CN101197454A - 镍氢超大容量电池 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电池领域，具体为一种镍氢超大容量电池。本发明的目的是提供一种超大容量的镍氢电池。该镍氢超大容量电池的技术方案为：镍氢超大容量电池，包括以Ni(OH)2为主体的正极、以稀土储氢合金为主体的负极、隔膜和碱性电解液，正、负极通过干法上粉制得，正极活性物质选用高密度球形Ni(OH)2，另加入正极材料总量的12％～14％重量比例的CoO。本发明的有益效果是：通过上述发明，实现了进一步提高镍氢电池的单位体积比容量，进一步提高镍氢电池的市场竞争力。
Description
技术领域
本发明涉及电池领域，具体为一种镍氢超大容量电池。
背景技术
现有镍氢电池多采用湿法生产，目前湿法工艺的上粉量已达最高，没有再增加的余地，且由于粉料在合浆时，需加入一定量的粘合剂，故极片上的活性物质量受到了一定的限制，也就是单位体积比容量受到了限制。传统的湿法工艺已无法实现超大容量电池制造。另外，正极加工工艺为超声波清粉，因超声波是靠高频率的金属块往复运动，将压实的极粉击碎，这样容易产生的后果是把发泡镍击碎或压薄，使发泡镍的强度不够，点焊正极耳后容易断裂，且导电效果也受到影响。钢带作负极工艺基体，因钢带的导电性比较差，且厚度偏薄，粉子仅仅是压制在钢带表面。
Ni-MH电池在充电过程中要释放很大的热量，而原电解液配方电池在高温情况下充电效率降低，从而造成放电容量低。
常规的化成制度浪费时间，且最佳电性能也得不到体现。
发明内容
本发明的目的是提供一种超大容量的镍氢电池。
该镍氢超大容量电池的技术方案为：
镍氢超大容量电池，包括以Ni(OH)2为主体的正极、以稀土储氢合金为主体的负极、隔膜和碱性电解液，正、负极通过干法上粉制得，正极活性物质选用高密度球形Ni(OH)2，另加入正极材料总量的12％～14％重量比例的CoO。
上述正极中CoO的最佳加入量为13％重量比例。
所述正极使用带状连续发泡镍为基体，通过上粉机进行嵌渗上粉，再通过用高压气体清除表面浮粉。
所述的负极使用密度为290g/m2，厚度为0.26mm的连续式铜网为基体，通过竖式干法上粉机上粉，再通过油压机压制成极片。
为防止负极片上的活性物质脱落，并提高固、液、气三相界面氧气复合能力，上述负极片表面浸涂PTFE乳胶液。
为避免出现正极片断裂，所述的正极片通过软化机软化。
所述的碱性电解液为KOH、NaOH和LiOH组成的三元电解液，其配比以重量份数计为：H2O∶KOH∶NaOH∶LiOH＝10∶3.5～4∶1～1.5∶0.2。
所述的隔膜采用经过璜化处理的特殊PP(聚丙烯)膜，其保液及透气性好。
上述电池化成工艺：0.1C充电15小时，0.2C放电4.5小时；0.2C充电6.5小时，0.5C放电1小时。
本发明的有益效果是：通过上述发明，实现了进一步提高镍氢电池的单位体积比容量，进一步提高镍氢电池的市场竞争力。
附图说明
图1为不同配方电解液充电效率对比图；
图2为本发明化成制度工艺流程图；
图3为2300mAh电池0.4C(电流为920mA)充电曲线图；
图4为2300mAh电池1C(电流为2300mA)放电曲线图；
图5为2300mAh电池5C(电流为11500mA)放电曲线图；
图6为2300mAh电池0.4C充电1C放电循环寿命曲线。
具体实施方式
实施例1
正极板：正极活性物质选用加拿大NICO(英可)公司高密度球形Ni(OH)2，加入正极材料总量的13％重量比例的CoO。基体使用面密度为420g/m2的带状连续发泡镍，采用卧式嵌渗干法上粉生产正极片，再通过用高压气体清除表面浮粉，最后软化。此方法生产出的正极片体密度接近4.0g/cm3，大大提高了比能量及极片导电性能，且比传统的湿法涂浆工艺具有机械化程度高、生产效率快、能源低损耗、高质量的特性。工艺采用干法和湿法，在相同面积的发泡镍基体上进行上粉量对比，以AA系列的正极为例，其结果见表(一)：
表(一)
由上表可以看出，正极采用干法后极片密度可以加大到3.9g/cm3，而湿法最高才能达到3.3g/cm3，这样上粉量可以比湿法多添1.7g，换算成容量可以增加420多毫安时。湿法正极可做到1800mAh，而干法正极可做到2300mAh(正极克容量按245mAh/g计算)。
实施例2
负极板：负极活性物质选用日本三井金属氢化物——稀土储氢合金，载体使用密度为290g/m2，厚度为0.26mm的连续式铜网，采用竖式干法上粉先进工艺技术生产负极片，并对负极采用表面浸涂PTFE乳胶液，防止负极片上的活性物质脱落，并提高了固、液气三相界面氧气复合能力。负极采用铜拉网替换原湿浆钢带基体进行干法生产，与湿浆极片对比单极测试容量及放电性能，取相同体积的钢带湿浆和干法铜网极片配相同重量的同种正极进行测试，其结果见
表(二)：
表(二)
由上表可以看出，相同重量的钢带湿浆和干法铜网负极片所放出的容量不同，尤其高倍率放电更为突出。
实施例3
电解液配方
在由KOH和LiOH组成的二元电解液基础上，添加NaOH，其配比以重量份数计为：H2O∶KOH∶NaOH∶LiOH＝10∶3.5～4∶1～1.5∶0.2。
从图1可以看出，不含NaOH和含6.57％的NaOH的电解液配方充电效率都不如配方为H2O∶KOH∶NaOH∶LiOH＝10∶3.5∶1.5∶0.2的充电效果，尤其在高温下充电效率有明显提高，从而确定此配方是可行的。
实施例4
根据图2，化成充放电试验制度为：0.1C充电15小时，0.2C放电4.5小时；0.2C充电6.5小时，0.5C放电1小时。以此化成制度化成的电池与原工艺生产的电池测试自放电并进行对比如表(三)：
通过上表对比结果可以看出，试验化成工艺制度可比原化成工艺制度生产出的电池自放电小3～5个百分点，使电池的自放电得到了改善。通过试验，此化成制度不但找到了最佳方案，而且还缩短了化成时间、节约了电能、减少了生产周期、提高了生产效率。
实施例5
中试
其操作工艺流程为：合粉→正负极片制造→正负极片整理→卷绕→装配→化成→检测。
极板车间、装配车间、容化车间根据上述正负极板加工工艺、电解液配方、化成制度对5000只Ni-MHAA2300mAh电池进行加工，生产出的产品经过检测工序其容量结果如下：
0～2000mAh 1只
2000～2200mAh 2只
2200～2300mAh 10只
其它在2300mAh以上，达到了设计要求。
实施例6
工业试验及规模生产中试
操作工艺流程同中试。
工业试验证明，通过上述调整和改进，Ni-MH电池从原来的最高容量1900mAh提高到2300mAh，结果见表(四)：
表(四)
| 电池容量指标 | AA系列最高容量 | 用在2.0W的灯泡上照明时间(1×5) | 用在功率20W的电动工具上使用时间(1×10) |
| 改造工艺前 | 1900mAh | 4小时45分钟 | 48分钟 |
| 改造工艺后 | 2300mAh | 5小时45分钟 | 60分钟 |
| 工艺改变前后差值 | 400mAh | 1小时 | 12分钟 |
本发明方法跟传统工艺生产成本及性能对比：
一、正极干法和湿法对比
1.原材料对比
表(五)
表(五)中：CMC为一种粘合剂，全称为羧甲基纤维素钠，在湿法电池生产中使用，而在本发明干法电池生产不需要使用。
以Ni-MH 2300mAh电池1000只为计算单位，按平均日产2万只Ni-MH电池计算，可节约24.11元×(20000÷1000)×365＝17600.3元≈17.60万元。
2.生产效率对比
以前生产10万只Ni-MH AA1800mAh电池用湿法涂浆需10个人生产5天，而现在只需6个人16个小时就可完成，生产效率是原来的12.5倍。一年中，按平均日产2万只Ni-MHAA电池计算，工人人均月工资及福利为1500元，以前一年需支付18万元，现在只需支付18万÷12.5＝1.44万元，可节约：18万-1.44万＝16.56万元。
3.因湿法涂片损耗大(浆料沾在搅拌桶及涂浆机上)，按损耗0.5％计算，一年平均日产2万只Ni-MH AA2300mAh电池，Ni-MH AA2300mAh电池干物质量9.2g/只，干物质价格为130元/Kg，一年可少损耗130元×(20000÷1000)×9.2×0.5％×365＝43654元≈4.36万元。
4.正极使用干法后，极片密度增大，Ni-MH AA电池容量由以前的1800mAh提高到2300mAh，Ni-MH AA1800mAh电池单价为5元/只，而Ni-MHAA2300mAh电池为6.4元/只，除去多用的成本0.32元/只，每只电池可多收益：6.4元-5元-0.32元＝1.08元，一年按平均日产Ni-MH AA电池2万只，一年可多收益：1.08×20000×365＝7884000元＝788.4万元。
二、化成制度的更改缩短了化成时间，由以前的四个循环改为两个循环。放电过程不耗电，充电时间节约20小时，按平均日产2万只Ni-MHAA电池计算，可节约电能：
充电电压×充电电流×电池只数×节约时间×365天＝1年节约的电能。1.5V×0.23A(0.1C充电)×20000×20×365＝50370000瓦时＝50370度，工业用电0.5元/度，可节约：50370×0.5元＝25185元＝2.51万元。
三、综合经济效益计算
年主要经济效益＝原材料节约+生产效率提高节约+损耗减少+容量提高收益+节约电能收益＝17.60万元+16.56万元+4.36万元+788.4万元+2.51万元＝829.43万元。
四、长期经济效益
随着全球环境意识的觉醒也对电池提出了符合环保的各项要求，特别是欧盟(双绿指令)的实施，电池的环保性尤为重要，欧盟的《废弃电子电气设备指令》(WEEE)和《关于电子电气设备中限制使用某些有害物质指令》(ROHS)，分别以2005年8月13日，2006年7月1日强制执行，目前我国生产的二次电池70-80％用于出口，只有20％左右的国内自销，且产品则以镉镍二次电池为主，国内外以Ni-MH替代Ni-Cd二次电池已是形势发展的必然。上述几种因素证明，在产品相互交替，换代之间，国际氢镍二次产品成本的市场空间，效益空间，发展空间巨大。
电源公司氢镍超大容量环保节能产品系列具有工艺技术成熟、技术含量高、具有前瞻性的特点，目前产品规模已具日产10万只规模，效益为：
日产2万只产能效益829.43万元×10万只/2万只＝4147.15万元，计划2007年规模效益达到4147.15万元×15万只/10万只＝6220.72万元。
到2010年，氢镍环保节能二次产品规模效益达到1.2亿元，利税达千万。
在社会效益方面，公司推出的氢镍超大容量环保节能产品符合科学发展、建设环保型社会的宗旨；同时由于电源行业属劳动密集型行业，可新正就业岗位120-150个，为解决社会就业做出了一定贡献。
五、检测电池性能结果
经过所有试验，2300mAh超大容量电池制造成功，其检测电池性能结果如图3、4、5、6。
Claims (9)
1.镍氢超大容量电池，包括以Ni(OH)2为主体的正极、以稀土储氢合金为主体的负极、隔膜和碱性电解液，其特征是，正、负极通过干法上粉制得，正极活性物质选用高密度球形Ni(OH)2，另加入正极材料总量的12％～14％重量比例的CoO。
2.根据权利要求1所述的所述的镍氢超大容量电池，其特征是，所述的正极中CoO的最佳加入量为13％重量比例。
3.根据权利要求1所述的所述的镍氢超大容量电池，其特征是，所述的正极使用带状连续发泡镍为基体，通过上粉机进行嵌渗上粉，再通过用高压气体清除表面浮粉。
4.根据权利要求1所述的所述的镍氢超大容量电池，其特征是，所述的负极使用密度为290g/m2，厚度为0.26mm的连续式铜网为基体，通过竖式干法上粉机上粉，再通过油压机压制成极片。
5.根据权利要求1或3所述的所述的镍氢超大容量电池，其特征是，所述的正极片通过软化机软化。
6.根据权利要求1或4所述的所述的镍氢超大容量电池，其特征是，所述的负极片表面浸涂PTFE乳胶液。
7.根据权利要求1所述的所述的镍氢超大容量电池，其特征是，所述的碱性电解液为KOH、NaOH和LiOH组成的三元电解液，其配比以重量份数计为：H2O∶KOH∶NaOH∶LiOH＝10∶3.5～4∶1～1.5∶0.2。
8.根据权利要求1所述的所述的镍氢超大容量电池，其特征是，所述的隔膜采用经过璜化处理的特殊PP(聚丙烯)膜，其保液及透气性好。
9.根据权利要求1所述的所述的镍氢超大容量电池，其特征是，所述的电池化成工艺：0.1C充电15小时，0.2C放电4.5小时；0.2C充电6.5小时，0.5C放电1小时。
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|---|---|---|---|---|
| CN103794759A (zh) * | 2014-01-27 | 2014-05-14 | 中南大学 | 一种镍氢电池负极片处理方式 |
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2007
- 2007-10-17 CN CNA2007101139191A patent/CN101197454A/zh active Pending
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