CN100592552C - 一种方形碱性动力蓄电池负极板及其连续化制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种方形碱性动力蓄电池负极及其连续化制作方法，这种负极由镀镍普通钢切拉网、动力电池负极活性物质浆料、一定规格泡沫型金属导电材料组成。连续制作方法是，在带状镀镍切拉钢网沿长度方向的适当部位预留用于焊接极耳的带状部位，通过涂浆方式将活性物质浆料均匀地涂敷在镀镍切拉钢网两面，然后通过恒间距的刚性刮浆板控制涂浆量和涂浆均匀性，通过烘干，再经过碾压方式在预留的带状部位两面对称地各压附一条泡沫金属带、压实、分切而形成尺寸满足要求的极板。本发明的方形碱性动力蓄电池负极生产成本低、极板导电性能好，而本发明的方形碱性动力蓄电池负极连续制作方法简便快速，适合于方形碱性动力蓄电池负极的大批量连续制造。

Description

一种方形碱性动力蓄电池负极板及其连续化制作方法

技术领域

本发明涉及电池领域，进一步指采用镀镍切拉钢网作电池负极板导电集流体的方形碱性蓄电池负极板及其连续化制作方法。

背景技术

随着电动汽车、尤其是混合动力电动汽车的发展，方形碱性动力蓄电池越来越受到人们的重视(如镍系蓄电池等)。电池正、负极板的性能以及内部结构决定了电池的综合性能，通常情况下方形碱性动力蓄电池内部由矩形的正极板、负极板、隔膜以及电解液等组成。其中极板的电子导电性能是决定电池功率特性好坏的重要因素之一，而该性能的好坏又与极板导电集流体的性能密切相关。在碱性动力蓄电池中，当前最成熟和可靠的导电集流体材料是泡沫镍材料。但由于镍是一种资源较为紧缺价值较高的材料，同时在该电池体系中泡沫镍的用量又很大，直接导致了电池的高成本。尤其是在最近的几年里，全球的镍资源涨价势头很猛，更使此类电池的成本雪上加霜。为了降低碱性蓄电池的成本，在非电动汽车领域应用的普通型碱性蓄电池，已采用镀镍穿孔钢带作为其负极的导电集流体。这种在穿孔金属带上涂浆制作的碱性蓄电池负极板的方法存在以下不足之处：

(1)穿孔金属带表明比较光滑、粗糙度低，使得湿法涂浆过程中浆料的附着力不会很大，因浆料的流动导致穿孔金属带在连续涂浆过程中的涂浆均匀性差。改进这一问题的方法是将浆料的黏度增加，但这同时又会造成在浆料配制过程中均匀性较差以及过多的粘接剂会使极板电阻增加的问题。另外，浆料附着力差也会造成在使用过程中活性物质脱落的问题，减低了极板的使用寿命。

(2)穿孔金属带的孔尺寸通常比较大，在附着在孔部位的活性材料仅仅依靠粘接剂的作用而相互连接，材料本身的导电性远低于导电集流体材料的导电性，这样就会出现由于附着在孔部位和导电集流体基底部位的活性物质的导电特性不同而出现局部的极化不均匀分布，导致在孔的中间部分活性材料利用率不高。而由于目前技术水平上的原因，还不可能冲出既均匀且孔又足够小的穿孔钢带。

作为电动车使用的方形碱性动力蓄电池要求具有承受大电流工作的能力，很长的循环使用寿命、很高的输入输出功率特性，但同时又要求具有较低的制造成本等。由于穿孔金属带存在上述两个方面的不足，使得穿孔金属带在碱性动力蓄电池中的应用受到了很大限制。目前，也有人采用切拉金属网为集流体并采用湿法涂浆方法制作普通圆柱形碱性二次电池的负极，这些电池在性能要求上主要是追求高容量、低倍率的放电。然而由于电池结构以及对电池本身的要求差异使得以切拉金属网为负极集流体的负极制作方法至今没有引入到高功率方形动力蓄电池中。存在的主要问题是，在动力电池制作中，为了达到使每片极板都有承受较大电流工作的能力的目的，在极板制作过程中，需要保留一个带状的不涂浆的部分用于焊接导出电流的极耳。对于切拉金属网结构而言，作了这种预留的结果是会在涂浆后的压实过程中出现切拉网的上了浆和未上浆的部分的延展不一致进而产生压实后的极板带出现扭曲变形的问题。此外，如何有效控制上浆量以及上浆均匀性的问题也都还没有得到很好的解决。但是由于目前主要的切拉金属网是镀镍钢切拉网、镀镍铜切拉网，这些材料相对于泡沫镍而言价格要便宜很多，因此深入研究寻找新的方法使镀镍切拉钢网成为方形碱性动力蓄电池极板的导电集流体材料，并合理的解决极板的连续制作的工艺问题将具有非常重要的意义。

发明内容

本发明的内容是，针对现有技术存在的缺陷，提出了一种方形碱性动力蓄电池负极板及其连续化制作方法，它采用廉价的导电集流体为矩形极板的基体材料，同时可很好地解决以往在切拉钢网用于矩形极板制作过程中存在的关键工艺问题，降低了方形碱性动力蓄电池的生产成本，提高了采用切拉钢网为负极导电集流体的方形碱性蓄电池的功率特性。

本发明的技术方案之一是，所述方形碱性动力蓄电池负极板的组成为，它包括用作电流集流体的镀镍切拉钢网，在所述镀镍切拉钢网一侧的对应两面分别压接有一条泡沫金属带并在该泡沫金属带之外的该镀镍切拉钢网上均匀地涂敷有常规负极活性物质浆料，在压接有所述泡沫金属带的镀镍切拉钢网一侧固定连接了负极极耳。

本发明的技术方案之二是，所述方形碱性动力蓄电池负极板连续化制作方法为，卷绕在放料辊上的带状镀镍切拉钢网经导料辊向滚压对辊机中连续运行，所述带状镀镍切拉钢网由放料辊上放出后即沿长度方向在该切拉钢网两面的对应部位分别粘贴一条粘胶带，然后使所述连续运行的带状镀镍切拉钢网通过装有常规负极活性物质浆料的“V”形浆料斗而使负极活性物质浆料均匀地涂敷在镀镍切拉钢网的两面；在“V”形浆料斗上方的带状镀镍切拉钢网移出位置加装两只相对且具有恒定间距的钢性刮浆板，使涂有浆料的带状镀镍切拉钢网通过该两只钢性刮浆板之间后，镀镍切拉钢网的上浆量和上浆均匀性(即极板厚度均匀性)得到控制，并且镀镍切拉钢网的上浆量可以通过调整钢性刮浆板的间距进行控制；再对通过两只钢性刮浆板后的上浆镀镍切拉钢网进行急速加热干燥；之后从上浆镀镍切拉钢网上去除所述粘胶带，对上浆镀镍切拉钢网实施鼓风干燥；在经过鼓风干燥的上浆镀镍切拉钢网两面的去除所述粘胶带的部位分别压附一条泡沫金属带后，将该上浆镀镍切拉钢网送入滚压对辊机实施碾压；然后送入剪切装置剪切为所需尺寸的极板。

以下对本发明做出进一步说明。

参见图1，本发明所述方形碱性动力蓄电池负极板的组成为，它包括用作电流集流体的镀镍切拉钢网19，在所述镀镍切拉钢网19一侧的对应两面分别压接有一条泡沫金属带13并在该泡沫金属带之外的该镀镍切拉钢网上均匀地涂敷有常规负极活性物质浆料18，在压接有所述泡沫金属带13的镀镍切拉钢网19一侧固定连接了负极极耳17。

本发明所述方形碱性动力蓄电池负极板连续化制作方法采用一定规格的镀镍切拉钢网(镀镍普通钢切拉网)为负极板导电集流体，首先在带状的切拉钢网沿长度方向的适当部位通过粘贴粘胶带的方式预留用于焊接极耳的空白带部位，以保证在后续涂浆过程中不会有浆料粘附到此带状部位的切拉钢网上；然后用连续涂浆方式将活性物质浆料均匀地涂敷在镀镍切拉钢网的两面，通过恒间距的钢性刮浆板控制切拉钢网上的涂浆量和涂浆均匀性，极板带(即上浆后的带状镀镍切拉钢网)烘干前拆除粘胶带，极板带烘干后通过碾压方式在预留的空白带部位的两面对称地各压附一条泡沫金属带，最后经过压实、分切而形成尺寸满足需要的矩形负极板。

由于在辊压前在预留的空白带部位压附了泡沫金属带，这样就能够保证在碾压过程中极板各处的延展基本一致，同时也大大提高了极板和极耳焊接处的电子导电能力。

本发明采用常规湿法连续涂浆工艺将常规负极活性物质浆料附着在导电集流体上；所述的负极导电集流体为价格便宜的镀镍普通钢切拉网，且预留有用于焊接极耳的不涂浆部位；所述常规负极活性物质浆料由常规负极活性物质颗粒(或粉末)、常规导电剂、常规粘接剂以及常规溶剂组成。同时在湿法涂浆工艺中，采用泡沫型导电金属材料通过双面压附的办法填充至镀镍切拉钢网上用于焊接极耳的网格部分，使得切拉网各处在极板碾压成型时产生的延展基本一致，避免了极板因延展不一致而产生的扭曲形变，并同时解决单纯采用切拉网时容易产生的在极耳焊接处导电性能不良的缺点。

本发明中所述的预留用于焊接极耳的不涂浆部位并不限于在带状切拉网的边缘，也可以在切拉网带中间的适当位置预留，这样也就可以不限制同时可以涂浆的极板带的道数，可以大大提高极板的生产效率。本发明中还采用了恒间距的钢性刮浆板来控制切拉网湿法连续涂浆工艺的涂浆均匀性和活性物质涂浆量。

由上可知，本发明为一种工艺简单、廉价的方形碱性动力蓄电池负极以及极板连续化制作方法，它采用镀镍普通钢切拉网为矩形负极板的导电集流体，采用湿法连续涂浆工艺将负极浆料涂覆在导电集流体上，采用泡沫型导电材料填充极板带中间的空白带以使极板带在行进方向上的延展均匀，同时提高矩形极板和极耳焊接处的电子导电能力。本发明不仅采用了非常廉价的导电集流体为矩形极板的基体材料，同时也很好地解决了以往在切拉网用于矩形极板制作过程中存在的关键工艺问题，降低了方形碱性动力蓄电池的生产成本，提高了采用切拉网为负极导电集流体的方形碱性蓄电池的功率特性。

附图说明

图1是本发明一种实施例的方形碱性动力蓄电池负极板结构示意图；

图2是本发明所述方形碱性动力蓄电池负极板连续化制作方法的一种实施例工艺流程示意图；

图3是贴有粘胶带的镀镍切拉钢网实施例示意图；

图4是涂覆有负极浆料的镀镍切拉钢网，即极板带示意图；

图5是在极板带中间预留空白带处双面贴泡沫型导电金属材料示意图；

图6是按本发明制作的6Ah方形镍氢动力蓄电池单体(B型电池)与采用泡沫镍为导电集流体的相同规格的电池(A型电池)的小电流放电曲线比较图(其中，充电：6A充4.8Ah，放电：6A放至1V)

图7是按本发明制作的6Ah方形镍氢动力蓄电池单体(B型电池)与采用泡沫镍为导电集流体的相同规格的电池(A型电池)的大电流放电曲线比较图(其中，充电：6A充4.8Ah，放电：60A放至0.8V)。

在图中：

1-放料辊，2-粘胶带，3-双面对辊贴带机，

4、41、42、43-导料辊，5-“V”形浆料斗，6-恒间距钢性刮浆板，

7-急速加热干燥装置，8-胶带回收装置，

9、10、11、12-不同温度的鼓风干燥装置，13-泡沫金属带，

14-双面对辊贴带装置，15-滚压对辊机，16-剪切装置，

17-负极极耳，18-上浆后的极板带，19-镀镍切拉钢网。

具体实施方式

实施例1：如图1，所述方形碱性动力蓄电池负极板的组成为，它包括用作电流集流体的镀镍切拉钢网19，在所述镀镍切拉钢网19一侧的对应两面分别压接有一条泡沫金属带13并在该泡沫金属带之外的该镀镍切拉钢网上均匀地涂敷有常规负极活性物质浆料18，在压接有所述泡沫金属带13的镀镍切拉钢网19一侧固定连接了负极极耳17。

实施例2：如图2和图3，为同时制作两道极板带的连续化制作方法的工艺流程。选取一定规格的镀镍普通钢切拉网卷绕在放料辊1上，先通过双面对辊贴带机3在切拉网的正中间(此部分预留用于焊接极板的极耳)双面紧密贴上宽度在8～16mm的粘胶带2，以使镀镍切拉钢网在涂浆时贴胶带的区域不被活性物质浆料涂覆；贴有粘胶带2的镀镍切拉钢网19通过可转动的导料辊4改变方向进入装有负极浆料的“V”形浆料斗5中；在该浆料斗中，负极浆料随着切拉网的前移而附着在切拉网上，此时显然无法控制上浆量以及极板的厚度均匀性。为了解决此问题，在“V”形浆料斗5的上方切拉钢网移出的位置加装一对恒定间距的钢性刮浆板6，当涂有浆料的镀镍切拉钢网通过两块钢性刮浆板之间后，极板厚度均匀性问题得到了解决且极板的上浆量可以通过调整钢性刮浆板的间距进行控制。刚从刮浆板口出来的极板表面浆料非常容易由于重力的作用下流，因此在刮浆板6的上面采用急速加热干燥装置7对极板带进行连续烘干。所述采用急速加热干燥装置7的作用是在很短的时间里使极板带表面的水分蒸发从而控制浆料的下流，事实上采用急速加热干燥装置7只是对极板起到表面干燥的作用。涂浆后的切拉钢网通过采用急速加热干燥装置7后需要将预先贴上去的粘胶带去除(见图2及图3所示)，以免在随后的干燥过程中因干燥温度较高、时间较长而使胶带熔化。

当把浆料附着在镀镍普通钢切拉网上后，需要经过多次连续的、不同温度的鼓风干燥箱进行干燥(见图2中9，10，11，12所示)，为了充分有效的利用工艺生产过程中的空间，极板带在涂浆设备上需要借助导料辊4改变行进方向。附着有负极浆料的镀镍切拉钢网通过多级连续的干燥后，在极板带的中间会有未涂浆的切拉网空白带(如图4所示)，该空白带是用于在矩形极板上焊接极耳所预留。由于在后续的极板带连续压实过程中，填充了负极浆料的切拉网会由于受到较大的挤压力而沿滚压机滚动方向发生一定的延展，而中间预留用于焊极耳的空白带部位则因切拉网受到的挤压力远小于涂了浆料的切拉网部位所受的力，使得其延展的幅度远小于涂了浆料的切拉网部分。不一致的受力导致的不一致的延展将使极板带发生扭曲变形而不再保持平整。同时，单纯的切拉网用作极耳焊接带时，空白带在焊接极耳时由于切拉网与极耳的接触总面积不会很大，使得极耳焊接处电子导电电阻比较大，不利于方形动力蓄电池的高功率放电。

本发明中解决上述问题的方案是采用类似于图2中的双面对辊贴带机3的装置(即双面对辊贴带装置14)在空白带的位置准确地在其双面压附上合适规格的泡沫金属带(泡沫型导电金属材料)13(如图5所示)。所述泡沫型导电金属材料在金属切拉网空白带的两面可以通过泡沫型材料本身的金属纤维丝在一定的压力作用下产生的相互紧密粘合作用。随后的过程即与前述过程相同。当极板带通过成型滚压对辊机15后就可以得到所需要厚度的均匀的极板，并在剪切装置16的极板剪切台上面将极板带剪切成所需尺寸的矩形极板(图1所示)。

所述镀镍切拉钢网采用镀镍普通钢切拉网，它的宽度在60mm～800mm之间，厚度在0.1mm～0.3mm之间，面密度在250g/m²～400g/m²之间。切拉钢网的切孔尺寸在0.1mm～2mm之间。切拉钢网的制作流程是先切拉孔，然后再镀镍以保证在所有的切口部位都能均匀地镀镍进行保护。

所述泡沫金属带的材质可以是镍材料、镀镍铜材料、镀镍铁材料，泡沫金属带的宽度在8mm～20mm之间，厚度在0.5mm～1.2mm之间，面密度在250g/m²～400g/m²之间，孔隙率在60至110PPI之间。将泡沫金属带压附到钢网上时，采取在切拉钢网的两面同时进行泡沫金属带的压附的方法，以确保压附在切拉钢网上的泡沫金属带有足够的附着强度。压附了泡沫金属带的钢网部位的总厚度与钢网涂浆部位的总厚度相同，从而使得涂浆后的钢网在压实过程中，载有活性物质的钢网部位和压附有泡沫金属带的部位的延展程度相同，从而保证用镀镍切拉钢网制作的极板带在压实过程中保持平整不发生扭曲变形。

所述的恒间距刚性刮浆板为一对用硬质材料制作的带刀状斜面直线边(简称刀口边)的平面板，两块板的刀口边呈相对位置安装且两刀口边相互平行。两刀口边之间的距离可以通过适当的方式进行调整且在调整后可以进行锁定。这样可以保证在对切拉钢网进行连续涂浆时，通过刀口边对涂有活性物质浆料的钢网的刮挤作用，使得切拉钢网带上任何部位的单位面积上的涂浆量相同。

本发明方法适用于需要采取连续涂浆制作极板的所有种类的方形碱性蓄电池的生产。下面以高倍率的6Ah方形镍氢动力蓄电池为例对本发明的上述实施例作进一步说明。

首先将宽度为97mm的卷绕的镀镍普通钢切拉网按照图2所示的流程安装在生产线上，将10mm宽的透明粘胶带、9.5mm宽的泡沫镍带分别安装在图2中粘胶带2和泡沫金属带13所示的位置，开启所有干燥装置，调整刮浆板的间隙宽度为0.85mm，调整图2中的极板滚压对辊机15的间距以满足生产的实际需要。

取用适量的常规负极活性材料储氢合金粉末、粘接剂、导电剂和水按照常规配方要求配制负极浆料。将所配制的负极浆料倒入图2所示的V型浆料斗5中进行湿法拉浆制作所需要的负极板(图1)。完成制作后的负极板规格为，其活性物质上浆面积为43×52mm，负极极耳17的宽度为5mm。

将制作好的矩形负极板与按照传统工艺生产的正极板组装容量为6Ah的方形镍氢蓄电池(B型电池)，作为参照，同时采用以泡沫镍为负极导电集流体制作的负极板组装了容量相同、结构一致的镍氢蓄电池(A型电池)。两种电池经过相同的制度进行化成、活化之后，进行不同倍率放电性能的比较测试，图6和图7是这两种电池分别以6A和60A电流恒流放电的性能比较结果(其充电制度为6A电流充4.8Ah电量)。从图6可以看出，按照本发明制作的方形镍氢动力电池在低倍率放电条件下放电性能明显优于用泡沫镍为集流体材料制作的电池，在放电的中后期放电电压比传统电池高，说明按照本发明制作的电池在小电流放电条件下极板的极化更加均匀、材料的利用率更高，这显然是与极板和极耳之间具有良好的电子导电性密不可分的。从图7可以看出，按照本发明制作的方形镍氢动力电池，其高倍率放电的容量和传统电池完全一致，虽然其放电初期的放电电压平台值比传统电池略小，但考虑到本发明所制作的负极板以及电池的成本比采用泡沫镍为负极导电集流体制作的电池的成本低得多，因此本发明制作的电池的性价比比传统电池有了显著提高，这说明本发明对方形镍氢动力蓄电池在保证性能不降低的前提下电池制作成本有了显著降低。

Claims (5)

1、一种方形碱性动力蓄电池负极板，其特征是，它包括用作电流集流体的镀镍切拉钢网(19)，在所述镀镍切拉钢网(19)一侧的对应两面分别压接有一条泡沫金属带(13)并在该泡沫金属带之外的该镀镍切拉钢网上均匀地涂敷有常规负极活性物质浆料(18)，且使压附了泡沫金属带的钢网部位的总厚度与钢网涂浆部位的总厚度相同，在压接有所述泡沫金属带(13)的镀镍切拉钢网(19)一侧固定连接了负极极耳(17)。

2、一种方形碱性动力蓄电池负极板的连续制作方法，其特征在于，该方法为，卷绕在放料辊上的带状镀镍切拉钢网经导料辊向滚压对辊机中连续运行，所述带状镀镍切拉钢网由放料辊上放出后即沿长度方向在该切拉钢网两面的对应部位分别粘贴一条粘胶带，然后使所述连续运行的带状镀镍切拉钢网通过装有常规负极活性物质浆料的“V”形浆料斗而使负极活性物质浆料均匀地涂敷在镀镍切拉钢网的两面；在“V”形浆料斗上方的带状镀镍切拉钢网移出位置加装两只相对且具有恒定间距的钢性刮浆板，使涂有浆料的带状镀镍切拉钢网通过该两只钢性刮浆板之间后，镀镍切拉钢网的上浆量和上浆均匀性得到控制；再对通过两只钢性刮浆板后的上浆镀镍切拉钢网进行急速加热干燥；之后从上浆镀镍切拉钢网上去除所述粘胶带，对上浆镀镍切拉钢网实施鼓风干燥；在经过鼓风干燥的上浆镀镍切拉钢网两面的去除所述粘胶带的部位分别压附一条泡沫金属带，且使压附了泡沫金属带的钢网部位的总厚度与钢网涂浆部位的总厚度相同后，将该上浆镀镍切拉钢网送入滚压对辊机实施碾压；然后送入剪切装置剪切为所需尺寸的极板。

3、根据权利要求2所述方形碱性动力蓄电池负极板的连续制作方法，其特征在于，所述带状镀镍切拉钢网为镀镍普通钢切拉网，它的宽度在60mm～800mm之间，厚度在0.1mm～0.3mm之间，面密度在250g/m²～400g/m²之间；它的切孔尺寸在0.1mm～2mm之间；该切拉钢网的制作流程是先切拉孔，然后再镀镍以保证在所有的切口部位都能均匀地镀镍进行保护。

4、根据权利要求2所述方形碱性动力蓄电池负极板的连续制作方法，其特征在于，所述的泡沫金属带的材质为镍材料或镀镍铜材料、镀镍铁材料，泡沫金属带的宽度在8mm～20mm之间，厚度在0.5mm～1.2mm之间，面密度在250g/m²～400g/m²之间，孔隙率在60至110PPI之间。

5、根据权利要求2所述方形碱性动力蓄电池负极板的连续制作方法，其特征在于，所述的恒间距钢性刮浆板为一对用硬质材料制作的带刀状斜面直线边的平面板，两块板的刀口边呈相对位置安装且两刀口边相互平行；两刀口边之间的距离可以进行调整且在调整后可以进行锁定。

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