CN100442576C - 一种氢镍电池负极片以及采用其的氢镍电池制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种氢镍电池负极片以及采用其的氢镍电池制造方法，负极片是双负极片，其制造方法包括在单片负极长片的末端通过负极连接基体焊接单片负极短片组成双负极片，先在双负极片的连接缝对应处的隔膜上焊接一宽度大于负极连接基体宽度的小块保护膜，再将焊接有保护膜的隔膜置于正负极片之间，然后将双负极片、隔膜、正极片卷成筒状装入电池壳体，最后经注电解液、安装盖帽密封圈封口组装氢镍电池。可以有效地控制和制造不同厚度和嵌渗不同负极活性物质量的极片，提高负极活性物质的利用率以及电池的使用性能，相应减少双负极片的厚度和占用壳体的容积，降低电池的制造成本和装配难度，显著提高电池的制造效率，尤其有利于高容量电池的制造。

Description

一种氢镍电池负极片以及采用其的氢镍电池制造方法

技术领域

本发明涉及用于直接转变化学能为电能的电池的电极制造，尤其是涉及一种氢镍电池负极片以及采用其的氢镍电池制造方法。

背景技术

氢镍电池是继镉镍电池之后的新一代高能碱性二次电池，具有高容量、大功率、无污染等特点，是当今二次电池重要的发展方向之一。现有单负极片的AA型氢镍电池结构如图1所示，主要由正极片2、负极片4、隔膜3、电池壳体5，以及电解液和盖帽密封圈所组成，负极片4通过隔膜3，将正极片2从长度方向和宽度方向完全包住，末尾一圈负极片4与电池壳体5接触。任一无负极片4包住的正极片2的地方都将降低正极活性物质的性能，在过充过程中正极析出的氧与负极的结合几率将会减少，造成电池内压过大。为防止在卷绕裂纹大的卷芯处发生电池短路，一般是采用小隔膜以增强隔膜的抗穿刺性。但是，这种电池结构的负极片4最外圈即负极尾部贴近电池壳体5一侧的负极合金粉与电池壳体5接触，相对正极活性物质，此处负极活性物质存在容量过剩，占用电池空间，利用率仅在60％左右的缺陷，在制造高容量电池时，还会增加电池装配难度，在一定程度上制约高容量电池的发展。

发明内容

本发明所要解决的一个技术问题是，克服现有负极尾部活性物质容量过剩，利用率不高的缺陷，从电池的内部结构和工艺改进方面，提出一种氢镍电池负极片，其不仅能提高负极活性物质的利用率，而且能提高电池的使用性能。

本发明所要解决的另一个技术问题是，克服现有负极尾部活性物质容量过剩，利用率不高的缺陷，从电池的内部结构和工艺改进方面，提出一种采用上述氢镍电池负极片的氢镍电池制造方法，其不仅能提高负极活性物质的利用率，而且能够在保证电池性能的基础上，减少负极活性物质用量，降低电池成本，提高电池的使用性能。

对于氢镍电池负极片来说，本发明的技术问题通过以下技术方案予以解决：

这种氢镍电池负极片，包括网状负极片基体和嵌渗在网状负极片基体上的负极活性物质。

这种氢镍电池负极片的特点是：

所述负极片是包括单片负极长片和单片负极短片的双负极片，在单片负极长片的末端通过负极连接基体焊接单片负极短片组成。这种双负极片可以有效地控制和制造不同厚度和嵌渗不同负极活性物质量的极片，提高负极活性物质的利用率以及电池的使用性能。

所述负极短片嵌渗的单位活性物质量是负极长片嵌渗的单位活性物质量的55％～65％。可以相应减少双负极片的厚度和占用壳体的容积，降低电池的制造成本和装配难度，显著提高电池的制造效率。如果将节省的负极活性物质按比例相应嵌渗在负极长片、负极短片中，还可以提高电池性能。

对于氢镍电池负极片来说，本发明的技术问题通过以下进一步的技术方案予以解决：

所述网状负极片基体是切拉网状集流体带材，是铜网、镀镍钢网、镍丝网中的一种。使负极活性物质能均匀、有效地嵌渗至基体的网孔内，以及分布在基体的两面。

所述嵌渗在网状负极片基体上的负极活性物质包括稀土贮氢合金。

所述负极连接基体是可焊性导电基体，所述可焊性导电基体是纯镍带、镀镍钢带、铜箔中的一种。

对于双负极片氢镍电池制造方法来说，本发明的技术问题通过以下技术方案予以解决：

这种双负极片氢镍电池制造方法，依次有以下步骤：

(1)制造正、负极片；(2)组装电池；(3)电池化成。

这种双负极片氢镍电池制造方法的特点是：

所述制造正、负极片包括将制造单片的负极长片、制造单片的负极短片分别裁切成单片，所述负极短片嵌渗的单位活性物质量是负极长片嵌渗的单位活性物质量的55％～65％，再在单片的负极长片的末端通过负极连接基体焊接单片的负极短片组成双负极片。

所述组装电池是先在双负极片的连接缝对应处的隔膜上焊接一宽度大于负极连接基体宽度的小块保护膜，再将该焊接有一宽度大于负极连接基体宽度的小块保护膜的隔膜置于正负极片之间，然后将双负极片、隔膜、正极片卷成筒状装入电池壳体，装入电池壳体后的末尾一圈是单片负极短片，其与负极连接基体都和电池壳体接触，隔膜从长度方向和宽度方向完全包卷住正极片，且双负极片连接缝对应处的隔膜上焊接有小块保护膜，最后经注电解液、安装盖帽密封圈封口组装成氢镍电池。

对于双负极片氢镍电池制造方法来说，本发明的技术问题通过以下进一步的技术方案予以解决：

所述负极片的制造是先将网状负极片基体从内置负极活性物质的粉箱中穿过，使负极活性物质嵌渗在网状负极片基体的网孔及两面，然后浸胶、除去表面余胶、烘干、辊压拉制和裁切。

所述负极连接基体的焊接是点焊、碰焊、激光焊中的一种。

所述小块保护膜的焊接采用膜用焊接机。

所述隔膜与小块保护膜是经过磺化处理的非织造布隔膜，可以达到长时间贮存的效果。

所述磺化处理是发烟硫酸处理、氯磺酸处理、无水硫酸处理中的一种。

所述非织造布是聚烯类纤维制造的非织造布。

所述聚烯类纤维是聚丙烯纤维、聚乙烯纤维中的一种。

本发明与现有技术对比的有益效果是：

(1)采用由负极长片、负极短片以及将负极长片与负极短片焊接成一体的负极连接基体组成双负极片，可以有效地控制和制造不同厚度和嵌渗不同负极活性物质量的极片，提高负极活性物质的利用率以及电池的使用性能。在双负极片的连接缝对应处的隔膜上焊接一宽度大于负极连接基体宽度的小块保护膜，可以防止负极长、短片连接处的毛刺刺穿隔膜引起电池微短路甚至短路，还可以在双负极片卷成筒状时起到缓冲压力作用，避免双负极片的连接缝由于厚度不均匀在卷绕时发生断裂。

(2)负极短片嵌渗的单位活性物质量是负极长片嵌渗的单位活性物质量的55％～65％，可以相应减少双负极片的厚度和占用壳体的容积，降低电池的制造成本和装配难度，显著提高电池的制造效率，如果将节省的负极活性物质按比例相应嵌渗在负极长片、负极短片中，还可以提高电池性能，使其符合国际相关标准，这些标准包括国际电工委员会(InternationalElectrotechnical Commission，简称IEC)制订的IEC 62133-2002-含碱性或其它非酸性电解液的蓄电池和蓄电池组、便携式密封蓄电池和蓄电池组的安全要求，以及美国安全检测实验室公司(Underwriters Laboratories Inc，简称UL)制订的UL 2054-家用与商用电池规范。

附图说明

下面结合具体实施方式并对照附图对本发明进一步说明。

图1是现有单负极片的AA型氢镍电池的横切面结构示意图；

图2是本发明具体实施方式的双负极片的高容量AA型氢镍电池的横切面结构示意图。

具体实施方式

一种容量为2400mAh的AA型氢镍电池，其负极片是包括单片负极长片4和单片负极短片7的双负极片，负极短片嵌渗的单位活性物质量是负极长片嵌渗的单位活性物质量的55％～65％，在单片负极长片4的末端通过纯镍带负极连接基体6焊接单片负极短片7组成。

这种双负极片的氢镍电池制造方法，依次有制造正负极片、组装电池和电池化成步骤。其中负极片的制造是先将镀镍钢网负极片基体从内置稀土贮氢合金粉的粉箱中穿过，使稀土贮氢合金粉嵌渗在镀镍钢网负极片基体的网孔及两面，然后浸胶、除去表面余胶、烘干、辊压拉制和裁切分别制成单片负极长片4、单片负极短片7，再在单片负极长片4的末端通过纯镍带负极连接基体6焊接单片负极短片7组成双负极片。

而组装电池是先在双负极片的连接缝对应处的隔膜3上焊接一宽度大于纯镍带负极连接基体6宽度的小块保护膜8，再将焊接有小块保护膜8的隔膜3置于正负极片之间，然后将双负极片、隔膜3、正极片2卷成筒状装入电池壳体5，装入电池壳体5后的末尾一圈是单片负极短片7，其与纯镍带负极连接基体6都和电池壳体5接触，隔膜3从长度方向和宽度方向完全包卷住正极片2，且双负极片连接缝对应处的隔膜3上焊接有小块保护膜8，最后经注电解液、安装盖帽密封圈封口组装成氢镍电池。

采用的隔膜3与小块保护膜8是经过无水硫酸处理的聚丙烯纤维制造的非织造布。

上述用纯镍带负极连接基体6将单片负极长片4、单片负极短片7连接成双负极片是在点焊机上焊接，焊接时，移动定位模具，保证焊点均匀牢固，起到良好的导电作用。焊针头部直径0.5mm～2.0mm，焊点处于纯镍带负极连接基体6边沿与单片负极短片7、单片负极长片4连接边沿之间，严禁超出，以免后续制造困难。为保证后续制造工序的操作正常，纯镍带在长度方面的要求一般选择比极片的高度尺寸小2mm～10mm；纯镍带宽度方向的尺寸为2mm～8mm。焊接后再采用弹性胶辊轮将焊接合格的双负极片整形，使其平整而柔软，两胶辊轮间的间隙调节至比连接处总厚度小0.02mm～0.05mm，间隙不要太小也不要太大，以免极片和焊点变形甚至遭到破坏或者整形无效果，导致后续制造困难。

本发明方法制造的双负极片的高容量AA氢镍电池与对照组的现有单负极片的AA氢镍电池对比测试数据如表1～表8。除负极片的制造和组装电池外，其它采用同样的工艺技术条件在同样的环境下制造。

首先对比七组单、双负极片的AA型氢镍电池：作为对照组1的单负极片组(以下简称方案1)的负极采用采用单片设计；本发明方法制造的双负极片组1-～6的负极采用负极长片和负极短片双片形式，负极长片单位面积的负极粉量与单负极片组完全相同，负极短片根据外圈负极活性物质按利用率进行如下设计：

双负极片组1(以下简称方案2)中负极短片粉量为单负极片组中对应粉量的100％；

双负极片组2(以下简称方案3)中负极短片粉量为单负极片组中对应粉量的90％；

双负极片组3(以下简称方案4)中负极短片粉量为单负极片组中对应粉量的80％；

双负极片组4(以下简称方案5)中负极短片粉量为单负极片组中对应粉量的70％；

双负极片组5(以下简称方案6)中负极短片粉量为单负极片组中对应粉量的60％；

双负极片组6(以下简称方案7)中负极短片粉量为单负极片组中对应粉量的50％。

以上七组电池的负极片参数如表1：

表1

方案1～7电池化成后，按IEC方式检测电池容量，内阻，内压和0.5C加速寿命，测试结果如表2：

表2

方案1～7电池化成后放电至1.0V，再用0.5C对电池放电至-0.5V的放电时间如表3：

表3

由表3可以换算出方案1～7电池的负极实际容量如表4：

表4

再对比两组单、双负极片的AA型氢镍电池：作为对照组2的单负极片组(以下简称方案8)以及本发明方法制造的双负极片组7(以下简称方案9)，两组电池的负极活性物质相同，方案9电池的负极短片降低粉量40％，并将降低的粉量全部填充到负极长片中，方案8、9电池负极片参数如表5：

表5

方案8、9电池化成后，按IEC方式检测电池容量，内阻，内压和0.5C加速寿命，测试结果如表6：

表6

通过方案8、9电池化成后放电至1.0V，再用0.5C对电池放电至-0.5V的放电时间，换算出方案8、9电池的负极实际容量如表7：

表7

表明本发明方法制造的方案9电池的负极实际容量高于对照组2的方案8电池的负极实际容量。

最后对比两组2500mAh高容量的单、双负极片的AA型氢镍电池：作为对照组3的单负极片组(以下简称方案10)以及本发明方法制造的双负极片组8(以下简称方案11)，方案10、11电池的负极片参数如表8：

表8

方案10电池的装配度达95.1％，根据实际卷绕情况，无法进行装配制造；方案11电池的负极长片单位面积的负极粉量与方案10电池完全相同，以外圈负极活性物质利用率为60％设计负极短片，能无任何难度地进行制造。方案11电池化成后，按IEC方式检测电池容量，内阻，内压和0.5C加速寿命测试结果如表6。表明本发明方法制造的高容量方案11电池的实际容量高于本发明方法制造的方案9电池的实际容量。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (7)

1.一种氢镍电池负极片，包括网状负极片基体和嵌渗在网状负极片基体上的负极活性物质，其特征在于：

所述负极片是包括单片负极长片和单片负极短片的双负极片，在单片负极长片的末端通过负极连接基体焊接单片负极短片组成，所述负极短片嵌渗的单位活性物质量是负极长片嵌渗的单位活性物质量的55％～65％。

2.按照权利要求1所述的氢镍电池负极片，其特征在于：

所述负极连接基体是可焊性导电基体，所述可焊性导电基体是纯镍带、镀镍钢带、铜箔中的一种。

3.一种氢镍电池制造方法，依次有以下步骤：(1)制造正、负极片；(2)组装电池；(3)电池化成，其特征在于：

所述制造正、负极片包括将制造单片的负极长片、制造单片的负极短片分别裁切成单片，所述负极短片嵌渗的单位活性物质量是负极长片嵌渗的单位活性物质量的55％～65％，再在单片的负极长片的末端通过负极连接基体焊接单片的负极短片组成双负极片；

所述组装电池是先在双负极片的连接缝对应处的隔膜上焊接一宽度大于负极连接基体宽度的小块保护膜，再将该焊接有一宽度大于负极连接基体宽度的小块保护膜的隔膜置于正负极片之间，然后将双负极片、隔膜、正极片卷成筒状装入电池壳体，装入电池壳体后的末尾一圈是单片负极短片，其与负极连接基体都和电池壳体接触，隔膜从长度方向和宽度方向完全包卷住正极片，且双负极片连接缝对应处的隔膜上焊接有小块保护膜，最后经注电解液、安装盖帽密封圈封口组装成氢镍电池。

4.按照权利要求3所述的氢镍电池制造方法，其特征在于：

所述负极片的制造是先将网状负极片基体从内置负极活性物质的粉箱中穿过，使负极活性物质嵌渗在网状负极片基体的网孔及两面，然后浸胶、除去表面余胶、烘干、辊压拉制和裁切。

5.按照权利要求4所述的氢镍电池制造方法，其特征在于：

所述负极连接基体的焊接是点焊、碰焊、激光焊中的一种；

所述小块保护膜的焊接采用膜用焊接机。

6.按照权利要求5所述的氢镍电池制造方法，其特征在于：

所述隔膜与小块保护膜是经过磺化处理的非织造布隔膜。

7.按照权利要求6所述的氢镍电池制造方法，其特征在于：

所述磺化处理是发烟硫酸处理、氯磺酸处理中的一种。

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