CN102157721A - 一种实验室用模拟电池极片的制作方法 - Google Patents

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郑汉忠
朱燕娟
周焯均
张仲举
林晓然
叶贤聪
伍尚改
许庆胜
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Abstract

本发明公开了一种实验室用模拟电池极片的制作方法，该方法将镍网电池基片直接浸入到已经混合均匀的浆料中，通过浆料对基片的浸润作用使浆料均匀分布在基片上，然后取出极片进行烘干、压片即得模拟电池极片；本发明混合浆料中的粘结剂是糊状CMC和PTFE乳胶中的一种或两种，其中糊状CMC是CMC粉体与去离子水以质量分数1%～5%的比例混合并在室温下搅拌5～8h制备而成的；由于本发明湿法浸润工艺将活性物质均匀地分布于镍网基片上，使充放电过程中活性物质的利用率得到最大限度的提高，同时糊状粘结剂能使粘结点处处均匀，使基片上的物质与基片的粘结力均匀一致而不易脱落，从根源上减少了掉粉现象的发生，从而有效提高电池的放电容量及其它电化学性能。

Description

一种实验室用模拟电池极片的制作方法
技术领域
本发明涉及电池极片制备方法，具体地涉及到一种实验室用模拟电池极片的制作方法。
背景技术
实验室用模拟电池极片的制作工艺通常是传统湿法涂浆工艺，即，将电极活性物质、填加剂、粘结剂及溶剂混合的浆料手工涂覆到事先裁剪好的基片上，然后经干燥，压片得到模拟电池极片，这种工艺制作的电池极片由于受手工操作的限制，极片各处厚薄不一，紧实程度不一，并且与操作者及操作手法密切相关，直接导致极片在充放电过程中易出现掉粉现象，使测量结果与材料的实际性能不符。尤其是含纳米活性物质的复合极片制作时，若采用常规的手工涂覆工艺，则产生的问题更多，因为纳米颗粒活性高，在手涂过程中纳米颗粒易聚结，使其活性降低，失去纳米材料应有的效能。
发明内容
针对上述极片手工涂覆工艺的不足，本发明提出一种湿法浸润制极片的方法，这种方法是把电池基片直接浸入到已经混合均匀的浆料中，通过浆料对基片的浸润作用使浆料均匀分布在基片上，然后取出极片进行烘干，压片即可。
本发明的实施方案包括如下步骤：
（1）将边长为2～5cm的带极耳的泡沫镍网电池基片直接浸入到已经混合均匀的浆料中；
（2）提取极片，同时缓慢翻转几遍，使极片不再滴浆为止，然后将极片在50～100℃条件下烘干；
（3）通过滚压或平压至0.4～0.6mm，得电池极片。
步骤（1）中基片浸入过程，是用实验镊子夹住镍网基片的极耳缓慢地把基片插入到混合浆料中。
所述的混合浆料可以是正极浆料，也可以是负极浆料，正极浆料是由活性物质、添加剂、粘结剂和溶剂经充分搅拌均匀的混合物；负极浆料是由储氢合金粉、镍粉、粘结剂和溶剂经充分搅拌均匀的混合物；所述的活性物质是工业用微米级球镍或纳米氢氧化镍或二者的混合体；添加剂、储氢合金粉、镍粉为现有制造电池极片的材料，在文中不再赘述；溶剂为去离子水；粘结剂为糊状CMC（羧酸基纤维素）和PTFE（聚四氟乙烯）乳胶中的一种或两种。
所述的糊状CMC粘结剂是CMC粉体与去离子水以质量分数1%～5%的比例混合并在室温下以80～300rad/min转速搅拌5～8h制备而成的。
本发明的极片制作工艺具有以下效果：
其一，浆料在基片上均匀分布，从而使极片在充放电过程中不易掉粉。其二，使用糊状CMC不但可使粘结剂分布均匀，而且其用量可大大减少，从而减小电极的内阻，加快反应的速率，同时对质量相等的极片，粘结剂用量减少，意味着可适当增加活性物质的比例，从而有利于提高电极的综合性能。
与手工涂覆工艺比较，本发明湿法浸润制极片工艺简单易操作，其极片的放电比容量及综合性能得到较大提高。
附图说明
图1为本发明电池极片湿法浸润工艺流程图。
图2为电池极片传统手工涂覆工艺流程图。
图3是两种工艺制作的电极A、A‘在0.5C倍率下的充放电曲线。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明电池极片制作方法作进一步说明。
实施例1
按实施方案步骤，取CMC粉体以质量分数3%加入到蒸馏水中，在室温下以180rad/min转速搅拌6h制得糊状CMC备用。选取掺钇的纳米样品（具有α和β相混合结构的Ni(OH)2）与工业用微米级覆钴球镍、镍粉、PTFE乳胶、糊状CMC按质量分数比例8%:86%:3%:2%:1%配料并充分混合均匀，加入适量蒸馏水电动搅拌15min形成混合浆料，将尺寸为2.5×2.5cm泡沫镍网基片浸入混合浆料中，缓慢提取极片同时翻转约30秒，将极片干燥压片制成复合镍极片，标为极片A，其工艺流程如图1所示。
实施例2
与实施例1工艺步骤及其它条件相同，不同的是选取四元铝、钴、钇、锌掺杂的纳米样品（α-Ni(OH)2），制成的复合镍极片标为B。
实施例3
与实施例1工艺步骤及其它条件相同，不同的是选取三元铝、钴、钇掺杂的纳米样品（α-Ni(OH)2），PTFE乳胶和糊状CMC质量分数比例改为各1.5%，制成的复合镍极片标为C。
实施例4
与实施例3工艺步骤及其它条件相同，不同的是选取二元铝、钴掺杂的纳米样品（α-Ni(OH)2），制成的复合镍极片标为D。
实施例5
与实施例1工艺步骤及其它条件相同，不同的是选取掺钴的纳米样品（具有α和β相混合结构的Ni(OH)2），工业用微米级覆钴球镍和镍粉的质量分数比例为74%和15%，制成的复合镍极片标为E。
实施例6
与实施例1工艺步骤相同，不同的是用储氢合金粉、镍粉、糊状CMC按质量分数比为88%:10%:2%混合均匀加适量蒸馏水制成负极片，标为F。
为了比较传统涂覆工艺与湿法浸润工艺对电极性能的影响，本发明制做了系列对比例。
对比例1
与实施例1的样品、原料及其用量相同，不同的是极片制作过程改为传统的手工涂覆工艺，制成的复合镍极片标为A‘，其手工涂覆工艺流程如图2所示。在相同条件下，分别将极片A、A‘与负极片F组成模拟电池，用BTS-51800型电池性能测试仪进行充放电测试，图3是二电极0.5C倍率的充放电曲线。图中显示，本发明湿法浸润工艺制作的电极A，放电平台高，充电平台低，放电比容量达到358.5mAh/g，比传统涂覆工艺制作的电极A‘高出67.1mAh/g。
对比例2
与实施例2的样品、原料及其用量相同，不同的是极片制作过程改为传统的手工涂覆工艺，制成的复合镍极片标为B‘。在相同条件下，分别对极片B、B‘与负极片F组成模拟电池进行充放电测试，二电极0.5C倍率的最大放电比容量如表1所示。
对比例3
与实施例3的样品、原料及其用量相同，不同的是极片制作过程改为传统的手工涂覆工艺，制成的复合镍极片标为C‘。在相同条件下，分别对极片C、C‘与负极片F组成模拟电池进行充放电测试，二电极0.2C倍率的最大放电比容量如表1所示。
对比例4
与实施例4的样品、原料及其用量相同，不同的是极片制作过程改为传统的手工涂覆工艺，制成的复合镍极片标为D‘。在相同条件下，分别对极片D、D‘与负极片F组成模拟电池进行充放电测试，二电极0.1C倍率的最大放电比容量如表1所示。
对比例5
与实施例5的样品、原料及其用量相同，不同的是极片制作过程改为传统的手工涂覆工艺，制成的复合镍极片标为E‘。在相同条件下，分别对极片E、E‘与负极片F组成模拟电池进行充放电测试，二电极0.5C倍率的最大放电比容量如表1所示。
表1
Figure 544781DEST_PATH_IMAGE001
表1结果可见，本发明的湿法浸润工艺制作的电极性能明显优于传统手工涂覆工艺制作的电极，特别是高倍率大电流充放电性能更显优越，这是由于本发明湿法浸润工艺将活性物质均匀地分布于泡沫镍基片上，使充放电过程中活性物质的利用率得到最大限度的提高，同时糊状粘结剂能使粘结点处处均匀，使基片上的物质与基片的粘结力均匀一致而不易脱落，从根源上减少了掉粉现象的发生，有效提高电池的放电容量及其它电化学性能。
需要指出的是，以上实施例和对比例只是用于帮助理解本发明的方法，根据本发明的思路，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本发明内容不应该理解为对本发明的应用限制。在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的改变，都应当视为属于本发明所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (5)

1.一种实验室用模拟电池极片的制作方法，其特征在于该方法具有如下步骤：
（1）将边长为2～5cm的带极耳的泡沫镍网电池基片直接浸入到已经混合均匀的浆料中；
（2）提取极片，同时缓慢翻转几遍，使极片不再滴浆为止，然后将极片在50～100℃条件下烘干；
（3）通过滚压或平压至0.4～0.6mm，得电池极片。
2.根据权利要求1所述的电池极片制作方法，其特征在于：上述步骤（1）中的混合浆料是正极浆料或负极浆料，正极浆料是由活性物质、添加剂、粘结剂和溶剂经充分搅拌均匀的混合物；负极浆料是由储氢合金粉、镍粉、粘结剂和溶剂经充分搅拌均匀的混合物。
3.根据权利要求2所述的电池极片制作方法，其特征在于：所述的活性物质是工业用微米级球镍或纳米氢氧化镍或二者的混合体；添加剂、储氢合金粉、镍粉为现有制造电池极片的材料；溶剂为去离子水；粘结剂为糊状羧酸基纤维素和聚四氟乙烯乳胶中的一种或两种。
4.根据权利要求3所述的的电池极片制作方法，其特征在于：所述的糊状羧酸基纤维素是由羧酸基纤维素粉体与去离子水以质量分数1%～5%的比例混合并在室温下以80～300rad/min转速搅拌5～8h制备而成的。
5.根据权利要求1所述的电池极片制作方法，其特征在于：上述步骤（1）基片浸入过程，是用实验镊子夹住镍网基片的极耳缓慢地把基片插入到混合浆料中。
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