CN102280666A - 一种镍氢电池制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种镍氢电池的制作方法，该方法包括：正极制作步骤、负极制作步骤、隔膜卷制步骤、电解液注入步骤与封口步骤，其中，正极制作步骤包括：含有钙元素添加剂的正极材料制备、正极材料涂布与正极压片子步骤；电解液注入步骤包括含有氢氧化钠的电解液配制与电解液注入子步骤。根据本发明的方法，协同使用钙元素添加剂与氢氧化钠，一方面显著提高镍氢电池的充电效率与充电克容量，另一方面在其贮存与使用过程中保证导电网络的稳定性；而且在相同克容量情况下，钙元素添加剂的使用可以降低对电解液的浓度要求。本发明的方法工艺简单、成本低，并能大幅度提高镍氢电池的克容量。

Description

一种镍氢电池制作方法
技术领域
本发明涉及电池制作方法，更具体地，涉及镍氢电池的制作方法。
背景技术
随着电子产品的高速发展，便携式的电子移动设备得到广泛的应用。伴随电子移动设备的推广，对其内使用的镍氢电池的需求也越来越大，并主要体现在对镍氢电池高克容量的需求方面。镍氢电池是一种环境污染低、使用寿命长的新型绿色电池。但是以氢氧化亚镍为正极材料以及氢氧化钾为电解液成分制作的镍氢电池克容量有限，难以满足目前人们对镍氢电池克容量的需求，限制其进一步的推广与使用。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中镍氢电池克容量有限、难以满足人们对镍氢电池克容量需求的问题，提供一种工艺简单且成本低的高克容量镍氢电池的制作方法。
本发明解决的技术问题通过以下技术方案实现：提供一种镍氢电池制作方法，该方法包括正极制作步骤、负极制作步骤、隔膜卷制步骤、电解液注入步骤与封口步骤，其中，
所述正极制作步骤包括以下子步骤：
a1：正极材料制备：将正极活性材料、钙元素添加剂与粘结剂混合均匀，制得正极材料；
a2：正极材料涂布：将步骤a1中制得的正极材料均匀涂布在正极基体上；
a3：正极压片：压制步骤a2中涂布了正极材料的正极基体，制得正极片；
所述电解液注入步骤包括以下子步骤：
b1：电解液配制：将碱性电解质溶解于溶剂中，制得电解液；
b2：电解液注入：将步骤b1中制得的电解液注入外壳内；
所述碱性电解质包括氢氧化钠。
在上述镍氢电池制作方法中，在所述步骤a1中，所述正极活性材料为覆钴亚镍，所述粘结剂为聚四氟乙烯，所述钙元素添加剂包括钙元素的氧化物、氢氧化物或氟化物的至少一种。
在上述镍氢电池制作方法中，在所述步骤a1中，所述钙元素添加剂还包括钇元素的氧化物。
在上述镍氢电池制作方法中，在所述步骤a1中，所述正极活性材料、钙元素添加剂和粘结剂的重量份数分别为80～98、1～5和2～4。
在上述镍氢电池制作方法中，在所述步骤a2中，所述正极基体为发泡镍。
在上述镍氢电池制作方法中，在所述步骤b1中，所述碱性电解质还包括氢氧化钠、氢氧化钾和单水氢氧化锂的混合物；所述溶剂为蒸馏水或膜过滤纯水。
在上述镍氢电池制作方法中，在所述步骤b1中，将重量份数分别为20～30、10～20和1～5的氢氧化钠、氢氧化钾和单水氢氧化锂溶于重量份数为50～98的蒸馏水或膜过滤纯水中，制得电解液。
在上述镍氢电池制作方法中，在所述步骤b1中，所述电解液中OH-的摩尔浓度为10.4～10.7mol/L。
在上述镍氢电池制作方法中，在所述步骤a1中，所述覆钴亚镍为包覆钴的氢氧化亚镍，其中，所述钴与氢氧化亚镍的重量份数分别为3～5和83～88。
在上述镍氢电池制作方法中，在所述步骤a2中，所述发泡镍的面密度为260～300g/m2。
实施本发明的镍氢电池的制作方法，可以获得以下有益效果：在正极材料中添加钙元素添加剂，可以改善镍氢电池的高温性能；选用包括氢氧化钠的电解质制得的电解液可以增加电解液的导电能力进而提高电池的快速充电效率，并且增加电池的放电克容量；本发明中将钙元素添加剂与氢氧化钠电解质协同使用，在获得上述有益效果的基础上，一方面显著提高了镍氢电池的充电效率与充电克容量，另一方面在镍氢电池的贮存与使用过程中保证导电网络的稳定性，便于镍氢电池长时间的使用与长期维护；而且在相同克容量的情况下，钙元素添加剂的使用可以降低对电解液的浓度要求。本发明的方法工艺简单、成本低，并且能够大幅度提高镍氢电池的克容量。
具体实施方式
以下将通过具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1：AA1800常规镍氢电池
AA1800常规镍氢电池属于中等容量电池。选用河南科隆覆钴亚镍(钴和氢氧化亚镍中镍的重量份数分别为3和56)作为正极活性材料，选用86宽发泡镍(面密度为280g/m2)作为正极基体，覆钴亚镍、氧化钙和聚四氟乙烯分别以重量份数90、4和3混合均匀，制得正极材料，将制得的正极材料均匀涂布在86宽发泡镍上，然后采用对辊机均匀压制，得到正极片；负极选用厦门钨业高钴常规合金粉，将其涂布在覆镍钢板上后，采用拉浆炉制得负极片；将0.1mm厚镍带裁成一定尺寸的极耳，点焊在正极片的相应位置；选用德国科德宝0.1mm厚磺化隔膜，采用卷绕机将其与正极片和负极片卷制成电池，然后放入钢壳中；在极耳上用电焊机点焊上电池盖，然后在离钢壳口一定距离处用滚槽机滚出约2mm的槽，留待后续封口；将重量份数为21的氢氧化钠溶解于重量份数为50的蒸馏水中，制得OH-浓度为10.5mol/L的电解液，将电解液注入钢壳内，然后封口，制得具有改善的高克容量的镍氢电池。
镍氢电池的克容量性能与正极材料、负极材料以及电解液成分有密切联系。本发明中重点对正极材料和电解液成分进行了深入探讨。选用氧化钙作为正极材料的添加剂，可以改善镍氢电池的高温性能。选用氢氧化钠作为电解质，与常规的以氢氧化钾为电解质的电解液相比，由于Na+具有比K+小的离子半径，同等充电电流的作用下，Na+的移动速度更快，传递电量速度越快，导电能力越强，因此在快速充电过程中，充电效率更高，同时在使用过程中，放电克容量越大。本实施例中，协同使用氧化钙与氢氧化钠，在获得分别使用氧化钙与氢氧化钠上述有益效果的基础上，进一步地，本实施例中制得的镍氢电池的充电效率与充电克容量进一步增加。
电解液中添加少量的单水氢氧化锂，可以提高电池的充电效率；另外，单水氢氧化锂可以吸附在正极活性材料表面，提高正极活性物质的利用效率，从而增加放电克容量。因此，本发明中，在使用氢氧化钠电解质的基础上，优选地，可以使用氢氧化钠、氢氧化钾与单水氢氧化锂的混合物，获得电池克容量更大的镍氢电池。
为了更清晰的说明实施本发明可以获得的有益效果，通过下述对比例，详细说明本发明的制作方法对AA1800常规镍氢电池克容量的改善，详见表1。
表1不同制作方法下AA1800常规镍氢电池克容量
  不同制作方法   常规方法   正极材料改良   电解液改良  正极材料+电解液改良
  1.0C电池克容量(mAh/g)   239.6   241.2   243.1   247.2
表1中，“正极材料+电解液改良”指实施例1，因此“常规方法”指正极材料中不添加氧化钙，电解液中使用氢氧化钾作为电解质；“正极材料改良”表示仅仅在正极材料中添加氧化钙，电解液中使用氢氧化钾作为电解质；“电解液改良”表示正极材料中不添加氧化钙，电解液中使用氢氧化钠作为电解质。从表1的结果可以看出，相比常规方法，实施例1中AA1800常规镍氢电池的克容量提升3.2％，相比单独使用氧化钙或氢氧化钠(0.7％和1.5％)的情况中，电池克容量提升率翻倍。
实施例2：AA2450常规镍氢电池
AA2450常规镍氢电池属于高容量电池。正极活性材料选用河南科隆覆钴亚镍(钴和氢氧化亚镍中镍的重量份数分别为4和54)，正极基体选用102宽发泡镍(面密度为300g/m2)，覆钴亚镍、氢氧化钙、氟化钙和聚四氟乙烯分别以重量份数98、2、3和2混合均匀，制得正极材料；将重量份数为20、10和2.1的氢氧化钠、氢氧化钾和单水氢氧化锂溶解于重量份数为70的蒸馏水中，制得OH-浓度为10.4mol/L的电解液；选用德国科德宝0.12mm厚磺化隔膜；其他制作方法同实施例1。
实施例2对AA2450常规镍氢电池克容量的改善见表2。
表2不同制作方法下AA2450常规镍氢电池克容量
  不同制作方法   常规方法   正极材料改良   电解液改良  正极材料+电解液改良
  0.5C电池克容量(mAh/g)   240.94   244.87   243.92   249.36
表2中，“正极材料+电解液改良”指实施例2，因此“常规方法”指正极材料中不添加氢氧化钙和氟化钙，电解液中使用氢氧化钾作为电解质；“正极材料改良”表示仅仅在正极材料中添加氢氧化钙和氟化钙，电解液中使用氢氧化钾作为电解质；“电解液改良”表示正极材料中不添加氢氧化钙和氟化钙，电解液中使用氢氧化钠、氢氧化钾和单水氢氧化锂作为电解质。从表2的结果可以看出，相比常规方法，实施例2中AA2450常规镍氢电池的克容量提升3.5％，相比单独使用氢氧化钙和氟化钙，或者氢氧化钠、氢氧化钾和单水氢氧化锂(1.6％和1.2％)的情况中，电池克容量提升率翻倍。协同使用钙元素添加剂和氢氧化钠，显著提高了AA2450常规镍氢电池的克容量。
实施例3：AA2000EH低自放电镍氢电池
AA2000EH低自放电镍氢电池属于中高容量电池。正极活性材料选用河南科隆覆钴亚镍(钴和氢氧化亚镍中镍的重量份数分别为5和53)，正极基体选用102宽发泡镍(面密度为270g/m2)，覆钴亚镍、氢氧化钙、氧化钇和聚四氟乙烯分别以重量份数80、1、1和3混合均匀，制得正极材料；将重量份数为20、20和1的氢氧化钠、氢氧化钾和单水氢氧化锂溶解于重量份数为88的蒸馏水中，制得OH-浓度为10.4mol/L的电解液；其他制作方法同实施例1。
实施例3对AA2000EH低自放电镍氢电池克容量的改善见表3。
表3不同制作方法下AA2000EH低自放电镍氢电池克容量
  不同制作方法   常规方法   正极材料改良   电解液改良  正极材料+电解液改良
  0.5C电池克容量(mAh/g)   241.59   242.4   243.1   248.51
表3中，“正极材料+电解液改良”指实施例3，因此“常规方法”指正极材料中不添加氢氧化钙和氧化钇，电解液中使用氢氧化钾作为电解质；“正极材料改良”表示仅仅在正极材料中添加氢氧化钙和氧化钇，电解液中使用氢氧化钾作为电解质；“电解液改良”表示正极材料中不添加氢氧化钙和氧化钇，电解液中使用氢氧化钠、氢氧化钾和单水氢氧化锂作为电解质。从表3的结果可以看出，相比常规方法，实施例3中AA2000EH低自放电镍氢电池的克容量提升2.9％，相比单独使用氢氧化钙和氧化钇，或者氢氧化钠、氢氧化钾和单水氢氧化锂(0.3％和0.6％)的情况中，电池克容量提升率明显增加。协同使用钙元素添加剂和氢氧化钠，显著提高了AA2000EH低自放电镍氢电池的克容量。
表4正极材料中使用不同添加剂时AA2000EH低自放电镍氢电池克容量
Figure BDA0000074634630000061
表4中，在正极材料中分别添加氧化钇、或氢氧化钙、或氧化钇与氢氧化钙的混合物，比较发现，氢氧化钙对电池克容量的提高优于氧化钇的作用，在使用氢氧化钙与氧化钇的混合物的情况中，电池克容量与单独使用氢氧化钙时的电池克容量基本相等。这也说明，在正极材料中，氢氧化钙是改善电池克容量的主要因素。表4中，使用氧化钙或氟化钙代替氢氧化钙，可以取得相同的技术效果。
实施例4：AA1800常规镍氢电池
AA1800常规镍氢电池属于中等容量电池。正极活性材料选用河南科隆覆钴亚镍(钴和氢氧化亚镍中镍的重量份数分别为4和56)，正极基体选用102宽发泡镍(面密度为260g/m2)，覆钴亚镍、氟化钙、氧化钙和聚四氟乙烯分别以重量份数85、1、1和4混合均匀，制得正极材料；将重量份数为30、10和5的氢氧化钠、氢氧化钾和单水氢氧化锂溶解于重量份数为98的膜过滤纯水中，制得OH-浓度为10.7mol/L的电解液；其他制作方法同实施例1。
实施例4对AA1800常规镍氢电池克容量的改善见表5。
表5不同制作方法下AA1800常规镍氢电池克容量
  不同制作方法   常规方法   正极材料改良   电解液改良  正极材料+电解液改良
  1.0C电池克容量(mAh/g)   239.6.   240.4   243.7   247.0
表5中，“正极材料+电解液改良”指实施例4，因此“常规方法”指正极材料中不添加氟化钙和氧化钙，电解液中使用氢氧化钾作为电解质；“正极材料改良”表示仅仅在正极材料中添加氟化钙和氧化钙，电解液中使用氢氧化钾作为电解质；“电解液改良”表示正极材料中不添加氟化钙和氧化钙，电解液中使用氢氧化钠、氢氧化钾和单水氢氧化锂作为电解质。从表5的结果可以看出，相比常规方法，实施例4中AA1800常规镍氢电池的克容量提升3.1％，相比单独使用氧化钙和氟化钙、或者氢氧化钠、氢氧化钾和单水氢氧化锂(0.3％和1.7％)的情况中，电池克容量提升率明显增加。协同使用钙元素添加剂和氢氧化钠，显著提高了AA1800常规镍氢电池的克容量。
通过以上实施例(实施例1-4)中，显然可以看出，采用本发明的镍氢电池制作方法制得的镍氢电池其克容量显著增加。另外，在采用本发明的方法制作镍氢电池过程中，发现氢氧化钙的使用能改善电池克容量对电解液的浓度的要求，在达到相同的电池克容量时，使用了氢氧化钙后所需的电解液浓度更低。上述实施例中，虽然每一实施例结合不同容量范围的电池(AA1800、AA2450和AA2000EH)进行描述，但是实施例中所描述的方法并不受限于在本文件中结合描述的实施例中使用，在不背离本发明的范围与精神的前提下，而是可以应用于其他容量范围的电池的制作。
虽然本发明是通过具体实施例进行说明，本领域技术人员应当明白，在不脱离本发明范围的情况下，还可以对本发明进行各种变换及等同替代。另外，针对特定情形，可以对本发明做各种修改，而不脱离本发明的范围。因此，本发明不局限于所确定的具体实施例，而应当包括落入本发明权利要求范围内的全部实施方式。

Claims (10)

1. 一种镍氢电池制作方法，包括正极制作步骤、负极制作步骤、隔膜卷制步骤、电解液注入步骤与封口步骤，其特征在于，
所述正极制作步骤包括以下子步骤：
a1：正极材料制备：将正极活性材料、钙元素添加剂与粘结剂混合均匀，制得正极材料；
a2：正极材料涂布：将步骤a1中制得的正极材料均匀涂布在正极基体上；
a3：正极压片：压制步骤a2中涂布了正极材料的正极基体，制得正极片；
所述电解液注入步骤包括以下子步骤：
b1：电解液配制：将碱性电解质溶解于溶剂中，制得电解液；
b2：电解液注入：将步骤b1中制得的电解液注入外壳内；
所述碱性电解质包括氢氧化钠。
2. 根据权利要求1所述的镍氢电池制作方法，其特征在于，在所述步骤a1中，所述正极活性材料为覆钴亚镍，所述粘结剂为聚四氟乙烯，所述钙元素添加剂包括钙元素的氧化物、氢氧化物或氟化物的至少一种。
3. 根据权利要求2所述的镍氢电池制作方法，其特征在于，在所述步骤a1中，所述钙元素添加剂还包括钇元素的氧化物。
4. 根据权利要求1所述的镍氢电池制作方法，其特征在于，在所述步骤a1中，所述正极活性材料、钙元素添加剂和粘结剂的重量份数分别为80~98、1~5和2~4。
5. 根据权利要求1所述的镍氢电池制作方法，其特征在于，在所述步骤a2中，所述正极基体为发泡镍。
6. 根据权利要求1所述的镍氢电池制作方法，其特征在于，在所述步骤b1中，所述碱性电解质还包括氢氧化钠、氢氧化钾和单水氢氧化锂的混合物；所述溶剂为蒸馏水或膜过滤纯水。
7. 根据权利要求6所述的镍氢电池制作方法，其特征在于，在所述步骤b1中，将重量份数分别为20~30、10~20和1~5的氢氧化钠、氢氧化钾和单水氢氧化锂溶于重量份数为50~98的蒸馏水或膜过滤纯水中，制得电解液。
8. 根据权利要求7所述的镍氢电池制作方法，其特征在于，在所述步骤b1中，所述电解液中OH-的摩尔浓度为10.4~10.7mol/L。
9. 根据权利要求2所述的镍氢电池制作方法，其特征在于，在所述步骤a1中，所述覆钴亚镍为包覆钴的氢氧化亚镍，其中，所述钴与所述氢氧化亚镍中镍的重量份数分别为3~5和53~56。
10. 根据权利要求5所述的镍氢电池制作方法，其特征在于，在所述步骤a2中，所述发泡镍的面密度为260~300g/m2。
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