CN102169993B - 碱性二次电池及其生产方法 - Google Patents

Abstract

碱性二次电池及其生产方法，将正极板、隔膜、负极板依次层叠卷绕成涡卷状的电极芯装入一端开口的壳体中，经注入碱性电解质溶液，封口而制成，所述正极板和/或负极板采用多孔金属基体，并将活性物质涂敷、喷涂或挤压在多孔金属基体中，所述正极板和/或负极板设有集流镍带（1）和与之相连通的导电筋（2）。该碱性二次电池，具有低内部电阻、高放电容量和高放电电压，特别适用于需要高功率放电的场合。

Description

碱性二次电池及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种碱性二次电池及其生产方法，典型的是以镍氢二次电池、镍镉二次电池为代表的、需要高功率放电的二次电池及其生产方法，尤其是涉及电池的极板及其生产方法。

背景技术

近年来，随着电动工具、电动玩具、电动自行车、混合动力汽车等产业的快速发展，对二次电池的高功率放电能力提出了越来越高的要求。镍氢二次电池和镍镉二次电池由于具有较好的工作性能，因而被广泛的应用在以上领域。

镍氢二次电池和镍镉二次电池正极板目前主要有烧结式和发泡镍式两种，其中烧结式极板具有更好的大功率工作能力，但是其制造成本高、难以高容量化；而发泡镍式极板制作简单，成本较底，但其集流效果不佳，高功率放电能力差。为改善发泡镍式极板的集流效果，通常采用正极板和负极板端面焊接集流片的方法，如专利CN01215767.8，申请日2001年3月27日，公告日2002年1月2日，名称为《碱性蓄电池》的专利提出在正极靠边沿区域沿长度方向焊接一金属条后再进行集流片端面焊接，这种方法能改善正极的集流效果，但是该方法改善的只是正极板端部的集流效果也就是改善了电流的最终引出通道，对正极板的本体其他区域没有能够加以影响，当极板宽度增加时其改善效果有限。

专利申请号CN 200320125347.6，申请日2003年12月26日，公开号 CN2672884Y，公开日2005年1月19日，实用新型名称为《碱性二次电池》的专利；专利申请号CN 200520059354.x，申请日2005年5月31日，公开号 CN2798322Y，公开日2006年7月19日，实用新型名称为《碱性二次电池》的专利，提出在沿正极板卷绕方向设置一金属带或直接焊接一金属条以改善极板宽度增加时的集流效果，但是两个专利采用的技术方案均存在着正极板由于有活性物质填充区和非填充区，压片成型时，活性物质填充区与金属带区会发生不同的变形，有的甚至会在两区域交接处形成裂纹，还有附加金属层或焊接金属条容易撕裂脱落；同时非填充区还降低了活性物质填充量从而不利于提高电池的容量，附加金属层的设置虽然一定程度上改善了极板的集流效果，但是由于其设置受到各种因素的制约，改善效果也受到了限制。

发明内容

为了克服以上技术缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种碱性二次电池及其生产方法，它改善电池的高倍率放电性能，有利于电池在高功率状态下工作。

为解决上述技术问题，本发明提供的碱性二次电池基本构思是：将正极板、隔膜、负极板依次层叠卷绕成涡卷状的电极芯装入一端开口的壳体中，壳体内经注入碱性电解质溶液，封口而制成碱性二次电池，在普通碱性二次电池的基础上对电池的极板进行了改进，电池正极板和/或负极板采用多孔金属基体，正极板金属基体可以采用镍、不锈钢等，负极金属基体可以采用镍、镀镍钢、不锈钢、铜等，并将活性物质涂覆在多孔金属基体中，为了改善极板的集流效果，正极板和/或负极板设有导电筋。

作为实现本发明碱性二次电池基本构思的第一种改进技术方案，电池正极板和/或负极板采用的多孔金属基体优选发泡镍。

作为实现本发明碱性二次电池基本构思的第二种改进技术方案，所述正极板和/或负极板还设有集流镍带，集流镍带优选位于正极板和/或负极板卷绕方向的一侧或两侧，集流镍带更优选与所在电极板上的导电筋相连通，连通方式可以是压接、焊接等。

作为实现本发明碱性二次电池基本构思的第三种改进技术方案，所述导电筋可以是条状、其它规则或不规则形状。导电筋的形状可根据极板电化学反应的要求进行有针对性的设置，不受焊接、压片、卷绕等方面的限制。

作为实现本发明碱性二次电池基本构思的第四种改进技术方案，所述导电筋在正极板和/或负极板中呈网络状分布。呈网络状分布有比如平行线等分布状态更好的技术效果。

作为实现本发明碱性二次电池基本构思的第五种改进技术方案，所述导电筋的面积占所在正极板和/或负极板面积的0.5%～10％。在此优选范围之内，具有较佳的集流效果，导电筋区域仍然还含有较高比例的活性物质，可提高电池的容量，不会因设置导电筋降低活性物质的填充量而造成电池容量下降。

作为实现本发明碱性二次电池基本构思的第六种改进技术方案，所述导电筋所在的区域填充有比正极板和/或负极板除导电筋和集流镍带所在区域之外导电性更强的活性材料。采取的技术方案可以是在导电筋填充材料中增加导电石墨、羰基镍粉、金属钴或其氧化物或其氢氧化物等导电添加剂，从而使得导电筋区域填充的活性材料比其他区域导电性更好。导电筋还可以填充有能显著提高充放电反应效率的活性材料。

作为实现本发明碱性二次电池基本构思的第七种改进技术方案，填充在导电筋的活性材料的密度与填充在正极板或负极板除导电筋和集流镍带之外的活性材料的密度差不超过20%。优选保持基本一致。采用相同或相近的密度，在极板压制时能保障镍网的延展性一致，从而避免造成极板的变形或开裂，提高产品质量。

以上各改进方法可单独或组合实施。

本发明还提供该碱性二次电池的生产方法：包括以下步骤：在电池正极板边沿0.5~2mm区域焊接集流镍带；将由球型氢氧化镍、氧化亚钴、羰基镍粉、羧甲基纤维素钠（CMC）、聚四氟乙烯（PTFE）按重量比为50:7:43:0.5:1.5混合，添加适量的去离子水配制成糊状的导电浆填充在导电筋内；烘干；将球型氢氧化镍、氧化亚钴、羧甲基纤维素钠（CMC）、聚四氟乙烯（PTFE）按重量比为93:7:0.5:1.5混合，添加适量的去离子水配制糊状的活性物质浆填充入电池正极板除导电筋和集流镍带之外的区域；烘干；压片，制成正极板。所述氧化亚钴可以由导电石墨、钴粉、氧化钴或氢氧化钴中的一种或多种替代。导电浆或活性物质浆配比过程中，去离子水的加入量没有严格的要求，只要能将固体物质制成糊状的浆料，便于操作即可实现本发明内容，并达到相应的技术效果。

本发明的有益效果是：因设置了导电筋，在导电筋区域具有更强的导电性，起到了增强集流、提高反应效率的效果，改善了极板的集流效果，从而改善了电池的高倍率放电性能。优选方案中，导电筋与集流镍带相连通，使导电筋与电池正负极之间形成了有效的电流通道，同时又在正负极片上形成多个导电通道网络，增强了电流在极片上的有效分布，减小了极化，提高了极片上活性物质的利用率；填充在导电筋上的活性材料与极板上其他区域的活性材料，两者采用相同或相近的密度，使导电筋区域与其他区域形成一个完整的整体，因此极板各区域的柔韧性保持了良好的一致性，有利于压制、裁切、卷绕等过程操作，有利于电池生产合格率的提高。

附图说明

图1是实施例电池正极板的结构示意图；

图2是比较例电池正极板的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的实施方法。

在碱性二次电池制作过程中，将正极板、隔膜、负极板依次层叠卷绕成涡卷状的电极芯装入一端开口的壳体中，经注入碱性电解质溶液，采用盖帽和密封圈封口而制成碱性二次电池。 

在图1所示实施例电池正极板的结构示意图中，电池正极板采用多孔金属基体，并将活性物质涂覆在多孔金属基体中，多孔金属基体优选发泡镍，电池正极板上还设有集流镍带1和网络状的导电筋2，导电筋2与集流镍带1相连通，连通方式为压接，在正极板上，导电筋2所在区域填充有比除导电筋2和集流镍带1所在区域之外导电性更强的活性材料，导电筋2的充填可以是用涂敷、喷涂、挤压等方式预先在电极板发泡镍的空隙中填入导电浆料，烘干，然后再进行不设置导电筋2时的其他操作工序，例如拉浆、烘干、压片、裁切等；导电筋2的形状可以是条状、其它规则或不规则形状，其形状可根据极板电化学反应的要求进行有针对性的设置，不受焊接、压片、卷绕等方面的限制，导电筋2在正极板中呈网络状分布，呈网络状分布有比如平行线等分布状态更好的技术效果；导电筋2的面积占正极板总面积的0.5%～10％，在此优选范围之内，具有较佳的集流效果，导电筋区域仍然还含有较高比例的活性物质，可提高电池的容量，并不会因设置导电筋2降低活性物质的填充量而造成电池容量的下降；填充在所述导电筋2上活性材料的密度与填充在极板上除导电筋2和集流镍带1之外区域的活性材料密度差不超过20%，采用相同或相近的密度，在极板压制时能保障镍网的延展性一致，从而避免造成极板的变形或开裂，提高产品质量。

实施例一

将球型氢氧化镍、氧化亚钴、羰基镍粉、羧甲基纤维素钠（CMC）、聚四氟乙烯（PTFE）按质量比为50:7:43:0.5:1.5混合，添加固体物质重量比为10~30Wt%的去离子水配制成糊状的导电浆A；将球型氢氧化镍、氧化亚钴、羧甲基纤维素钠（CMC）、聚四氟乙烯（PTFE）按质量比为93:7:0.5:1.5混合，添加适量的去离子水配制成糊状的活性物质浆B。制作如图1所示电池正极板，发泡镍边沿0.5~2mm区域事先焊接有一厚度为0.06mm镍带，在如图1所示的导电筋填充入导电浆A，烘干，然后将活性物质B填充入电池正极板其他区域，烘干，压片，裁切成尺寸为260×34×0.62mm的正极板。

按现有电池生产工艺技术，以上述正极板为正极，制作正极和负极均端面焊的实施例SC型标称容量为3000mAh镍氢电池。

比较例一

制作如图2所示电池正极板，不设置导电筋，正极板全部填充的是活性浆料B，其余同实施例一，得到尺寸为260×34×0.62mm的正极板，以此正极板为正极，按实施例一的方法，制作正极和负极均端面焊的比较例SC型标称容量为3000mAh镍氢电池。

性能测试

电池内部电阻测试：

将实施例一和比较例一电池用600mA充电7小时，室温下搁置1小时，用交流内阻仪测试电池内部电阻；

电池高倍率放电性能测试：

将实施例一和比较例一电池在室温环境中，用600mA充电7小时，搁置30分钟，用30000mA放电至0.7V，记录放电时间和放电曲线，得到放电容量和中值电压。测试结果如下表： 

项  目	平均内部电阻（mΩ）	平均放电容量（mAh）	平均中值电压（V）
				实施例一	4.5	2850.0	1.070
比较例一	5.2	2733.7	1.021

由上表数据可知，两种正极板方法制作的镍氢电池相比，实施例一方法制作的电池具有更低的内部电阻、更高的大电流放电容量和更高的大电流放电情况下的中值电压，即实施例一方法制作的电池更适合应用于需求高功率工作的领域，例如电动工具、混合动力汽车、电动自行车等。产生这种现象的主要原因是实施例一由于设置了导电筋，改善了正极板的集流效果，从而提高了电池的高倍率放电性能。

本发明虽然只是以镍氢电池作为实施例来作说明，然而应用在镍镉电池也具有相似的技术效果。本实施例一导电浆的组成虽然是以添加羰基镍粉来增强导电效果，然而也可以添加导电石墨、钴粉、氧化钴或氢氧化钴等，也可以根据电池需满足的特定用途添加其它相应的添加剂，特别的是对于镍镉电池来说，适当增加导电浆中金属钴、氧化钴或氢氧化钴的比例，不仅可以改善正极板的集流效果，而且由于初充电过程中钴或其化合物转化为不能放电的物质，从而在镉负极形成了充电储备，可同时在负极板自然形成导电筋，达到一举两得的效果。

本发明导电筋的设置不限于本实施例的具体形式，导电筋可以根据需要方便地设置成任意的形状；本发明虽然是以圆形电池来作实例，但是同样适用于方形或其他形状的电池。

此外，本发明实施例中虽然是以电池正极板来作说明，但是本发明权利要求揭示的原理也同样适用于电池负极板，只要其采用了上述电极板设有导电筋的原理，带来改善电池的高倍率放电性能，也属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1. 一种碱性二次电池，是将正极板、隔膜、负极板依次层叠卷绕成涡卷状的电极芯装入一端开口的壳体中，经注入碱性电解质溶液，封口而制成，所述正极板和/或负极板采用多孔金属基体，并将活性物质涂敷、喷涂或挤压在多孔金属基体中，其特征在于：所述正极板和/或负极板设有网络状的导电筋，所述导电筋所在的区域填充有比正极板和/或负极板除导电筋和集流镍带所在区域之外导电性更强的活性材料。

2.根据权利要求1所述的碱性二次电池，其特征在于：所述多孔金属基体是发泡镍。

3.根据权利要求1所述的碱性二次电池，其特征在于：所述正极板和/或负极板还设有集流镍带；集流镍带优选位于正极板和/或负极板卷绕方向的一侧或两侧。

4.根据权利要求3所述的碱性二次电池，其特征在于：所述导电筋与集流镍带相连通。

5.根据权利要求1所述的碱性二次电池，其特征在于：所述导电筋是条状、其它规则或不规则形状。

6.根据权利要求1所述的碱性二次电池，其特征在于：所述导电筋占所在正极板和/或负极板面积的0.5～10％。

7.根据权利要求4所述的碱性二次电池，其特征在于：填充在导电筋的活性材料的密度与填充在该导电筋所在正极板或负极板除导电筋和集流镍带区域之外的活性材料的密度差不超过20%。

8.一种制造权利要求1所述碱性二次电池的生产方法，其特征在于包括以下步骤：在电池正极板边沿0.5~2mm区域焊接集流镍带；将由球型氢氧化镍、氧化亚钴、羰基镍粉、羧甲基纤维素钠、聚四氟乙烯按重量比为50:7:43:0.5:1.5混合，添加适量的去离子水配制成导电浆填充在导电筋内；烘干；将球型氢氧化镍、氧化亚钴、羧甲基纤维素钠、聚四氟乙烯按重量比为93:7:0.5:1.5混合，添加适量的去离子水配制活性物质浆填充入电池正极板除导电筋和集流镍带之外的区域；烘干；压片，制成正极板。

9.根据权利要求8所述碱性二次电池的生产方法，其特征在于：所述氧化亚钴由导电石墨、钴粉、氧化钴或氢氧化钴替代。

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