池,其包括用于使電解液循環(huán)的液體電解液循環(huán)裝置。通過這種循環(huán)可以改善電池的不同區(qū)域的酸化學(xué)計(jì)量比，因此可改善電極表面的利用率。安裝有通過對(duì)流來(lái)循環(huán)電解液的加熱或冷卻系統(tǒng)，以用于電池是靜止的情況，也就是說(shuō)承載電池的汽車不移動(dòng)的情況。由DE 69812826T2可獲知免維護(hù)的工業(yè)蓄電池，更具體地為一種開放式設(shè)計(jì)的蓄電池。其提出，為了避免由過充引起的水流失并因此避免蓄電池的過熱，提供電解液，其數(shù)量與受限于組件的微孔的量相比是過量的，其中過量的電解液至少部分地被儲(chǔ)存在機(jī)電組的底部和容器的底部之間，且其中使用額外的裝置來(lái)再結(jié)合氧。該設(shè)置旨在確保，在該蓄電池呈現(xiàn)的三個(gè)操作階段內(nèi)，機(jī)電組不會(huì)變干。

發(fā)明內(nèi)容
從以上描述的情況出發(fā)，本發(fā)明的目的在于提出一種鎳-金屬氫化物蓄電池，其與現(xiàn)有技術(shù)相比得到改善，特別是對(duì)溫度的影響不敏感。為了實(shí)現(xiàn)該目的，本發(fā)明提出一種鎳-金屬氫化物蓄電池，其特征在于熱裝置，該熱裝置提高了蓄電池的比熱容量并且是由額外的電解液體積形成的；其中蓄電池包括容納有電極和電解液的塑料材料外殼，并具有減壓閥。根據(jù)本發(fā)明的蓄電池配備有熱裝置，所述熱裝置提高了蓄電池的比熱容量。由于該設(shè)計(jì)，根據(jù)本發(fā)明的鎳-金屬氫化物蓄電池可吸收額外的熱能而不會(huì)過熱。因此，在受到溫度影響的所有情況下，與現(xiàn)有技術(shù)相比，根據(jù)本發(fā)明的鎳-金屬氫化物蓄電池更不易受溫度的影響，由此有利地將電荷(也就是蓄電池的容量)降低到較少的程度。其結(jié)果是，蓄電池的總體使用壽命延長(zhǎng)了。根據(jù)本發(fā)明的設(shè)計(jì)允許在工業(yè)應(yīng)用中更多的使用鎳-金屬氫化物蓄電池，例如作為混合動(dòng)力汽車的電池。得益于根據(jù)本發(fā)明的設(shè)計(jì)，因過充導(dǎo)致的過熱風(fēng)險(xiǎn)被最小化，由此根據(jù)本發(fā)明的蓄電池與現(xiàn)有技術(shù)中的蓄電池相比更容易使用。依照本發(fā)明，由額外的電解液體積形成熱裝置。在一般類型蓄電池的常規(guī)操作中， 設(shè)置足夠的電解液，以使電極或用于分離電極的分離器能夠被電解液圍繞，也就是說(shuō)使電極或分離器不干燥。本發(fā)明現(xiàn)在提出，提供額外的電解液體積以形成熱裝置，換句話說(shuō)，提供一種具有比蓄電池的常規(guī)操作所需的量更多的電解液的鎳-金屬氫化物蓄電池。因此具有過量的電解液，其提高了蓄電池的比熱容量并在這點(diǎn)上形成熱裝置。額外電解液的使用受其缺點(diǎn)的限制，特別是，當(dāng)使用鎳-金屬氫化物蓄電池作為汽車?yán)缁旌蟿?dòng)力汽車的蓄電池時(shí)。電解液的額外使用增加了額外的重量。因此，減輕重量的不斷努力(特別是汽車構(gòu)造上)被抵消。然而，驚人地發(fā)現(xiàn)，提高的熱容量的優(yōu)點(diǎn)更甚于重量增加的缺點(diǎn)。具體地，這是因?yàn)榕c現(xiàn)有已知的蓄電池相比，蓄電池的使用壽命可大幅提高，有助于避免由替換帶來(lái)的維護(hù)費(fèi)用。另外，可節(jié)省材料和能源，因此，整體上，本發(fā)明提供的優(yōu)點(diǎn)超過了任何缺點(diǎn)。這是出乎意料的。額外的電解液體積相當(dāng)于常規(guī)操作所需電解液體積的10%至50%，優(yōu)選地為 15%至40%，更優(yōu)選地為20%。基于減少蓄電池對(duì)溫度的敏感度的應(yīng)用和/或進(jìn)一步的措施，可應(yīng)用其他值。電解液的水平面優(yōu)選為位于用于分離電極的分離器的上方5mm至80mm， 更優(yōu)選為IOmm至70mm,最優(yōu)選為20mm至50mm。電極和電解液由塑料材料的外殼容納，所述外殼具有減壓閥。減壓閥確保不在蓄電池外殼內(nèi)形成過多的超壓。根據(jù)本發(fā)明的蓄電池甚至優(yōu)選在低壓范圍內(nèi)操作，以使電解液的消耗最小化。因此，在蓄電池的使用壽命內(nèi)，通過額外的電解液有利地將提高的熱容量保持在高水平。在這點(diǎn)上，進(jìn)一步提出，提供具有封裝在蓄電池內(nèi)的再結(jié)合元件的蓄電池。由于再結(jié)合元件，在蓄電池的過充期間形成的氧和氫再結(jié)合而形成水，其結(jié)果是，幾乎在所有操作狀態(tài)下蓄電池都處于低壓范圍，因此電極被擠壓在一起，這使電極之間的距離最小化。因此，實(shí)現(xiàn)了內(nèi)電阻的降低。為了機(jī)械地穩(wěn)固蓄電池外殼，特別是用于蓄電池在低壓范圍內(nèi)的操作，依照本發(fā)明的進(jìn)一步特征使用了固化元件。固化元件優(yōu)選地設(shè)置在蓄電池的塑料材料外殼內(nèi)的電解液水平面的上方。特別是，為安全起見，依照本發(fā)明的進(jìn)一步特征可提供回火保護(hù)件，例如以沿氣體放電方向設(shè)置在減壓閥的上游的多孔熔的形式提供回火保護(hù)件。優(yōu)選地，使用鍍鎳的無(wú)紡材料作為電極載體材料。另外，還可使用其他鍍鎳的金屬載體，例如延展的網(wǎng)眼鋼板或金屬泡沫材料。除電化學(xué)活性材料和粘合劑之外，還可通過使用糊劑來(lái)對(duì)電極載體結(jié)構(gòu)填充活性物質(zhì)，所述糊劑還包含能夠均勻地填滿所述結(jié)構(gòu)的膠凝劑。可使用可溶于水的不同的長(zhǎng)鏈聚合物作為膠凝劑，其提供漿狀活性物質(zhì)的高粘度和體積穩(wěn)定性。因此，更易于填充電極載體結(jié)構(gòu)。依照本發(fā)明的進(jìn)一步特征，電極被插入分離器口袋中，也就是說(shuō)電極被設(shè)計(jì)為“ 口袋”電極。優(yōu)選地，分離器口袋通過例如折疊、焊接和/或類似的方式在三側(cè)上封閉。分離器口袋優(yōu)選地由可永久可濕的聚烯烴無(wú)紡纖維形成，或可替換地由聚酰胺無(wú)紡纖維形成，其中在這種情況下所述分離器口袋存在接觸。在交替使用聚烯烴無(wú)紡材料和聚酰胺無(wú)紡材料的情況下，具有兩種極性的電極優(yōu)選地被包裹在各自的無(wú)紡材料中，以使一種類型的電極插入聚烯烴分離器中而另一類型的電極插入聚酰胺分離器中。這種不同分離器材料的交替布置以及它們?cè)陔姵乜诖械慕佑|使得兩個(gè)分離器都可永久可靠地被電解液濕潤(rùn)，因此防止任一處變干，即使當(dāng)電解液水平面低時(shí)。特別地，使用堿性溶液作為電解液，所述堿性溶液優(yōu)選地由氫氧化鋰、氫氧化鈉和 /或氫氧化鉀的混合物形成。該混合物的成分可根據(jù)使用和要求發(fā)生變化。優(yōu)選地，正電極具有鎳安全塞和基于氫氧化鎳的含粘合劑的活性物質(zhì)。除電化學(xué)作用成分之外，該活性物質(zhì)還可包含膠凝劑。負(fù)電極具有金屬載體和基于貯氫合金的含粘合劑的活性物質(zhì)。負(fù)電極的含粘合劑的活性物質(zhì)也可包含膠凝劑。特別地，可考慮將鍍鎳的無(wú)紡纖維或其他具有或不具有內(nèi)塑料材料芯的鎳結(jié)構(gòu)作為正電極的載體。優(yōu)選地，使用聚合物水溶液作為膠凝劑。可同樣使用鍍鎳的無(wú)紡纖維作為負(fù)電極的載體。還可考慮使用具有或不具有內(nèi)塑料材料芯的鎳結(jié)構(gòu)。另外，可使用鍍鎳的網(wǎng)眼鋼板，其金屬含量在50mg/cm3和170mg/cm3之間。減壓閥可移動(dòng)，這簡(jiǎn)化了維護(hù)。優(yōu)選地，減壓閥被設(shè)置為在IOOmbar和2000mbar 之間的過壓下開啟。減壓閥還可以形成為具有自動(dòng)關(guān)閉模式。依照本發(fā)明所提供的、作為熱裝置的過量的電解液對(duì)提高蓄電池的比熱容量有顯著的貢獻(xiàn)，由此在蓄電池的操作期間和過熱的情況下都減少了熱負(fù)載，還最小化了過熱的風(fēng)險(xiǎn)。因此有利地減緩了電極的老化，使得蓄電池的使用壽命增加，特別是在高電荷吞吐量的情況下?？梢苿?dòng)的減壓閥還使得在需要時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)蓄電池的維護(hù)并補(bǔ)償任何電解液流失。


從下面的基于單個(gè)圖(圖I)的說(shuō)明，本發(fā)明的進(jìn)一步特征和優(yōu)點(diǎn)將更清楚，圖I
5示出了根據(jù)本發(fā)明的蓄電池的剖面示意圖。附圖標(biāo)記列表
I、蓄電池2、外殼
3、蓋4、減壓閥
5、氫氧化鎳正電極6、金屬氫化物負(fù)電極
7、電解液體積8、額外的電解液體積
9、電解液
IO、具有額外的電解液體積8的電解液水平面
11、不具有額外的電解液體積8的電解液水平面
12、載體13、邊緣
14、分離器口袋15、分離器口袋
16、凸耳17、凸耳
18、垂直方向19、熱裝置
20、回火保護(hù)件21、固化元件
Λ F、水平面差(覆蓋高度)
具體實(shí)施例方式圖I為金屬氫化物蓄電池I的剖面示意圖。金屬氫化物蓄電池I具有塑料材料外殼2，其可通過蓋3緊緊地封閉。減壓閥4緊緊地插入蓋3中的開口內(nèi)并在內(nèi)部攜帶回火保護(hù)件20。氫氧化鎳正電極5和金屬氫化物負(fù)電極6設(shè)置在蓄電池外殼2內(nèi)。電極以懸浮方式安裝，為此目的，蓄電池外殼2提供相應(yīng)的條狀載體12。電極5和6插入口袋形分離器內(nèi)。正電極5設(shè)置在分離器口袋14中，負(fù)電極6設(shè)置在分離器口袋15中。使用聚烯烴無(wú)紡材料作為分離器口袋14的材料。負(fù)電極的分離器口袋15由聚酰胺分離器無(wú)紡纖維形成。電極5和6具有用于電氣連接的凸耳16和17。通過固化元件21提供支撐以用于蓄電池外殼2的進(jìn)一步穩(wěn)固。固化元件21沿垂直方向18形成在電解液水平面10的上方。電解液9還位于外殼2內(nèi)。電解液9沖刷電極5和6以及分離器口袋14和15。 如在圖I中用虛線所示的，在蓄電池I的常規(guī)操作中，電解液9的水平面11必須盡可能延伸到分離器口袋14和15的上邊緣13處。依照本發(fā)明，蓄電池I具有額外的電解液體積8。 所述額外的電解液體積8與常規(guī)操作中所必需的電解液體積7合在一起即為水平面10。圖中，水平面11和水平面10之間的差由水平面差A(yù)F例示。額外的電解液體積8形成了熱裝置19，由此提高了蓄電池I的比熱容量。
權(quán)利要求
1.一種用于工業(yè)應(yīng)用的鎳-金屬氫化物蓄電池，包括氫氧化鎳正電極(5)、與所述氫氧化鎳正電極(5)分離的金屬氫化物負(fù)電極(6)以及圍繞所述電極(5、6)的堿性電解液 (9)，其特征在于熱裝置(19)，所述熱裝置(19)提高了蓄電池(I)的比熱容量并由額外的電解液體積(8)形成；所述蓄電池包括塑料材料外殼(2)和減壓閥(4)，所述塑料材料外殼 ⑵容納有所述電極(5、6)和所述電解液(9)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的蓄電池，其特征在于，所述額外的電解液體積(8)對(duì)應(yīng)于所述蓄電池(I)的常規(guī)操作所需的電解液體積(7)的10%至50%。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的蓄電池，其特征在于，所述電解液(9)的水平面(10)位于用于分離所述電極(5、6)的分離器(14、15)上方5mm至80mm處。
4.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的蓄電池，其特征在于，回火保護(hù)件(20)沿氣體放電方向設(shè)置在所述減壓閥(4)的上游。
5.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的蓄電池，其特征在于，再結(jié)合元件優(yōu)選地設(shè)置在所述塑料材料外殼(2)內(nèi)。
6.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的蓄電池，其特征在于，所述塑料材料外殼(2)的固化元件(21)，所述固化元件設(shè)置在所述塑料材料外殼內(nèi)的電解液水平面(10)的上方。
7.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的蓄電池，其特征在于，所述電極(5、6)具有含鎳的電極載體結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的蓄電池，其特征在于，所述電極載體結(jié)構(gòu)由鍍鎳的無(wú)紡材料構(gòu)成。
9.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的蓄電池，其特征在于，所述正電極(5)和/或所述負(fù)電極(6)設(shè)置在由分離器材料制成的口袋(14、15)中。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的蓄電池，其特征在于，所述分離器材料為聚烯烴或聚酰胺無(wú)紡材料。
11.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的蓄電池，其特征在于，所述電解液(9)為堿性溶液，所述堿性溶液由氫氧化鋰、氫氧化鈉和/或氫氧化鉀的混合物構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于工業(yè)應(yīng)用的鎳-金屬氫化物蓄電池，包括氫氧化鎳正電極、與氫氧化鎳正電極分離的金屬氫化物負(fù)電極以及圍繞所述電極的堿性電解液。為了提出與現(xiàn)有技術(shù)相比改善的并且特別地對(duì)溫度影響不敏感的鎳-金屬氫化物蓄電池，本發(fā)明提出了一種鎳-金屬氫化物蓄電池，其具有熱裝置(19)，所述熱裝置(19)提高所述蓄電池的比熱容量并由額外的電解液體積(8)形成，其中所述蓄電池包括塑料材料外殼(2)和減壓閥(4)，所述外殼(2)容納有所述電極(5、6)和所述電解液(9)。
文檔編號(hào)H01M10/50GK102593534SQ20111029533
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2011年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月27日
發(fā)明者卡特婭·施梅爾特, 德特勒夫·歐姆, 拉伊內(nèi)·馬戈?duì)柗? 甘特·沙德利希, 鮑里斯·科內(nèi)恩斯尼特金 申請(qǐng)人:荷貝克電池系統(tǒng)股份有限公司