DE3876166T2

DE3876166T2 - Sekundaerbatterie und verfahren zur herstellung derselben.

Info

Publication number: DE3876166T2
Application number: DE8888112803T
Authority: DE
Inventors: Keiji Akuto
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Inc
Priority date: 1987-08-07
Filing date: 1988-08-05
Publication date: 1993-06-17
Anticipated expiration: 2008-08-06
Also published as: KR890004462A; US4889777A; CA1294670C; KR920005187B1; JPH01132064A; DE3876166D1; JPH0690934B2; EP0302520B1; EP0302520A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Sekundärbatterie und ein Verfahren zu ihrer Herstellung, und ausführlicher auf eine Sekundärbatterie, welche ohne Verminderung ihrer Leistung dünn hergestellt werden kann und ein Verfahren zu ihrer Herstellung.
Die meisten herkömmlichen dünnen Batterien sind Primärbatterien. Typische herkömmliche dünne Sekundärbatterien sind dünne versiegelte Bleibatterien und als Knopfzellen ausgebildete Nickel-Cadmium-Batterien, welche unlängst auf den Markt gekommen sind.
Ausgehend von Figur 1 (eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht) und Figur 2 (ein horizontaler Schnitt) besitzt eine herkömmliche dünne Sekundärbatterie positive und negative Elektroden 2 und 3, von denen jede im allgemeinen eine flach ausgebildete Gestalt aufweist. Positive und negative Elektrodenplatten 2 und 3 sind in einem Batteriegehäuse 1 derart angeordnet, daß ihre Hauptoberflächen einander gegenüberliegen. Ein Trennelement 4 ist zwischen den Elektroden 2 und 3 eingefügt. Ein Elektrolyt 5 ist in das Batteriegehäuse 1 eingefüllt. Ein Abgasventil 6, ein positiver Anschluß 7 und ein negativer Anschluß 8 sind am Batteriegehäuse 1 vorgesehen.
Wie oben beschrieben, besitzt die herkömmliche dünne Sekundärbatterie eine Struktur, bei der eine positive Elektrodenplatte 2, eine negative Elektrodenplatte 3 und ein Trennelement 4, welche die wichtigsten Elemente der Batterie ausmachen, übereinander in Richtung deren Dicke angeordnet sind.
Um die Höhe einer Batterie, welche die oben beschriebene Struktur aufweist, zu verringern, kann die Dicke der positiven und negativen Elektrodenplatten reduziert werden. Jedoch ist die Verringerung der Dicke wegen der folgenden Grunde begrenzt.
Die Lebensdauer der konventionellen Sekundärbatterie, die die oben beschriebene Struktur aufweist, hängt wesentlich von der Dicke der Elektrodenplatte (der positiven Elektrodenplatte) ab. Wie auf diesem Gebiet allgemein bekannt ist, wird die Lebensdauer der Batterie verkürzt, wenn die Dicke der Elektrodenplatte verringert wird. Nimmt man als Beispiel eine herkömmliche Bleibatterie, welche die oben beschriebene Struktur besitzt, ist die Beziehung zwischen der Dicke der Elektrodenplatte und und der Lebensdauer bei Gebrauch mit Erhaltungsladen in Figur 3 gezeigt. Wie aus Figur 3 ersichtlich, wird die Lebensdauer der herkömmlichen Batterie abrupt verkürzt, wenn die Dicke der Elektrodenplatten verringert wird. Wenn die Dicke der Elektrodenplatte kleiner als 1 mm ist, kann die Batterie aus folgenden Gründen nicht wiederholt als Sekundärbatterie benutzt werden. Bei der Struktur einer herkömmlichen Sekundärbatterie erstrecken sich die durch Laden/Entladen erzeugten Batteriereaktionsgebiete senkrecht zur Hauptoberfläche der Elektrodenplatte (das heißt, in die Richtung der Dicke), wie es durch Pfeile in Figur 2 angedeutet ist. Um irgendeine Batterie zu veranlassen, als Sekundärbatterie zu wirken, muß immer ein Gebiet, welches nicht mit der Batteriereaktion verbunden ist, das heißt, ein Energiekonzentrationsgebiet, auf der Elektrode vorhanden sein. Wenn die Dicke der Elektrodenplatte verringert ist, geht das Energiekonzentrationsgebiet beim Laden/Entladen verloren. Aus diesem Grund kann die Sekundärbatterie nicht als Batterie arbeiten. Dieser Umstand ergibt sich auch, wenn die Batterie zyklisch benutzt wird.
Auf Grund der obengenannten Gründe beträgt eine minimale Gesamtdicke oder -höhe der herkömmlichen dünnen verschlossenen Bleibatterien 4 bis 5 mm.
Um die herkömmliche Sekundärbatterie herzustellen, ist Gießen, Schneiden und Walzen der Elektrodenplatten erforderlich, und es muß ein aktives Material auf die Oberfläche der Elektroden platte aufgebracht werden. Daher wird der Herstellungsprozeß erheblich kompliziert. Zusätzlich sind auf Grund des herkömmlichen Verfahrens zur Herstellung von Batterien, die verschiedene Elektrodenplattenformen und unterschiedliche Batteriespannungen aufweisen, unterschiedliche Herstellungslinien und individuelle Herstellungsvorrichtungen erforderlich, um unterschiedliche Batterien herzustellen. Aus diesem Grund ist es schwierig, eine Vielfalt von Notwendigkeiten für viele den von Batterien zu befriedigen.
Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Sekundärbatterie anzugeben, welche dünn hergestellt werden kann, ohne ihre Leistung zu vermindern, und ein Verfahren zu ihrer Herstellung.
Zur Lösung der oben genannten Aufgabe ist gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Sekundärbatterie vorgesehen, mit
auf im wesentlichen in gleicher Ebene angeordneten positiven und negativen Elektrodenteilen, wobei die Endflächen der positiven und negativen Elektrodenteile sich in einiger Entfernung einander gegenüberliegen,
einem Substrat zum Befestigen und Abstützen der positiven und negativen Elektrodenteilen,
einem Abdeckteil, das mit dem Substrat eine abgeschlossene Kammer bildet, welche die positiven und negativen Elektrodenteile einschließt, und
einem Elektrolyten, der in der abgeschlossenen Kammer derart eingeschlossen ist, daß er mindestens zwischen den gegenüberliegenden Endflächen der positiven und negativen Elektrodenteile vorhanden ist, wobei der Elektrolyt im Zusammenhang mit einer Batteriereaktion mit den positiven und negativen Elektrodenteilen steht.
Um das Gebiet der gegenüberliegenden Endflächen der beiden Elektrodenteile (das heißt, ein wirksames Elektrodengebiet) zu vergrößern, weisen gegenüberliegende Ränder der beiden Elektrodenteile eine wellenförmige Gestalt (eine dreieckige oder rechteckige Gestalt) oder eine spiralförmige Gestalt, von oben betrachtet, auf.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Sekundärbatterie vorgesehen, das die folgenden Schritte aufweist:
Aufbringen eines positiven Elektrodenmaterials, das aktives positives Elektrodenmaterial enthält, und eines negativen Elektrodenmaterials, das aktives negatives Elektrodenmaterial enthält, auf ein Substrat zur Bildung von positiven und negativen Elektrodenteilen, dessen Endflächen sich in einiger Entfernung gegenüberliegen,
Verbinden eines Abdeckteils mit dem Substrat, so daß das Abdeckteil mit dem Substrat eine geschlossene Kammer bildet, welche die positiven und negativen Elektrodenteile enthält,
Einfüllen eines Elektrolyten, der im Zusammenhang mit einer Batteriereaktion mit den positiven und negativen Elektrodenteilen steht, so, daß er mindestens zwischen den gegenüberliegenden Endflächen der positiven und negativen Elektrodenteile vorhanden ist.
Diese Erfindung ist auf Grund der nachfolgenden detaillierten Beschreibung besser zu verstehen, wenn die beigefügten Zeichnungen hinzugenommen werden, von denen
FIG 1 eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht einer herkömmlichen dünnen Sekundärbatterie,
FIG 2 einen Horizontalschnitt durch die in FIG 1 gezeigte herkömmliche Sekundärbatterie,
FIG 3 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Dicke der Elektrode der herkömmlichen Sekundärbatterie und der Lebensdauer der Batterie,
FIG 4 eine teilweise geschnittene pespektivische Ansicht einer Sekundärbatterie gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
FIG 5 einen horizontalen Schnitt durch die in FIG 4 gezeigte Sekundärbatterie,
FIG 6 einen Schnitt durch die Sekundärbatterie von FIG 5 entlang der gezeigten Linie VI - VI,
FIG 7A bis 7E Ansichten zur Erklärung eines Verfahrens zur Herstellung der Skundärbatterie gemäß der vorliegenden Erfindung,
FIG 8 einen Längsschnitt einer Sekundärbatterie gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
FIG 9 einen Horizontalschnitt einer Sekundärbatterie gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
FIG 10 einen Horizontalschnitt einer Sekundärbatterie gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
FIG 11 einen Horizontalschnitt einer Sekundärbatterie gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
FIG 12 einen Horizontalschnitt einer Sekundärbatterie gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und
FIG 13 ein Diagramm, das die Entladecharakteristik der Sekundärbatterie gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
Wie oben beschrieben, besitzt eine Sekundärbatterie gemäß der vorliegenden Erfindung die nachfolgenden charakteristischen Eigenschaften. Positive und negative Elektrodenteile sind in einer im wesentlichen identischen Ebene angeordnet oder nebeneinandergestellt, im Gegensatz zu der herkömmlichen Struktur, bei der die positiven und negativen Elektrodenteile eines über das andere in Richtung deren Dicke angeordnet sind. Die Endflächen der beiden Elektrodenteile sind räumlich voneinander getrennt.
Die vorliegende Erfindung wird im einzelnen mit Bezug auf die Figuren 4 bis 13 beschrieben. Gleiche Bezugszahlen bezeichnen gleiche Teile in allen Zeichnungen.
Die Figuren 4 bis 6 zeigen eine Sekundärbatterie gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in Figur 4 gezeigt ist, sind fingerartig ineinandergreifende positive und negative Elektrodenteile 12 und 13 auf einer Oberfläche eines ebenen Substrats 11a ausgebildet. Ein mit einer Batteriereaktion verbundener oder diese zur Folge habender Elektrolyt 15, ist in dem Raum zwischen den positiven und negativen Elektrodenteilen eingefüllt.
Das positive Elektrodenteil 12 ist aus einem positiven Elektrodenmaterial hergestellt, welches eine wirksame positive Elektrodenmasse enthält, und das negative Elektrodenteil 13 ist aus negativem Elektrodenmaterial hergestellt, das ein wirksames negatives Elektrodenmaterial enthält. In einer Bleibatterie ist Bleidioxid das wirksame positive Elektrodenmaterial und Blei ist darin ein wirksames negatives Elektrodenmaterial. Es wird ein flüssiger Elektrolyt, wie zum Beispiel Schwefelsäure, als Elektrolyt 15 verwendet.
Ein Abdeckteil 11b bedeckt die Elektrodenteile 12 und 13 und ist mit dem Substrat 11a verbunden. Das Abdeckteil 11b bildet mit dem Substrat 11a zusammen ein Batteriegehäuse 11, welches eine abgeschlossene Kammer festlegt.
Mindestens die Oberflächen des Substrats 11a und des Abdeckteils 11b sind elektrisch nichtleitend und können aus einem gegen Säure widerstandsfähigen polymeren Material ( das heißt, einem Acrylnitril-Butadien-Styren-Harz (ABS Harz) oder einem Fluor-Harz), einem Plastikmaterial, oder einem glasfaserverstärkten Plastikmaterial hergestellt werden. Um ein Durchlassen von Wasserdampf eines flüsssigen Elektrolyten, wie zum Beispiel Schwefelsäure, zu verhindern, können das Substrat 11a und das Abdeckteil 11b aus einem laminierten Material, welches man durch Beschichten einer Metallschicht (z.B. einer Aluminiumschicht) mit einem isolierenden Polymer-Material erhält, oder aus einem Polyvinylidenchlorid-Harz hergestellt werden.
Das Batteriegehäuse 11 besitzt außerdem positive und negative Anschlüsse 17 und 18, und ein Abgasventil 16, welches mit einem Raum zwischen den Elektrodenteilen 12 und 13 in Verbindung steht.
Wie es am besten in FIG 5 dargestellt ist, weist das positive Elektrodenteil eine kammförmige Gestalt auf. Eine Vielzahl von rechteckigen Zähnen 12a, die eine im wesentlichen identische Form aufweisen, erstrecken sich in vorgegebenen Abständen von einem Rückenteil 12b aus. Das negative Elektrodenteil 13 besitzt ebenfalls eine kammförmige Gestalt. Eine Vielzahl von rechteckigen Zähnen 13a, die eine im wesentlichen identische Form aufweisen, erstrecken sich in vorgegebenen Abständen von einem Rückenteil 13b aus. Die Zähne 12a berühren nicht die Zähne 13a und bilden eine fingerartig ineinandergreifende Elektrodenstruktur. Daher liegen die Endflächen der positiven und negativen Elektrodenteile einander gegenüber.
Ausgehend von FIG 6 (die Dicke d von jedem positiven Elektrodenzahn 12a und dem negativen Elektrodenzahn 13a ist hervorgehoben, in der Preis jedoch ist die Dicke d wesentlich kleiner als die Breite l der Zähne 12a und 13a), steht das Abdeckteil 11b in engem Kontakt mit der Oberfläche der Elektrodenteile 12 und 13, so daß der Elektrolyt 15 nicht zwischen das Abdeckteil 11a und die Elektrodenteile 12, 13 eindringen kann, um die obere Oberfläche der Elektrodenteile 12 und 13 zu kontaktieren.
Wie oben beschrieben, sind die positiven und negativen Elektroden 12 und 13 in der Sekundärbatterie der vorliegenden Erfindung auf der Oberfläche des Substrats 11a, das heißt, auf gleicher Ebene, angeordnet. Verglichen mit der herkömmlichen Sekundärbatterie, bei der diese Teile eines über das andere in Richtung der Dicke angeordnet sind (FIG 1 und FIG 2), kann die Dicke der Batterie auf ungefähr einem Drittel von jener der herkömmlichen Batterie verringert werden, selbst wenn die Elektrodenteile die gleiche Dicke wie die der herkömmlichen Batterie aufweisen.
Wie durch Pfeile in FIG 6 angedeutet ist, ist die Ausdehnungsrichtung der Gebiete der Batteriereaktion während des Ladens/Entladens unterschiedlich zu jener der herkömmlichen Batterie. Bei der Batterie der vorliegenden Erfindung verläuft die Ausdehnungsrichtung senkrecht zur Richtung der Dicke der Elektrodenteile (das heißt, parallel zur Richtung der Breite l der Zähne der Elektroden). Aus diesem Grund muß sichergestellt sein, daß die Breite l der Zähne 12a und 13a (Elektrodeneinheit) 1-2 mm oder mehr beträgt. Wenn dies sichergestellt ist, kann die Dicke d der Elektrode auf 1 mm oder weniger verringert werden, z.B. auf 0,1 mm, um die gleiche oder eine längere Batterielebenszeit wie bzw. als jene der im Handel erhältlichen herkömmlichen dünnen Sekundärbatterie sicherzustellen. Bei der Sekundärbatterie der vorliegenden Erfindung kann, selbst wenn ein Elektrodenteil eine kleine Dicke d besitzt, eine große Breite l ein Verlorengehen des Energiekonzentrationsgebiet während des Ladens/Entladens verhindern. Daher kann die Gesamtdicke der Sekundärbatterie gemäß der vorliegenden Erfindung auf 1 mm oder weniger verringert werden.
Ein Verfahren zur Herstellung der Sekundärbatterie gemäß der vorliegenden Erfindung - wie oben beschrieben - mittels Maskendruck wird mit Bezug auf die Figuren 7A bis 7E beschrieben.
Wie in FIG 7A gezeigt, ist ein Substrat 11a vorbereitet.
Wie in FIG 7B gezeigt, wird ein aktives Material enthaltendes Elektrodenmaterial, wie z.B. Bleipaste 72, auf das Substrat 11a mittels einer Walze 73 durch eine Maske 71 aufgetragen, welche ein vorgegebenes Muster aufweist (in diesem Fall ein fingerartig ineinandergreifendes Muster). Die Muster für die positiven und negativen Elektrodenteile können gleichzeitig gebildet werden. Die Dicke der Bleipaste beträgt z.B. 0,1 mm.
Wenn die Kontaktkraft zwischen der Bleipaste und dem Substrat 11a schwach ist, kann vorher ein Klebemittel auf die Oberfläche des Substrats 11a aufgebracht werden, oder es kann eine Bleipaste benutzt werden, die ein Klebemittel enthält.
Wie in FIG 7G gezeigt ist, wird eine Elektrolytlösung 15 aus einer Elektrolyt-Einspritzdüse 74 in einen Raum zwischen den Mustern der positiven und negativen Elektrodenteile 12 und 13 eingespritzt. Der Elektrolyt kann z.B. Schwefelsäure mit einer Konzentration von 30 bis 50%, vorzugsweise von 35 bis 45%, sein. Das Abdeckteil 11b mit den positiven und negativen Anschlüsssen 17 und 18 wird auf das Substrat 11a mittels eines Klebers, z.B. eines Epoxidklebers, geklebt.
Der Elektrolyt 15 kann eingespritzt werden, nachdem das Abdeckteil 11b auf dem Substrat 11a befestigt worden ist.
Wie in FIG 7D gezeigt ist, wird ein Formierungsverfahren der Elektroden durchgeführt, indem eine Gleichstromquelle 75 benutzt wird. Dieses Verfahren erlaubt die Umwandlung von aktivem positivem Elektrodenmaterial in Bleidioxid, und die Umwandlung von aktivem negativem Elektrodenmaterial in Blei. Wenn notwendig, kann der Elektrolyt auch nach der oben erwähnten Formierungsbehandlung eingespritzt werden.
Wie in FIG 7E gezeigt, ist die Sekundärbatterie fertiggestellt, und es wird ihre Leistung geprüft.
Das obenerwähnte Formierungsverfahren kann vor dem Montieren des Abdeckteils 11b erfolgen. In diesem Fall werden eine Vielzahl von in FIG 7C gezeigten Substraten 11b in eine Schwefelsäure für eine Formierungsbehandlung getaucht, und das Formierungsverfahren kann durchgeführt werden. Dieses Verfahren ist für eine Massenproduktion geeignet.
Im oben erwähnten Beispiel wird die Bleipaste ebenso für die positiven wie für die negativen aktiven Elektrodenmaterialien verwendet. Jedoch kann eine Bleidoxidpaste für die positiven Elektroden verwendet werden und eine Bleipaste kann für die negativen Elektroden verwendet werden. In diesem Fall werden die positiven und negativen Elektroden muster nacheinander unter Verwendung unterschiedlicher Masken hergestellt. Gemäß dieser Technik kann das oben erwähnte Formierungsverfahren entfallen, und wenn das der Fall ist, kann der Herstellungsprozeß der Batterie vereinfacht werden. Jedoch sollte auch in diesem Fall das Formierungsverfahren am besten durchgeführt werden, um die elektrischen Eigenschaften zu verbessern.
Der oben beschriebene Herstellungsprozeß kann innrerhalb einer automatischen Fertgungslinie durchgeführt werden.
FIG 8 zeigt einen Längsschnitt einer Sekundärbatterie gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (die Dicke d der positiven Elektrodenzähne 12a und der negativen Elektrodenzähne 13a ist in bezug auf die Breite hervorgehoben, jedoch ist in der Preis die Dicke viel kleiner als die Breite l der Zähne 12a und 13a). Die Sekundärbatterie gemäß der zweiten Ausführungsform ist im wesentlichen die gleiche wie die der ersten Ausführungsform, außer daß das Abdeckteil 11b von der oberen Oberfläche der Elektrodenteile 12 und 13 getrennt ist. Die Lebensdauer der Sekundärbatterie der zweiten Ausführungsform ist im wesentlichen die gleiche wie die der ersten Ausführungsform. Jedoch muß das Abdeckteil nicht in engen Kontakt mit den oberen Oberflächen der Elektroden 12 und 13 gebracht werden, so daß der Herstellungsprozeß vereinfacht werden kann. Die Gesamtdicke der Sekundärbatterie kann auf ungefähr ein Drittel jener der herkömmlichen Batterie verringert werden.

Beispiel

Es wurde eine Blei-Akkumulatorenbatterie mit einer in FIG 8 gezeigten Struktur hergestellt. Die Abmessungen der Batterie betrugen 0,65 mm in der Dicke, 50 mm in der Breite und 78 mm in der Länge. Das Gewicht der Batterie betrug 4,7 g, und ihr Volumen war 2,5 cm³. Die Dicke jedes Elektrodenteils 12 und 13 war 0,4 mm. Die Entladecharakteristik dieser Blei- Akkumulatorenbatterie ist in FIG 13 dargestellt. Wie aus FIG 13 ersichtlich ist, zeigt die Entladungskurve eine Spannungsveränderung bei der Blei-Akkumulatorenbatterie, welche allein eine Funktion der Zeit ist. Die Batteriekapaziotät betrug ungefähr 40 mAh. Die Haltbarkeit der Batterie war zufriedenstellend, und die Sekundärbatterie der vorliegenden Erfindung besaß eine Charakteristik, die für die Verwendung bei praktischen Anwendungen zufriedenstellend ist.
FIG 9 ist ein Horizontalschnitt einer Sekundärbatterie gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Sekundärbatterie bilden die positiven und negativen Elektrodenteile 91a und 92a, die einander mit einem gewissen Abstand gegenüberliegen, eine Zellen-Einheit. Positive und negative Elektrodenteile 91b und 92b, die einander mit einem gewissen Abstand gegenüberliegen, bilden eine Zellen-Einheit, und positive und negative Elektrodenteile 91c und 92c, die einander mit einem gewissen Abstand gegenüberliegen, bilden eine Zellen-Einheit. Dünne plattenähnliche positive Elektrodenteile 91a bis 91c und dünne plattenähnliche negative Elektrodenteile 92a bis 92c sind auf einem Substrat 11a ausgebildet. Negative und positive Elektrodenteile 92a und 91b stehen miteinander in Kontakt, und negative und positive Elektrodenteile 92b und 91c stehen in Kontakt miteinander. Eine Batteriereaktion tritt nicht zwischen den Teilen 92a und 91b und zwischen den Teilen 92b und 91c ein. Die Sekundärbatterie weist eine Struktur auf, bei welcher drei Zellen-Einheiten in Serie miteinander verbunden sind. Zusätzlich zur Wirkung der ersten Ausführungsform kann die Sekundärbatterie mit der obenerwähnten Struktur eine Zellenspannung von einer Größe erreichen, die das Dreifache von jener der ersten Ausführungsform ist.
FIG 10, FIG 11 und FIG 12 stellen Horizontalschnitte von Sekundärbatterien dar, deren Elektrodenteile jeweils unterschiedliche Formen aufweisen.
Ausgehend von FIG 10 ist jedes der positiven Elektrodenteile 101 und 102 in Form eines wellenförmigen Muster von im wesentlichen einer Sinuskurve ausgebildet, und hat eine geringe Dicke.
Ausgehend von FIG 11 besitzt jede der positiven und negativen Elektrodenteile 111 und 112 Sägezahn-Gestalt (oder eine dreieckige Wellenform) und hat eine geringe Dicke.
Ausgehend von FIG 12 besitzt jede der positiven und negativen Elektrodenteile 121 und 122 eine spiralförmige Gestalt mit einer geringen Dicke.
Bei der Sekundärbatterie gemäß der vorliegenden Erfindung, wie sie oben beschrieben worden ist, muß, da die positiven und negativen Elektrodenteile auf dem Substrat befestigt sind, kein Trennelement verwendet werden, im Gegensatz zu der herkömmlichen Sekundärbatterie. Jedoch kann ein Trennglied angeordnet werden, wenn es benötigt wird. In diesem Fall wird das Trennelement zwischen den positiven und negativen Elektrodenteilen angeordnet.
Die vorliegende Erfindung ist durch die einzelnen oben beschriebenen Ausführungsformen erläutert worden, aber sie ist nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel weisen die Zähne 12a und 13a der Sekundärbatterien der ersten und zweiten Ausführungsformen eine rechteckige Gestalt auf, aber sie können auch eine zickzackförmige Gestalt haben.
Das Verfahren zur Herstellung einer Sekundärbatterie gemäß der vorliegenden Erfindung wurde anhand des Maskendrucks beschrieben. Jedoch ist das Verfahren der vorliegenden Erfindung nicht darauf beschränkt. Metall-Flammspritzen, Galvanisieren, Ablagerung, Bedampfen, Ionen-Überzug oder Plasma-CVD oder eine Kombination davon kann benutzt werden, um die Elektroden zu gestalten.
Gemäß der vorliegenden Erfindung, wie sie oben beschrieben worden ist, sind die positive Platte, der Elektrolyt und die negative Platte, welche die wichtigsten Elemente bilden, auf einer im wesentlichen identischen Ebene des Substrats angeordnet. Zusätzlich ist die Ausdehnungsrichtung der Batteriereaktionsgebiete während des Ladens/Entladens parallel zur Elektrodenoberfläche. Daher hat die entstandene Sekundärbatterie eine ausgezeichnete Lebensdauer und eine geringe Dicke.
Die Elektrodenplatte wird mittels eines Verfahrens hergestellt, welches den Maskendruck mit einem Maskenmuster benutzt. Daher können unterschiedliche Batterien nur mittels Verwendung der Muster hergestellt werden. Zusätzlich ist der Herstellungsprozeß einfach, und es kann eine große Arbeits- und Energieersparnis erreicht werden.

Claims

1. Sekundärbatterie, bestehend aus positiven und negativen Elektrodenteilen, von denen jede Hauptflächen und Endflächen aufweist, sowie einer abgeschlossenen Kammer mit einem Abdeckteil, das die Elektrodenteile und einen Elektrolyten einschließt, dadurch gekennzeichnet,

daß die positiven und negativen Elektrodenteile im wesentlichen in gleicher Ebene angeordnet sind, wobei die Endflächen der positiven und negativen Elektrodenteile einzeln in Zwischenräumen und sich in einiger Entfernung gegenüberliegend angeordnet sind,

daß ein Substrat (11a) mit einer Hauptfläche der positiven und negativen Elektrodenteile fest in Berührung steht und die positiven und negativen Elektrodenteile fest stützt,

daß das Abdeckteil (11b) mit dem Substrat (11a) eine abgeschlossene Kammer bildet, welche die positiven und negativen Elektrodenteile einschließt und abdeckt, und

daß der Elektrolyt (15) in der abgeschlossenen Kammer eingeschlossen ist und das Abdeckteil bezüglich der Elektrodenteile so angeordnet ist, daß sich der Elektrolyt im wesentlichen zwischen den gegenüberliegenden Endflächen der positiven und negativen Elektrodenteile befindet, daß der Elektrolyt im Zusammenhang mit einer Batteriereaktion mit den positiven und negativen Elektrodenteilen steht, und worin der Elektrolyt zwischen den Endflächen der positiven und negativen Elektrodenteile in einer Menge vorhanden ist, die ausreichend ist, damit die Batteriereaktion im wesentlichen in Batteriereaktionsgebieten stattfindet, die zwischen den gegenüberliegenden Endflächen der positiven und negativen Elektrodenteile festgelegt sind, wobei sich die genannten Batteriereaktionsgebiete im wesentlichen senkrecht zur Richtung der Dicke der positiven und negativen Elektrodenteile erstrecken, in welchen sich die Richtung der Dicke senkrecht zu den genannten Hauptflächen erstreckt.

2. Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der positiven und negativen Elektrodenteile (12, 13) eine kammförmige Gestalt aufweist, die eine Vielzahl von Zähnen (12a, 13a) besitzt.

3. Batterie nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne (12a, 13a) eine rechteckförmige Gestalt aufweisen.

4. Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der positiven und negativen Elektrodenteile (101, 102, 111, 112) eine wellenförmige Gestalt aufweist.

5. Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der positiven und negativen Elektrodenteile eine spiralförmige Gestalt (121, 122) aufweist.

6. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der positive Elektrodenteil aus Bleidioxyd besteht, daß der negative Elektrodenteil aus Blei besteht, und daß der Elektrolyt aus verdünnter Schwefelsäure besteht.

7. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeses der positiven und negativen Elektrodenteile (12, 13; ...) eine Dicke besitzt, die nicht größer als 1 mm ist.

8. Verfahren zur Herstellung einer Sekundärbatterie, welche dazu bestimmt ist, wiederholt Zyklen aus Laden und Entladen unterworfen zu werden, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

Aufbringen eines positiven Elektrodenmaterials, das aktives positives Elektrodenmaterial enthält, und eines negativen Elektrodenmaterials, das aktives negatives Elektrodenmaterial enthält, auf ein Substrat (11a) zur Bildung von positiven und negativen Elektrodenteilen (12, 13; 101, 102; 111, 112; 121, 122), welche Endflächen aufweisen, die sich in einiger Entfernung gegenüberliegen, wobei die genannten positiven und negativen Elektrodenteile Hauptflächen aufweisen, welche am Substrat befestigt sind und an dieses derart angrenzen, daß sie durch das Substrat gestützt werden;

Verbinden eines Abdeckteils (11b) mit dem Substrat, so daß das Abdeckteil mit dem Substrat eine abgeschlossene Kammer bildet, welche die positiven und negativen Elektrodenteile einschließt und abdeckt; und

Einfüllen eines Elektrolyten (15), der im Zusammenhang mit einer Batteriereaktion mit den positiven und negativen Elektrodenteilen steht, in die genannte abgeschlossene Kammer, wobei das Abdeckteil bezüglich der Elektrodenteile so angeordnet ist, daß sich der Elektrolyt im wesentlichen zwischen den gegenüberliegenden Endflächen der positiven und negativen Elektrodenteile befindet, wobei der Elektrolyt zwischen den Endflächen der positiven und negativen Elektrodenteile in einer Menge vorhanden ist, um mit den Elektrodenteilen eine Batteriereaktion zu erzeugen, die im wesentlichen in zwischen den gegenüberliegenden Endflächen der positiven und negativen Elektrodenteile festgelegten Batteriereaktionsgebieten stattfindet, und wobei sich die genannten Batteriereaktionsgebiete im wesentlichen senkrecht zur Richtung der Dicke der positiven und negativen Elektrodenteile erstrecken, in welchen sich die Richtung der Dicke senkrecht zu den genannten Hauptflächen erstreckt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die positiven und negativen Elektrodenteile (12, 13; ...) auf dem Substrat (11a) mittels Maskendruck, Metall-Flammspritzen, Galvanisieren, Ablagerung, Bedampfen, Ionen-Überzug oder plasmachemische Gasphasenabscheidung gebildet werden.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der positiven und negativen Elektrodenteile eine Dicke besitzt, die nicht größer als 1 mm ist.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, gekennzeichnet durch den weiteren Schritt, das auf das genannte Substrat (11a) aufgebrachte genannte positive und negative Elektrodenmaterial einer Formations-Behandlung zu unterziehen.

12. Sekundärbatterievorrichtung, bestehend aus einer Vielzahl von Einzelzellen, einer abgeschlossenene Kammer mit einem Abdeckteil, das die Einzelzellen und einen Elektrolyten einschließt, dadurch gekennzeichnet,

daß die Vielzahl von Einzelzellen nebeneinander gestellt sind, wobei sie in gleicher Ebene gegenseitig anliegen, daß jede Einzelzelle ein Paar von positiven und negativen Elektrodenteilen (91a, 92a; 91b, 92b; 91c, 92c) enthält, die in der genannten Ebene angeordnet sind, daß alle positiven und negativen Elektrodenteile Endflächen aufweisen, die sich in einiger Entfernung gegenüberliegen, daß das positive Elektrodenteil einer Einzelzelle und das negative Elektrodenteil einer anderen Einzellzelle in je zwei nebeneinanderliegenden Einzellzellen sich jeweils mit ihren Endflächen miteinander berühren;

daß ein Substrat mit eine Hauptfläche der genannten positiven und negativen Elektrodenteile fest berührt und fest die Elektrodenteile der genannten Vielzahl von Einzelzellen stützt;

daß das Abdeckteil mit dem Substrat die geschlossene Kammer bildet, welche die genannte Vielzahl von Einzelzellen einschließt und abdeckt; und

daß der Elektrolyt (15) in der abgeschlossenen Kammer eingeschlossen ist, und das Abdeckteil bezüglich der Elektrodenteile so angeordnet ist, daß sich der Elektrolyt im wesentlichen zwischen den gegenüberliegenden Endflächen der positiven und negativen Elektrodenteile jeder Einzelzelle befindet, daß sich der Elektrolyt zwischen den Endflächen der positiven und negativen Elektrodenteile in einer Menge befindet, die ausreichend ist, um eine Batteriereaktion mit den positiven und negativen Elektrodenteilen jeder Einzelzelle zu erzeugen, wobei die Batteriereaktion im wesentlichen in Batteriereaktionsgebieten stattfindet, die zwischen den gegenüberliegenden Endflächen der positiven und negativen Elektrodenteile festgelegt sind, und wobei sich die genannten Batteriereaktionsgebiete im wesentlichen senkrecht zur Richtung der Dicke der positiven und negativen Elektrodenteile erstrecken, in welchen sich die Richtung der Dicke senkrecht zu den genannten Hauptflächen erstreckt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der positiven und negativen Elektrodenteile (12, 13; 12a, 13a) eine kammförmige Gestalt aufweist, die eine Vielzahl von Zähnen aufweist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne der genannten kammförmig gestalteten Elektrodenteile eine im wesentlichen rechteckförmige Gestalt aufweisen.

15. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der positiven und negativen Elektrodenteile (101,102) eine wellenförmige Gestalt aufweist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der positiven und negativen Elektrodenteile (121, 122) eine spiralförmige Gestalt aufweist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der positive Elektrodenteil aus Bleidioxyd besteht, daß der negative Elektrodenteil aus Blei besteht, und daß der Elektrolyt aus verdünnter Schwefelsäure besteht.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der positiven und negativen Elektrodenteile eine Dicke besitzt, die nicht größer als 1 mm ist.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß sich im wesentlichen alle genannten Elektrolyte zwischen den gegenüberliegenden Endflächen der positiven und negativen Elektrodenteile befinden

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 19, durch gekennzeichnet, daß das genannte Abdeckteil mit den Hauptflächen der genannten positiven und negativen Elektrodenteile Kontakt hat, welche jenen Hauptflächen gegenüberliegen, die mit dem Substrat Kontakt haben, wodurch sich alle Elektrolyte zwischen den gegenüberliegenden Endflächen befinden, und die Elektrolyte keinen Kontakt mit den Hauptflächen der positiven und negativen Elektrodenteile haben.

21. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich im wesentlichen alle der genannten Elektrolyte zwischen den gegenüberliegenden Endflächen der positiven und negativen Elektrodenteile befinden.

22. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und 21, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Abdeckteil mit den Hauptflächen der genannten positiven und negativen Elektrodenteile Kontakt hat, welche jenen Hauptflächen gegenüberliegen, die mit dem Substrat Kontakt haben, wodurch sich alle Elektrolyte zwischen den gegenüberliegenden Endflächen befinden, und die Elektrolyte keinen Kontakt mit den Hauptflächen der positiven und negativen Elektrodenteile haben.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Einfüllens des genannten Elektrolyten im wesentlichen das Einfüllen aller Elektrolyte in die Zwischenräume zwischen den gegenüberliegenden Endflächen der positiven und negativen Elektrodenteile umfaßt.

24. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11 und 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Verbindens des Abdeckteils mit dem Substrat das Kontaktieren des Abdeckteils mit den Hauptflächen der positiven und negativen Elektrodenteile umfaßt, welche den Hauptflächen gegenüberliegen, die mit dem Substrat Kontakt haben, so daß der Elektrolyt, der in die genannte Kammer eingefüllt wird, sich ganz in den Räumen zwischen den Endflächen der positiven und negativen Elektrodenteile befindet, und kein Elektrolyt mit der Hauptfläche Kontakt hat, die durch das Abdeckteil kontaktiert wird.