CN102142561A - 镍电极的发泡镍基体、镍电池及其制作方法 - Google Patents

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王守军
王丽丽
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Abstract

本发明公开了一种镍电极的发泡镍基体，包括卷绕内圈部分和卷绕外圈部分，卷绕内圈部分的发泡镍的面密度大于所述卷绕外圈部分的发泡镍的面密度。还公开了一种采用该发泡镍基体的镍电池。还公开了一种制作镍电极的发泡镍基体的方法，通过控制电流密度来获得发泡镍基体的不同面密度分布。由于卷绕内圈部分和卷绕外圈部分面密度的差别，本发明既能解决充电电池卷绕内圈正极片容易出现裂纹、断裂的问题，同时又能确保电池设计成更高的容量和充分发挥电池性能。

Description

镍电极的发泡镍基体、镍电池及其制作方法
技术领域
本发明涉及电池，特别是涉及镍电极的发泡镍基体、镍电池及其制作方法。
背景技术
作为“绿色环保电源”之一的镍氢电池因具有高比容量、无记忆效应和无污染等一系列独特的优点而受到人们的广泛重视。
由于镍氢电极正极限制电池的容量，所以改进镍电极的性能是提高镍氢电池的关键问题之一。传统的卷绕式镍氢电池是将正极、隔膜和负极卷绕成一个圆柱体套入电池钢壳，正极的基体材料多选用发泡镍材料，但由于卷绕内圈曲率半径小、应力大，正极片很容易出现裂纹、断裂，从而导致：（1）电池容量低；（2）裂纹处正极容易掉粉，形成微短路，或在极片断裂处形成毛刺，容易刺穿隔膜而造成电池短路；（3）电池内阻偏大等问题，从而影响电池的性能。为了克服以上问题，已有采用加大正极发泡镍基体材料面密度的方法，降低卷绕过程中出现的基体断裂，但由于基体材料的增加，导致更高容量电池的设计出现困难。也有采用卷绕时不易断裂的材料如钢带、钢网等材料，但导致电极片的导电性能下降。
发明内容
本发明的一个目的就是针对现有技术的不足，提供一种镍电极的发泡镍基体及镍电池，既能解决充电电池卷绕内圈正极片容易出现裂纹、断裂的问题，同时又能确保电池可设计成更高的容量和充分发挥电池性能。
本发明的另一目的是提供一种制作镍电极的发泡镍基体及镍电池的方法，通过控制电流密度来获得发泡镍基体的不同面密度分布。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种镍电极的发泡镍基体，包括卷绕内圈部分和卷绕外圈部分，所述卷绕内圈部分的发泡镍的面密度大于所述卷绕外圈部分的发泡镍的面密度。
优选地,所述卷绕内圈部分的发泡镍的面密度是均匀的，而所述卷绕外圈部分的发泡镍的面密度也是均匀的。
优选地,所述卷绕内圈部分的发泡镍的面密度为300g/㎡-380g/㎡,所述卷绕外圈部分的发泡镍的面密度为200g/㎡-300g/㎡。
一种镍电池，包括卷绕成极组的正极片、负极片和隔膜，所述正极片具有发泡镍基体，所述发泡镍基体为前述的一种发泡镍基体。
一种制作镍电极的发泡镍基体的方法，包括以下步骤：
a. 对泡沫骨架进行导电化处理，选择所述泡沫骨架的一段作为卷绕内圈部分，而另一段作为卷绕外圈部分；
b. 以电镀方式在镀液中对所述泡沫骨架电沉积镍，其中，针对所述卷绕内圈部分使用较大的电流密度以得到较厚的镀镍层，而针对所述卷绕外圈部分使用较小的电流密度以得到较薄的镀镍层。
优选地，所述步骤b中，通过将阴极和阳极设置成距离较近而获得所述较大的电流密度，通过将阴极和阳极设置成距离较远而获得所述较小的电流密度。
优选地，在所述步骤b之后对沉积了镀镍层的所述泡沫骨架进行热处理。
所述泡沫骨架优选为聚氨酯泡沫塑料。
一种制作镍电池的方法，包括前述的一种方法制作镍电极的发泡镍基体的步骤。
本发明有益的技术效果是：
根据本发明，镍电极正极片的发泡镍基体包括卷绕内圈部分和卷绕外圈部分，卷绕内圈部分的发泡镍的面密度总体上大于卷绕外圈部分的发泡镍的面密度，这样，发泡镍基体填充镍电极的粉料时，在基体发泡镍面密度小的地方，可填充较多量的正极粉料，确保得到高容量的电池，此处的正极片处于卷绕外圈，而卷绕外圈曲率半径较大、应力较小，正极片并不容易出现裂纹、断裂，而在基体发泡镍面密度大的地方，可填充粉料量少，但此处基体的强度大，正极片柔韧性好，有利于解决卷绕内圈正极片容易出现裂纹、断裂问题。因此，本发明有效解决了充电电池卷绕内圈正极片容易出现裂纹、断裂从而造成的（1）电池容量低；（2）裂纹处正极容易掉粉，形成微短路，或在极片断裂处形成毛刺，容易刺穿隔膜而造成电池短路等问题，同时也确保电池可以设计成更高的容量和充分发挥电池性能。根据本发明提供的制作方法，以电镀方式在镀液中对泡沫骨架电沉积镍，针对卷绕内圈部分使用较大的电流密度以得到较厚的镀镍层，而针对卷绕外圈部分使用较小的电流密度以得到较薄的镀镍层，可以有效获得上述面密度变化式的发泡镍基体。
附图说明
图1为根据本发明一个实施例的面密度变化式发泡镍基体结构示意图；
图2 为采用本发明一个实施例的发泡镍基体的镍电极的示意图；
图3 为一个实施例的镍电极卷绕入壳后的镍电池的截面图；
图4为本发明一个实施例的发泡镍基体制作方法的流程图；
图5为本发明一个实施例的镍电池制作方法的流程图。
具体实施方式
以下通过实施例结合附图对本发明进行进一步的详细说明。
请参阅图1，根据一个实施例的镍电极的发泡镍基体，包括卷绕内圈部分1和卷绕外圈部分2，卷绕内圈部分1的发泡镍的面密度大于卷绕外圈部分2的发泡镍的面密度。
在一个优选的实施例中,卷绕内圈部分的发泡镍的面密度是均匀的，而卷绕外圈部分的发泡镍的面密度也是均匀的。
较优地,卷绕内圈部分的发泡镍的面密度为300-380g/㎡。
较优地,卷绕外圈部分的发泡镍的面密度为200-300g/㎡。
请参阅图2，采用一个实施例的发泡镍基体制成的镍电极正极片，同样包括内圈部分11和外圈部分12，各自填充有正极粉料。其中，内圈部分11发泡镍的面密度大，所填粉量较少，但基体的强度大，正极片柔韧性好，而外圈部分12发泡镍的面密度小，所填粉量较多。
请参阅图3，一个实施例的镍电池包括电池壳5和装入其中的极组，其中镍电极正极片、负极片4和隔膜3绕卷成极组，镍电极正极片的卷绕内圈部分11卷绕在镍电极的内圈，镍电极正极片的卷绕外圈部分12卷绕在镍电极的外圈。
在不同的实施例中，镍电池可以选择采用前述实施例的发泡镍基体。
镍电池可以是镍电极采用发泡镍基体的各种卷绕式电池，例如镍氢电池、镍锌电池等。
以容量为1000mAh的AAA镍氢电池为例。采用如图1所示的一种面密度变化式的发泡镍基体，例如，发泡镍基体的卷绕内圈部分1处的面密度为350g/㎡，卷绕内圈部分2处的面密度为260 g/㎡，然后制作成镍电极，得到如图2的电极片，镍电极内圈部分11处发泡镍基体面密度大、填粉量少、极片柔韧性大，镍电极外圈部分12处发泡镍基体面密度小、填粉量多，确保高容量的要求。镍电极（正极）与隔膜3、负极4卷绕入钢壳5后，镍电极内圈部分11处于卷绕内圈，镍电极内圈部分12处于卷绕外圈，如图3所示。
在另一方面，本发明还提供一种制作镍电极的发泡镍基体的方法。前述的面密度变化式的发泡镍基体可以通过控制电镀的方法得到，通过控制电镀过程中不同镀液处的电流密度，即能实现发泡镍基体变化的面密度。
如图4所示，根据一个实施例的发泡镍基体的制作方法包括以下流程：
步骤a. 对泡沫骨架进行导电化处理，选择泡沫骨架的一段作为卷绕内圈部分，而另一段作为卷绕外圈部分；
步骤b. 以电镀方式在镀液中对泡沫骨架电沉积镍，其中，针对卷绕内圈部分使用较大的电流密度以得到较厚的镀镍层，而针对卷绕外圈部分使用较小的电流密度以得到较薄的镀镍层。
根据一个优选的实施例,步骤b中，通过将阴极和阳极设置成距离较近而获得较大的电流密度，通过将阴极和阳极设置成距离较远而获得较小的电流密度。
如本领域技术人员所容易理解，采用可控制电流密度的其它方式，对本方法也是适用的。
较优地，在步骤b之后还对沉积了镀镍层的泡沫骨架进行热处理以得到适当的发泡镍基体。
所用的泡沫骨架可以是采用聚氨酯等材料的泡沫塑料。
在一个较佳的实施例里，采用泡沫塑料电镀法，以聚氨酯泡沫塑料为骨架，经导电处理，使其具有导电性，然后对经过导电化处理的泡沫塑料电沉积镍， 在镀液中经导电化处理的泡沫塑料做阴极，通过控制阳极与阴极的距离，实现电流密度的改变，从而使阴极上不同部位得到不同厚度的镍镀层，之后经过适当的热处理即可得到面密度变化式的发泡镍基体。实现的原理在于：阴极与阳极距离近的部位，电流密度大，镍电沉积速度快、镀层较厚；阴极与阳极距离远的部位，电流密度小，镍电沉积速度慢、镀层较薄。经过热处理后的发泡镍基体，镀镍层厚的部位发泡镍的面密度较大，镀层薄的部位发泡镍的面密度较小。
请参阅图5，本发明同时还提供一种制作镍电池的方法，包括制作镍电极的发泡镍基体，制作镍电极的发泡镍基体的具体步骤可以采用前述的优选实施例，之后再经过正、负极片及隔膜卷绕、卷绕极组装入电池壳、注液、点焊盖帽、压盖、封口及化成等步骤，制作成电池，以上属于常规技术手段的内容在本文中不予详细描述。
下面通过测试数据对本发明的实施例和对比例进行性能比较。
实施例：采用本发明面密度变化式的发泡镍基体制作10000只AAA1000mAh的电池。
对比例：采用传统的发泡镍基体制作10000只AAA1000mAh的电池。
电池性能评价：
（1）制成过程中卷绕短路率和化成短路率：
卷绕短路率 化成短路率
实施例 0.09% 0.21%
对比例 0.79% 1.08%
（2）采用两种方法制成的电池各10只，检其0.2C容量（0.2倍率容量），容量见下表：
Figure 920437DEST_PATH_IMAGE001
经试验证明：采用本发明的电极制作的电池容量高、短路比例大为下降。
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的保护范围。

Claims (9)

1.一种镍电极的发泡镍基体，其特征在于,包括卷绕内圈部分和卷绕外圈部分，所述卷绕内圈部分的发泡镍的面密度大于所述卷绕外圈部分的发泡镍的面密度。
2. 如权利要求1所述的发泡镍基体，其特征在于,所述卷绕内圈部分的发泡镍的面密度是均匀的，而所述卷绕外圈部分的发泡镍的面密度也是均匀的。
3. 如权利要求2所述的发泡镍基体，其特征在于,所述卷绕内圈部分的发泡镍的面密度为300g/㎡-380g/㎡,所述卷绕外圈部分的发泡镍的面密度为200g/㎡-300g/㎡。
4. 一种镍电池，包括卷绕成极组的正极片、负极片和隔膜，所述正极片具有发泡镍基体，其特征在于,所述发泡镍基体为根据权利要求1至3所述的发泡镍基体。
5. 如权利要求4所述的镍电池，其特征在于,所述镍电池为镍氢电池。
6. 一种制作镍电极的发泡镍基体的方法，其特征在于，包括以下步骤：
a. 对泡沫骨架进行导电化处理，选择所述泡沫骨架的一段作为卷绕内圈部分，而另一段作为卷绕外圈部分；其中所述泡沫骨架优选为聚氨酯泡沫塑料；
b. 以电镀方式在镀液中对所述泡沫骨架电沉积镍，其中，针对所述卷绕内圈部分使用较大的电流密度以得到较厚的镀镍层，而针对所述卷绕外圈部分使用较小的电流密度以得到较薄的镀镍层。
7. 如权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤b中，通过将阴极和阳极设置成距离较近而获得所述较大的电流密度，通过将阴极和阳极设置成距离较远而获得所述较小的电流密度。
8. 如权利要求6和7所述的方法，其特征在于，还包括：在步骤b之后对沉积了镀镍层的所述泡沫骨架进行热处理。
9. 一种制作镍电池的方法，其特征在于，包括根据权利要求6-8中任一项所述的方法制作镍电极的发泡镍基体的步骤。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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