CN101794912B

CN101794912B - 一种耐温圆柱形镍氢电池

Info

Publication number: CN101794912B
Application number: CN2010101143080A
Authority: CN
Inventors: 詹炳然; 詹金俊
Original assignee: Guangzhou Wintonic Battery & Magnet Co Ltd
Current assignee: Guangzhou Wintonic Battery & Magnet Co Ltd
Priority date: 2010-02-11
Filing date: 2010-02-11
Publication date: 2012-02-01
Anticipated expiration: 2030-02-11
Also published as: CN101794912A

Abstract

本发明公开了一种耐温圆柱形镍氢电池，电池外壳、电池内壳为同心柱状不锈钢质材料制成，电池外壳与电池内壳底部由多孔连接支撑柱与内外电池壳底部之间通过点焊，内外电池壳之间填充聚乙烯泡沫隔热材料，电池外壳、电池内壳上部边缘采用激光焊接，电池正、负极片上根据电池的容量焊接导电极耳，电池电芯由负极极片、聚乙烯无纺布隔膜、正极极片重叠、从内到外按照正极极片、聚乙烯无纺布隔膜、负极极片卷绕，电池电芯置入电池壳中，电池正极通过正极导电极耳与电池帽焊接，负极通过负极导电极耳与电池壳底部焊接相连接。本发明的镍氢电池具有较好的耐温性能，在温差较大的恶劣条件下保持良好的充放电工作状态和良好的电性能及较长的循环使用寿命。

Description

一种耐温圆柱形镍氢电池

技术领域

本发明涉及电池制造领域，更具体涉及一种耐温圆柱形镍氢电池。可用于航空、航天领域、极地等恶劣环境条件下的各种电器设备的动力电源。

背景技术

目前，现有工业所用的圆柱形镍氢电池一般为镀镍钢质或者不锈钢质的单层电池壳、镀镍钢质或者不锈钢质单层电池帽。由单层电池壳、单层电池帽所制造的电池，因为单层钢质壳、单层电池帽具有良好的导热性能，在高低温环境下电池很容易与环境温度达到近似一致或者相同，从而使电池在高温(高于60℃)或者低温(低于-40℃)条件下工作状态极不稳定，或者由于环境温度极低完全无法工作、或者由于温度较高而发生爆炸等事故。因此，现有电池大多只能在常规温度条件下或者较窄的温度范围内工作，而在较高的温度或者较低的温度等极端温度条件下(如温差较大的太空、寒冷的极地条件或者酷热的沙漠气候等条件下)无法正常工作，或者无法工作，即便单层电池壳电池能正常工作也会由于温度环境较为恶劣而缩短电池的循环寿命较短，循环使用寿命只有数次或几十次，甚至由于温度环境影响而发生爆炸或完全失去电池效率。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的是在于提供了一种耐温圆柱形镍氢电池，本发明技术生产的镍氢电池，在较高的温度(高于65℃以上)或者较低的温度(低于-45℃)等极端温度环境条件下能够正常工作的耐温圆柱形镍氢电池。

本发明通过下述技术方案予以实现：

一种耐温圆柱形镍氢电池，所述的耐温圆柱形镍氢电池主要包括专用的电池壳(图1)、电池电芯(图1)、电池帽(图1)等三个主要部分构成；还包括使电池能够正常工作所需的浓度为3～6MKOH电解液，以及提高电池性能和工作效率及安全性能的导电极耳(图5)、绝缘垫圈(图5)、绝缘密封圈(图5)等成分及配件。

进一步，本发明包括如下内容：

所述的一种耐温圆柱形镍氢电池，其特征在于，所述的电池壳由四个部分：镀镍钢质或不锈钢质的外壳(图2a)、镀镍钢质或不锈钢质的内壳(图2a)、聚乙烯泡沫或石棉质的绝热材料(图2b)和镀镍钢质或不锈钢质的多孔连接支撑柱(图2b、图3)等部分构成；电池外壳、内壳起到导电及支撑作用；多孔连接支撑柱起到支撑连接内外壳作用；聚乙烯泡沫或石棉质的隔热层起到保温作用；电池内壳与电池外壳底部由镀镍钢质或者不锈钢质的多孔连接支撑柱通过激光焊接或点焊而成为一体(图2b)；电池外壳与电池内壳上部边缘通过激光焊接或点焊而成为一体。

所述的一种耐温圆柱形镍氢电池，其特征在于：所述电池帽(图1)由镀镍钢质或不锈钢质体及内部填充的聚乙烯泡沫或石棉隔热绝热材料(图1、图4)等两个镀镍钢质或不锈钢质部分及镀镍钢质或不锈钢质体上的安全气孔(图4)等构成；电池帽镀镍钢质或不锈钢质体起到支撑及导电作用，内部填充的聚乙烯泡沫或石棉隔热材料起到保温作用。

所述的一种耐温圆柱形镍氢电池，其特征在于：所述的电池电芯由正极极片2a(图1、图6)、负极极片(图1、图6)及聚乙烯无纺布隔膜(图1、图6)等三个部分按照第一正极片、第二隔膜、第三负极片从内到外的顺序卷绕而成(图1、图6)；电池电芯(图1)的正极极片由氢氧化镍或羟基氧化镍/高铁酸钾复合材料为正极活性物质，按占正极活性物质质量百分比3～10％的比例混合石墨导电剂、0.1～1％的聚四氟乙烯粘结剂、15～25％羧甲基纤维素钠(CMC)增稠剂以及15～35％的去离子水制作成浆料，再按照一般镍氢电池正极片制造上浆工艺，即以泡沫镍为集流体，按镍氢电池制造领域公知的工艺即：经上浆到泡沫镍集流体上、干燥、滚压、切片、清粉、点焊正极导电极耳、揉片等工序制作成正极片；然后将按照第一电池负极极片、第二聚乙烯无纺布隔膜、第三电池正极极片的顺序从外到内或从下到上的顺序重叠卷绕，即以电池负极极片包电池正极极片的顺序卷绕成电池电芯(图6)。

所述的一种耐温圆柱形镍氢电池，其特征在于：所述的耐温圆柱形镍氢电池按照如下方法、步骤制造而成：将卷绕成圆柱体形的电池电芯置入电池壳中、点焊负极导电极耳(图5)与电池壳底部相连接、加注3～6M的KOH电解液、放置绝缘垫圈6(图5)、加绝缘密封圈(图5)、点焊正极导电极耳(图5)与电池帽(图5)相连接、压电池帽、封口而成。

采用本发明的技术方案，可以取得如下明显的效果：用本发明技术方案生产的一种耐温圆柱形镍氢电池，由于采用填充有保温绝热材料的双层电池壳，绝热良好的电池帽，以及绝热较好的密封圈，底部有一个支撑导电柱连接内外层电池壳，从而有效地解决电池极端温度环境条件下不能正常工作、或失效、或爆炸等安全问题；此外，由于使用了羟基氧化镍/高铁酸钾复合材料为正极活性物质，使得生产的镍氢电池循环寿命能得到进一步提高。电池充放电循环使用寿命均超过400次。本发明适用于各种类型、各种型号的圆柱形镍氢电池。

附图说明

图1为一种耐温圆柱形镍氢电池结构剖面示意图(其中：1-电池壳、2-电池电芯、3-电池帽)

图2a为一种耐温圆柱形镍氢电池壳立体示意图(其中：1a-电池外壳、1c-电池内壳)

图2b为一种耐温圆柱形镍氢电池壳剖面示意图(其中：1a-电池外壳、1b-聚乙烯泡沫或石棉隔热层、1c-电池外壳、1d-多孔连接支撑柱)

图3a为一种耐温圆柱形镍氢电池多孔连接支撑柱剖视示意图

图3b为一种耐温圆柱形镍氢电池多孔连接支撑柱立体示意图

图4a为一种耐温圆柱形镍氢电池的电池帽剖视示意图(其中：3a-镀镍钢质或不锈钢质体、3b-聚乙烯泡沫或石棉隔热层、3c-安全气孔)

图4b为一种耐温圆柱形镍氢电池的电池帽立体示意图(其中：3a-镀镍钢质或不锈钢质体、3b-聚乙烯泡沫或石棉隔热层、3c-安全气孔)

图5为一种耐温圆柱形镍氢电池结构示意图(其中：1a-电池外壳、1b-聚乙烯泡沫或石棉隔热层、1c-电池内壳、2a-正极极片、2b-负极极片、2c-聚乙烯无纺布隔膜、3-电池帽、4-正极导电极耳、5-负极导电极耳、6-绝缘垫圈、3b-电池帽聚乙烯泡沫或石棉隔热层、1d-多孔连接支撑柱、7-绝缘密封圈、3c-安全气孔)

图6为一种耐温圆柱形镍氢电池的电芯卷绕方式意图(其中：4-正极导电极耳、5-负极导电极耳、2a-电池正极极片、2b-电池负极极片、2c-聚乙烯无纺布隔膜)

具体实施方式

下面结合图1～图6和具体实施例，对本发明作进一步的详细描述。

实施例1

如图1所示，为本发明具体实施例的一种耐温圆柱形镍氢电池的剖面图。

本发明的一种耐温圆柱形镍氢电池，该电池壳由三个部分：电池壳1(图1)、电池电芯2(图1)、电池帽3(图1)。电池壳1(图2)由电池外壳1a(图2a)、电池内壳1c(图2a)以及填充在电池外壳1a与电池内壳1c之间的聚乙烯泡沫隔热材料1b(图2b)以及连接电池外壳1a、电池内壳1c的不锈钢质的圆柱形多孔连接支撑柱1d(图2b)等四个部分构成。电池外壳1a、电池内壳1c为同心柱状不锈钢质材料制成圆筒体构成；电池外壳1a与电池内壳1c底部由不锈钢质的多孔连接支撑柱1d(图3)与内外电池壳底部之间通过点焊而成为一体；内外电池壳之间填充聚乙烯泡沫隔热材料1b；电池外壳1a、电池内壳1c上部边缘采用激光焊接为一体。电池正、负极片上根据电池的设计容量焊接1～8个正、负极导电极耳4、5(图5、图6)；电池电芯2(图1)由负极极片2b、聚乙烯无纺布隔膜2c、正极极片2a自下而上重叠、从内到外按照正极极片2a、聚乙烯无纺布隔膜2c、负极极片2b的顺序(图6)卷绕而成；卷绕好的电池电芯2置入电池壳1中，电池正极通过正极导电极耳4与电池帽3(图1)焊接相连接(图6)，负极通过负极导电极耳5与电池壳底部焊接相连接(图6)。电池帽主要由三个部分构成：镀镍钢质体3a(图3)、聚乙烯泡沫隔热材料3b(图3)、安全气阀3c(图3)；电池电芯2与电池帽3之间由绝缘垫圈6(图5)分隔；电池壳1与电池帽3之间由绝缘密封圈7分隔、密封(图5)。

所述的电池内壳1c与电池外壳1a底部由镀镍钢质或者不锈钢质的多孔连接支撑柱通过激光焊接或点焊而成为一体；所述的电池内壳1c、电池外壳1a之间由聚乙烯泡沫、或石棉等隔热材料填充；所述的电池内壳1c与电池外壳1a上部边缘通过激光焊接或点焊而成为一体。

以氢氧化镍为正极活性材料的电池电芯的正极极片2a(图6)按照如下工艺制造：氢氧化镍与占氢氧化镍质量百分比3％的比例石墨导电剂、0.1％的聚四氟乙烯粘结剂、15％的羧甲基纤维素钠(CMC)增稠剂以及15％的去离子水混合制作成浆料，再按照一般镍氢电池正极片制造上浆工艺，即以泡沫镍为集流体，按镍氢电池制造领域公知的工艺即：经上浆到泡沫镍集流体上、干燥、滚压、切片、点焊导正极导电极耳4与电池壳底部连接、揉片等工序制作成正极片(根据氢氧化镍量确定其他物质的量，任意调配，不需要100％)。一种耐温圆柱形镍氢电池的结构如下：将卷绕成圆柱体形的电池电芯2置入电池壳1中、点焊负极导电极耳5(图5)与电池壳2底部相连接、加注3M的KOH电解液、放置绝缘垫圈6(图5)、加绝缘密封圈7(图5)、点焊正极导电极耳4(图5)与电池帽3(图5)相连接、压电池帽3、封口而成。

所制造一种镍氢电池，在环境温度为70℃的温度条件下的放电效率最高达到90.3％；电池的循环寿命(放电效率小于50％时或者容量小于设计容量的50％时)达503次；在环境温度为-50℃条件下的放电效率最高达到93.8％；在环境温度为-50℃温度条件下电池的循环寿命(放电效率小于60％时或者容量小于设计容量的60％时)最高达到528次。

实施例2

如图5所示，为本发明具体实施例的一种耐温圆柱形镍氢电池的剖视图。

本发明的一种耐温圆柱形镍氢电池，该电池壳由三个部分：电池壳1(图1)、电池电芯2(图1)、电池帽3(图1)。电池壳1(图2)由电池外壳1a(图2a)、电池内壳1c(图2a)以及填充在电池外壳1a与电池内壳1c之间的聚乙烯泡沫隔热材料1b(图2b)以及连接电池外壳1a、电池内壳1c的镀镍钢质的圆柱形多孔连接支撑柱1d(图2b)等四个部分构成。电池外壳1a、电池内壳1c为同心柱状镀镍钢质材料制成圆筒体构成；电池外壳1a与电池内壳1c底部由镀镍钢质的多孔连接支撑柱1d(图3)与内外电池壳底部之间通过点焊而成为一体；内外电池壳之间填充聚乙烯泡沫隔热材料1b；电池外壳1a、电池内壳1c上部边缘采用激光焊接为一体。电池正、负极片上根据电池的设计容量焊接1～8个正、负极导电极耳4、5(图5、图6)；电池电芯2(图1)由负极极片2b、聚乙烯无纺布隔膜2c、正极极片2a自下而上重叠、从内到外按照正极极片2a、聚乙烯无纺布隔膜2c、负极极片2b的顺序(图6)卷绕而成；卷绕好的电池电芯2置入电池壳1中，电池正极通过正极导电极耳4与电池帽3(图1)焊接相连接(图6)，负极通过负极导电极耳5与电池壳1底部焊接相连接(图6)。电池帽3主要由三个部分构成：镀镍钢质体3a(图3)、聚乙烯泡沫隔热材料3b(图3)、安全气阀3c(图3)；电池电芯2与电池帽3之间由绝缘垫圈6(图5)分隔；电池壳1与电池帽3之间由绝缘密封圈7分隔、密封(图5)。

以羟基氧化镍/高铁酸钾复合材料为正极活性材料的电池电芯的正极极片2a(图6)按照如下工艺制造：羟基氧化镍/高铁酸钾复合材料与占羟基氧化镍/高铁酸钾复合材料质量百分比5％的比例石墨导电剂、0.5％的聚四氟乙烯粘结剂、20％的羧甲基纤维素钠(CMC)增稠剂以及20％的去离子水混合制作成浆料，再按照一般镍氢电池正极片制造上浆工艺，即以泡沫镍为集流体，按镍氢电池制造领域公知的工艺即：经上浆到泡沫镍集流体上、干燥、滚压、切片、点焊导电极耳4与电池壳底部连接、揉片等工序制作成正极片。

一种耐温圆柱形镍氢电池的结构如下、步骤制造而成镍氢电池：将卷绕成圆柱体形的电池电芯2置入电池壳1中、点焊负极导电极耳5(图5)与电池壳2底部相连接、加注5M的KOH电解液、放置绝缘垫圈6(图5)、加绝缘密封圈7(图5)、点焊正极导电极耳4(图5)与电池帽3(图5)相连接、压电池帽3、封口而成。

按上述方法结构所制造的镍氢电池，在环境温度为68℃的条件下的放电效率最高达到92.3％，电池的循环寿命(放电效率小于50％时或者容量小于设计容量的50％时)最高达到529次；在环境温度为-55℃条件下的放电效率最高达到95.6％；电池的循环寿命(放电效率小于60％时或者容量小于设计容量的60％时)达到532次。

实施例3

本发明的一种耐温圆柱形镍氢电池，该电池壳由三个部分：电池壳1(图1)、电池电芯2(图1)、电池帽3(图1)。电池壳1(图2)由电池外壳1a(图2a)、电池内壳1c(图2a)以及填充在电池外壳1a、电池内壳1c之间的聚乙烯泡沫或石棉隔热层(石棉隔热材料)1b(图2b)以及连接电池外壳1a、电池内壳1c的不锈钢质的圆柱形多孔连接支撑柱1d(图2b)等四个部分构成。电池外壳1a、电池内壳1c为同心柱状不锈钢质材料制成圆筒体构成；电池外壳1a与电池内壳1c底部由不锈钢质的多孔连接支撑柱1d(图3)与内外电池壳底部之间通过点焊而成为一体；内外电池壳之间填充石棉沫隔热材料1b；电池外壳1a、电池内壳1c上部边缘采用激光焊接为一体。电池正、负极片上根据电池的设计容量焊接1～8个正、负极导电极耳4、5(图5、图6)；电池电芯2(图1)由负极极片2b、聚乙烯无纺布隔膜2c、正极极片2a自下而上重叠、从内到外按照正极极片2a、聚乙烯无纺布隔膜2c、负极极片2b的顺序(图6)卷绕而成；卷绕好的电池电芯2置入电池壳1中，电池正极通过正极导电极耳4与电池帽3(图1)焊接相连接(图6)，负极通过负极导电极耳5与电池壳1底部焊接相连接(图6)。电池帽3主要由三个部分构成：不锈钢体部分3a(图3)、石棉绝热材料3b(图3)、安全气阀3c(图3)；电池电芯2与电池帽3之间由绝缘垫圈6(图5)分隔；电池壳1与电池帽3之间由绝缘密封圈7分隔、密封(图5)。

以羟基氧化镍/高铁酸钾复合材料为正极活性材料的电池电芯的正极极片2a(图6)按照如下工艺制造：羟基氧化镍/高铁酸钾复合材料与占羟基氧化镍/高铁酸钾复合材料质量百分比4％的比例石墨导电剂、1％的聚四氟乙烯粘结剂、25％的羧甲基纤维素钠(CMC)增稠剂以及35％的去离子水混合制作成浆料，再按照一般镍氢电池正极片制造上浆工艺，即以泡沫镍为集流体，按镍氢电池制造领域公知的工艺即：经上浆到泡沫镍集流体上、干燥、滚压、切片、点焊导正极导电极耳4与电池壳1底部连接、揉片等工序制作成正极片。

一种耐温圆柱形镍氢电池的结构如下、步骤制造而成镍氢电池：将卷绕成圆柱体形的电池电芯2置入电池壳1中、点焊负极导电极耳5(图5)与电池壳2底部相连接、加注6M的KOH电解液、放置绝缘垫圈6(图5)、加绝缘密封圈7(图5)、点焊正极导电极耳4(图5)与电池帽3(图5)相连接、压电池帽3、封口而成。

按上述方法结构所制造的镍氢电池，在环境温度为65℃的条件下的放电效率最高达到91.1％，电池的循环寿命(放电效率小于50％时或者容量小于设计容量的50％时)达到523次；在环境温度为-55℃条件下的放电效率最高达到95.6％，电池的循环寿命(放电效率小于60％时或者容量小于设计容量的60％时)达531次。

如上所述可以更好地实现本发明。

然而，以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此局限本发明的范围，所有运用本发明说明书内容所进行的等效变化，均同样包含在本发明的范围内。

Claims

1.一种耐温圆柱形镍氢电池，包括电池壳(1)、电池电芯(2)、电池帽(3)，其特征在于：电池壳(1)由电池外壳(1a)、电池内壳(1c)以及填充在电池外壳(1a)与电池内壳(1c)之间的聚乙烯泡沫或石棉隔热材料(1b)以及连接电池外壳(1a)、电池内壳(1c)的镀镍钢质或不锈钢质的多孔连接支撑柱(1d)构成，电池外壳(1a)、电池内壳(1c)为同心柱状不锈钢质材料制成圆筒体，电池外壳(1a)与电池内壳(1c)底部由镀镍钢质或不锈钢质的多孔连接支撑柱(1d)与内外电池壳底部之间通过激光焊接或点焊为一体，内外电池壳之间填充聚乙烯泡沫或石棉隔热材料(1b)，电池外壳(1a)、电池内壳(1c)上部边缘采用激光焊接，电池正、负极片上根据电池的设计容量焊接1～8个正、负极导电极耳(4、5)，电池电芯(2)由负极极片(2b)、聚乙烯无纺布隔膜(2c)、正极极片(2a)自下而上重叠，从内到外按照正极极片(2a)、聚乙烯无纺布隔膜(2c)、负极极片(2b)的顺序卷绕，卷绕的电池电芯(2)置入电池壳(1)中，电池正极通过正极导电极耳(4)与电池帽(3)焊接相连接，负极通过负极导电极耳(5)与电池壳(1)底部焊接相连接。

2.根据权利要求1所述的一种耐温圆柱形镍氢电池，其特征在于：所述的电池帽(3)由镀镍钢质体(3a)、聚乙烯泡沫隔热材料(3b)和安全气阀(3c)构成，电池电芯(2)与电池帽(3)之间由绝缘垫圈(6)分隔，电池壳(1)与电池帽(3)之间由绝缘密封圈(7)分隔、密封。

3.根据权利要求2所述的一种耐温圆柱形镍氢电池，其特征在于：所述的电池电芯(2)置入电池壳(1)中、点焊负极导电极耳(5)与电池壳(2)底部连接，加注3～6M的KOH电解液、放置绝缘垫圈(6)、加绝缘密封圈(7)，点焊正极导电极耳(4)与电池帽(3)连接，压电池帽(3)封口。