CN101453008B

CN101453008B - 电池正极极片及制作方法以及具有该电池正极极片的电池

Info

Publication number: CN101453008B
Application number: CN2007101877877A
Authority: CN
Inventors: 郭文天; 黄政益
Original assignee: BYD Co Ltd
Current assignee: BYD Co Ltd
Priority date: 2007-11-30
Filing date: 2007-11-30
Publication date: 2011-01-26
Anticipated expiration: 2027-11-30
Also published as: CN101453008A

Abstract

本发明提供的电池正极极片包括导电基体和涂覆于导电基体上的正极材料层，正极极片具有两条卷绕边和两条非卷绕边，其中，极片的正极材料层的表面具有凹槽，凹槽在非卷绕边上的投影长度等于非卷绕边的长度，且凹槽与非卷绕边平行，宽度为卷绕边长度的1.5％-3％，深度为电池正极极片厚度的2.2％-5.7％；本发明提供的电池的正极极片为本发明提供的正极极片；本发明的电池正极极片的制作方法包括在正极材料层的表面形成凹槽，所形成的凹槽在非卷绕边上的投影长度等于非卷绕边的长度，且凹槽与非卷绕边平行，宽度为卷绕边长度的1.5％-3％，深度为电池正极极片厚度的2.2％-5.7％。从而能够改善电池循环性能，提高循环使用寿命。

Description

电池正极极片及制作方法以及具有该电池正极极片的电池

技术领域

本发明涉及电池极片，特别涉及一种电池正极极片及其制作方法，以及具有该电池正极极片的电池。

背景技术

传统的卷绕型电池正极极片、例如镍电池的制作采用湿法涂片的方法，首先进行前期浆料混合及涂布的制片工作，然后再将涂好的正极极片进行辊压，并将正极极片压实以提高电池正极的填充密度。为了达到高容量电池正极的高填充密度，辊压而成的正极极片变得很脆，很硬，以至于在制作电池过程中进行电池卷绕的时候容易断裂。因此由上述电池正极极片制成的电池由于正极极片断裂的影响造成电池内阻很高，不利于电池放电，使用寿命也受到影响。

发明内容

本发明的目的是针对现有的电池正极极片在进行电池卷绕时容易断裂，并造成卷制而成的电池使用寿命不高的问题，提供一种能够改善电池循环使用寿命且工艺简单、使用性较强的电池正极极片及其制作方法，以及具有该电池正极极片的电池。

本发明提供的电池正极极片包括导电基体和涂覆于该导电基体上的正极材料层，该正极极片具有两条卷绕边和两条非卷绕边，其中，该极片的正极材料层的表面具有凹槽，所述凹槽在非卷绕边上的投影长度等于非卷绕边的长度，且所述凹槽与所述非卷绕边平行，所述凹槽的宽度为所述卷绕边长度的1.5％-3％，所述凹槽的深度为所述电池正极极片厚度的2.2％-5.7％。

本发明提供的电池包括电极组、电解液和电池壳体，所述电极组和电解液密封在电池壳体内，所述电极组包括卷绕的电池正极极片、电池负极极片和隔板，其中所述电池正极极片为本发明提供的电池正极极片。

本发明提供的电池正极极片的制作方法包括将表面涂覆有正极材料层的导电基体压延，得到具有两条卷绕边和两条非卷绕边的正极极片，其中，该方法还包括在正极材料层的表面形成凹槽，所形成的凹槽在非卷绕边上的投影长度等于非卷绕边的长度，且所述凹槽与所述非卷绕边平行，所述凹槽的宽度为所述卷绕边长度的1.5％-3％，所述凹槽的深度为所述电池正极极片厚度的2.2％-5.7％。

本发明提供的电池正极极片的表面包括凹槽，因此在将正极极片凹槽朝内进行卷绕的过程中，凹槽可以减轻卷绕产生的延展力，提高正极极片的柔韧度以避免其断裂，从而避免了使用该正极极片制得的电池内阻的升高，改善了电池的使用寿命；本发明提供的电池由于采用了上述的电池正极极片而具有较高的使用寿命；本发明提供的电池正极极片的制作方法采用带有突楞的滚轮对涂有浆料的导电基体进行辊压，从而制成带有凹槽的可改善电池的使用寿命的电池正极极片。

附图说明

图1为本发明提供的电池正极极片的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明提供的电池正极极片及其制作方法以及具有该电池正极极片的电池做进一步的详细描述。

图1为本发明提供的电池正极极片的示意图。如图1所示，本发明提供的电池正极极片包括导电基体和涂覆于该导电基体上的正极材料层，该正极极片具有两条卷绕边1和两条非卷绕边2，其中，该极片的正极材料层的表面具有凹槽3，所述凹槽3在非卷绕边2上的投影长度等于非卷绕边2的长度，且所述凹槽3与所述非卷绕边2平行线的夹角α不大于30度。

由于在卷绕型电池的制作过程中需要将电池正极极片与隔膜纸一起卷绕，因此，如图1所示，所述电池正极极片具有两条卷绕边1和两条非卷绕边2，在电池卷制过程中，两条卷绕边1被卷绕起来，两条非卷绕边2保持原来的状态。为了提高电池正极极片的柔韧度以避免在卷绕过程中断裂，凹槽3在非卷绕边2上的投影长度等于非卷绕边2的长度。

凹槽3可以与电池正极极片的非卷绕边2平行，也可以不与非卷绕边2平行。如图1所示，凹槽3不与非卷绕边2平行时，凹槽3与所述非卷绕边2的夹角α不大于30度。为了便于制造和使用，优选情况下，所述凹槽3与所述非卷绕边2平行。

所述凹槽3可以为一个，也可以为多个。为了更有利于增加电池正极极片的柔韧度，优选情况下，所述凹槽为多个，凹槽在电池正极极片的卷绕边1长度上的分布密度可以为0.25个/mm-2个/mm。当凹槽3为多个时，同样地，为了更有利于增加镍电池正极极片的柔韧度，多个凹槽3相互平行。相互平行的两个相邻凹槽之间的距离可以为电池正极极片的卷绕边1长度的3％-6％。

优选情况下，所述凹槽3的宽度为所述卷绕边1长度的1.5％-3％。为了在卷绕时增加电池正极极片的柔韧度但不至于在凹槽3处断裂，所述凹槽3的深度为所述电池正极极片厚度的2.2％-5.7％。在此所述的凹槽3的宽度和深度均指单个凹槽的宽度和深度。

优选情况下，所述电池正极极片为碱性二次电池正极极片，更优选情况下为镍电池正极极片。所述镍电池正极极片的厚度通常为0.6mm-1.0mm，优选为0.7mm-0.9mm。

电池正极极片包括正极导电基体和正极材料，正极材料负载在正极导电基体上；电池负极极片包括负极导电基体和负极材料，负极材料负载在负极导电基体上。

所述正极导电基体的种类已为本领域技术人员所公知，可以根据所要制成的电池的类型来选择合适的导电基体，例如，对于碱性二次电池的正极极片，可以使用泡沫镍基体、毛毡片结构的基体、金属穿孔板或多孔拉制金属网作为导电基体。

本发明提供的电池正极极片的制作方法包括将表面涂覆有正极材料层的导电基体压延，得到具有两条卷绕边1和两条非卷绕边2的正极极片，其特征在于，该方法还包括在正极材料层的表面形成凹槽3，所形成的凹槽3在非卷绕边上的投影长度等于非卷绕边的长度，且所述凹槽3与所述非卷绕边平行线的夹角不大于30度。

电池正极极片可以按照常规方法进行制备。例如，将正极材料和溶剂混合得到正极浆料，然后将正极浆料涂覆和/或填充在正极导电基体上，干燥，辊压，即可得到所述电池正极极片。

其中，所述干燥和压延的方法和条件为本领域技术人员所公知。例如，所述干燥的温度一般为100-150℃。

所述电池正极极片的尺寸由其所涂布的导电基体、辊压的油压压力以及用于辊压的滚轮宽度所决定。以镍电池为例，在正极极片制作过程中，当涂布浆料的镍网尺寸为90mm×40mm×1.5mm、辊压的油压压力在50-200T之间、以及用于辊压的滚轮宽度在200mm-500mm之间时，制得的镍电池正极极片的尺寸为(92-95)mm×(40-41)mm×(0.7-0.9)mm。

为了增加电池正极极片的柔韧度，本发明提供的电池正极极片的制作方法还包括在正极材料层的表面形成凹槽3，凹槽3可以通过多种方法形成，例如可以在对表面涂覆有正极材料层的导电基体进行压延之前在正极材料层的表面形成凹槽3，或在进行压延的同时形成凹槽3，或在压延之后形成凹槽3。为了便于操作，优选情况下，在对表面涂覆有正极材料层的导电基体进行压延的同时在正极材料层的表面形成凹槽3。

因此，形成所述凹槽3的方法包括用表面带有突楞的滚轮对表面涂覆有正极材料层的导电基体压延，使得制成的电池正极极片表面具有由突楞辊压形成的上文中所述的凹槽3，从而减轻了电池正极极片卷绕产生的延展力，提高了电池正极极片的柔韧度。

同样地，为了提高电池正极极片的柔韧度以避免在卷绕过程中断裂，所述突楞形成的凹槽3在非卷绕边上的投影长度等于非卷绕边的长度，且所述凹槽3与所述非卷绕边平行线的夹角不大于30度。

所述突楞可以为一个，也可以为多个。使用表面带有一个突楞的滚轮对电池正极极片进行反复辊压也可以形成多条凹槽3。所述突楞的宽度、排列以及高度与凹槽3的宽度、排列以及深度相同。

优选情况下，为了使得辊压形成的凹槽3与电池正极极片的非卷绕边2平行，使用滚轮进行辊压时应保持突楞与非卷绕边2平行。

本发明提供的电池包括电极组、电解液和电池壳体，所述电极组和电解液密封在电池壳体内，所述电极组包括卷绕的电池正极极片、电池负极极片和隔板，电池正极极片为上述的电池正极极片。

本发明提供的电池可以是任何带有卷绕电极组的电池，如二次电池，特别是碱性二次电池(如镍氢二次电池)或锂二次电池。

一般来说，所述正极材料包括正极活性物质和粘合剂，所述正极材料还可以包括导电剂。随着电池的不同，所述正极活性物质、粘合剂及导电剂也不同。所述正极活性物质、粘合剂及导电剂的种类及含量为本领域技术人员所公知。

以镍氢二次电池为例，正极材料含有氢氧化镍粉末、钴添加剂和粘合剂。其中，氢氧化镍为正极活性物质；所述钴添加剂可以选自Co、Co(OH)₂、Co₂O₃、Co₃O₄、CoO中的一种或几种；所述粘合剂可以选自羧甲基纤维素、甲基纤维素、聚丙烯酸钠、聚四氟乙烯、羟丙基甲基纤维素中一种或几种。以氢氧化镍的重量为基准，以钴元素计，钴添加剂的含量优选为大于零至10重量％，更优选为2-7重量％；粘合剂的含量优选为0.01-5重量％，更优选为0.02-3重量％。在制备正极浆料时，优选使用水作为溶剂。以氢氧化镍的重量为基准，所述溶剂的含量优选为15-40重量％，更优选为20-35重量％。

按照本发明所提供的电池，隔板设置于电池正极极片和负极极片之间，具有电绝缘性能和液体保持性能，并使所述电极组和电解液一起容纳在电池壳体中。以镍氢二次电池为例，所述隔板可以选自如聚烯烃微多孔膜、聚乙烯毡、玻璃纤维毡、或超细玻璃纤维纸。所述隔板的位置、性质和种类为本领域技术人员所公知。

所述负极极片的组成为本领域技术人员所公知。一般来说，负极极片包括导电基体及涂覆和/或填充于导电基体上的负极材料，所述负极材料包括负极活性物质和负极粘合剂。

以碱性二次电池为例，所述负极材料含有主组分和粘合剂，所述主组分选自镉的氧化物和/或氢氧化物、锌的氧化物和/或氢氧化物、或者储氢合金。所述储氢合金可以选自能作为碱性二次电池负极主要组分的任何储氢合金，该储氢合金可以将碱性电解液在电化学反应中产生的氢吸收，并且，在放电时能够使吸收的氢可逆地解析。所述粘合剂可以选自羧甲基纤维素、甲基纤维素、聚丙烯酸钠、聚四氟乙烯、羟丙基甲基纤维素中一种或几种。以所述主组分的重量为基准，粘合剂的含量优选为0.01-5重量％，更优选为0.02-3重量％。

所述负极材料还可以含有导电剂，所述导电剂的种类已为本领域技术人员所公知，例如为石墨和/或炭黑、镍粉。以所述主组分的重量为基准，所述导电剂的含量为0-8重量％，更优选为2-5重量％。

所述负极的制备方法已为本领域技术人员所公知，例如将所述负极材料的主组分、粘合剂和溶剂以及选择性含有的导电剂混和成糊状，涂覆和/或填充在所述导电基体上，干燥，压模或不压模，即成为电池的负极。负极导电基体可以为泡沫镍基体、毛毡片结构的基体、金属穿孔板或多孔拉制金属网。所述溶剂优选为水，溶剂的用量优选为所述主组分的15-40重量％，更优选为20-35重量％。

所述电解液为本领域技术人员所公知，可以根据所要制成的电池的类型来选择合适的电解液，例如，对于碱性二次电池，所述电解液可以为氢氧化钾水溶液、氢氧化钠水溶液、氢氧化锂水溶液中的一种或几种。所述电解液的浓度一般为4-9当量/升。

按照本发明提供的电池的制备方法，除了所述正极极片按照本发明提供的方法制备之外，其它步骤为本领域技术人员所公知。一般来说，通过隔膜层将正极极片和负极极片缠绕隔开形成电极组，将得到的电极组和电解液密封在电池壳中，即可得到本发明提供的电池。位于正极与负极之间的隔膜层的卷绕方法为本领域技术人员所公知，在此不再赘述。

下面通过实施例来对本发明做更加详细的描述。

实施例1

该实施例以镍氢电池正极极片为例，用以说明本发明提供的电池正极极片。

将10.00g的球形Ni(OH)₂(长优提供)、0.70g浓度为2重量％的粘结剂羧甲基纤维素(CMC)、0.15g聚四氟乙烯(PTFE)以及2.00g去离子水混合均匀，得到正极浆料。将所述正极浆料涂布于面密度为320g/m²、尺寸为90mm×40mm×1.5mm的镍网上，120℃烘干之后使用带有突楞的滚轮对涂好的正极极片进行辊压，所述突楞与正极极片的非卷绕边2相互平行，使用滚轮的油压压力为50吨，滚轮宽度为400mm，滚轮的突楞高度为20微米，滚轮上突楞的条数为250条，每条突楞相互平行，制成尺寸为92mm×40mm×0.85mm的正极极片。所制成的正极极片表面具有46个深度为20微米的凹槽。

实施例2

按照与实施例1相同的方法制得尺寸为92mm×40mm×0.85mm的正极极片。不同的是，在制作正极极片时，用于进行辊压的滚轮的突楞高度为25微米，因此所制成的正极极片表面的凹槽深度为25微米。

实施例3

该实施例以镍氢电池为例，用以说明本发明提供的具有本发明提供的电池正极极片的电池。

(1)制作镍氢电池正极极片

镍氢电池正极极片采用实施例1中的制作方法制成。

(2)制作镍氢电池负极极片

将12g储氢合金粉(达博文提供)、1.0g浓度为3重量％的粘结剂羟丙基甲基纤维素(HPMC)、0.2g聚四氟乙烯(PTFE)和2.5g去离子水混合均匀，得到负极浆料。将该负极浆料涂布于102mm×41mm×0.06mm的钢带上，120℃烘干、辊压之后制成尺寸为110mm×41mm×0.25mm的负极极片。

(3)组装镍氢电池

将上述正极极片和负极极片加上面密度为60g/m²的隔膜纸，卷绕后装入AA型钢壳，注入1.5g电解液(电解液含有1mol/L的NaOH、6mol/L的KOH 和0.5g/L的LiOH)，制成容量为2400mAh的AA型号的镍氢电池A。

采用上述方法制得容量为2400mAh的AA型号的镍氢电池A共50支。

实施例4

按照实施例3中的方法制成容量为2400mAh的AA型号的镍氢电池B，其中镍氢电池B的正极极片采用实施例2中的方法制得。

采用上述方法制得容量为2400mAh的AA型号的镍氢电池B共50支。

对比例1

该对比例用于说明现有技术的镍氢电池正极极片。

按照与实施例1相同的方法，制成尺寸为92mm×40mm×0.85mm的正极极片，不同的是，在制作电池正极极片时，采用不带有突棱的滚轮对涂好的正极极片进行辊压，因此所制成的正极极片表面不具有凹槽。

对比例2

该对比例用于说明现有技术的镍氢电池。

按照与实施例3相同的方法，制成容量为2400mAh的AA型号的镍氢电池C，不同的是，在制作镍氢电池时所用的正极极片为对比例1中的正极极片。

采用上述方法制得容量为2400mAh的AA型号的镍氢电池C共50支。

实施例5-6

实施例5-6分别用于测定实施例3-4制得的镍氢电池的电池循环性能。

采用上海万方电子有限公司生产的DC-2电池检测仪器，按照IEC61951-2、GB/T15100-2003标准中规定的方法，对制成的镍氢电池采用1C充放电循环150次，测定实施例3-4所制得的50支镍氢电池A的内阻和循环性能，取平均值，结果如表1所示。

对比例3

对比例3用于测定对比例2制得的镍氢电池的电池循环性能。

采用上海万方电子有限公司生产的DC-2电池检测仪器，按照IEC61951-2、GB/T15100-2003标准中规定的方法，对制成的镍氢电池采用1C充放电循环150次，测定对比例2所制得的50支镍氢电池C的内阻和循环性能，取平均值，结果如表1所示。

表1

	平均内阻(mΩ)	1C放电循环150次时的容量保持率
			实施例5(镍氢电池A)	11.6	89.5％
实施例6(镍氢电池B)	11.8	88.7％
			对比例3(镍氢电池C)	14.9	83.3％

从表1所示的测定结果可以看出，实施例5的内阻较对比例3低3.3mΩ，即减小了22.1％，而1C容量保持率则增加了6.2％；实施例6的内阻较对比例3低3.1mΩ，即减小了20.8％，而1C容量保持率则增加了5.4％。

因此，本发明提供的电池正极极片及其制作方法以及具有该电池正极极片的电池工艺简单，使用性较强，能够避免电池内阻升高，改善电池循环性能，提高电池的循环使用寿命。

Claims

1.一种电池正极极片，该电池正极极片包括导电基体和涂覆于该导电基体上的正极材料层，该正极极片具有两条卷绕边(1)和两条非卷绕边(2)，其特征在于，该极片的正极材料层的表面具有凹槽(3)，所述凹槽(3)在非卷绕边(2)上的投影长度等于非卷绕边(2)的长度，且所述凹槽(3)与所述非卷绕边(2)平行，所述凹槽(3)的宽度为所述卷绕边(1)长度的1.5％-3％，所述凹槽(3)的深度为所述电池正极极片厚度的2.2％-5.7％。

2.根据权利要求1所述的电池正极极片，其中，所述凹槽(3)为多个，多个凹槽(3)相互平行。

3.一种电池，该电池包括电极组、电解液和电池壳体，所述电极组和电解液密封在电池壳体内，所述电极组包括卷绕的电池正极极片、电池负极极片和隔板，其特征在于，所述正极极片为权利要求1-2中任一项权利要求所述的电池正极极片。

4.一种电池正极极片的制作方法，该方法包括将表面涂覆有正极材料层的导电基体压延，得到具有两条卷绕边(1)和两条非卷绕边(2)的正极极片，其特征在于，该方法还包括在正极材料层的表面形成凹槽(3)，所形成的凹槽(3)在非卷绕边上的投影长度等于非卷绕边的长度，且所述凹槽(3)与所述非卷绕边平行，所述凹槽(3)的宽度为所述卷绕边(1)长度的1.5％-3％，所述凹槽(3)的深度为所述电池正极极片厚度的2.2％-5.7％。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，形成所述凹槽(3)的方法包括用表面带有突楞的滚轮对表面涂覆有正极材料层的导电基体进行压延。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述滚轮为表面带有一个突楞的滚轮，使用滚轮进行压延时保持该突楞与所述非卷绕边(2)平行。

7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述滚轮为表面带有多个彼此平行的突楞的滚轮，使用滚轮进行压延时保持多个突楞与所述非卷绕边(2)平行。

8.根据权利要求5-7中任一项权利要求所述的方法，其中，所述突楞的宽度为所述卷绕边(1)长度的1.5％-3％，所述突楞的高度为所述电池正极极片厚度的2.2％-5.7％。