CN102324578A - 一种长寿命镍氢电池的制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种长寿命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：正极材料制备、正极材料涂布与正极压片子步骤；负极制作步骤包括负极材料涂布与负极压片子步骤；电解液注入步骤包括电解液配制与电解液注入子步骤。根据本发明的方法，通过加长正、负极片的长度与调整正、负极材料的用量，可以促进镍氢电池活化过程的充放电效率，有助于其使用寿命的改善；上调电解液的用量，通过增加导电物质进而提高充放电效率，同样有助于改善镍氢电池的使用寿命。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使用寿命。

Description

一种长寿命镍氢电池的制作方法
技术领域
本发明涉及一种镍氢电池的制作方法，更具体地，涉及一种长寿命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，对其内使用的环境污染低、可多次循环使用的镍氢电池的需求也越来越大；除了对镍氢电池容量的需求变高以外，对镍氢电池的使用寿命也提出了较高的要求。但是现有技术中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中高容量的镍氢电池在使用过程中容量降低明显，可循环使用的次数有限，难以满足目前人们对镍氢电池长使用寿命的需求，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，针对现有技术中中高容量的镍氢电池在使用过程中容量降低明显、可循环使用的次数有限、难以满足人们对镍氢电池长使用寿命的需求的问题，提供一种工艺简单且成本低的长寿命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：提供一种长寿命镍氢电池的制作方法，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、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；
所述负极制作步骤包括以下子步骤：
b1：负极材料涂布：将负极材料均匀涂布在负极基体上；
b2：负极压片：压制步骤b1中涂布了负极材料的负极基体，制得负极片；
所述电解液注入步骤包括以下子步骤：
c1：电解液配制：将碱性电解质溶解于溶剂中，制得电解液；
c2：电解液注入：将步骤c1中制得的电解液注入外壳内。
在上述长寿命镍氢电池的制作方法中，在所述步骤a1中，所述正极活性材料为覆钴亚镍，所述添加剂为钙元素或钇元素的氧化物或氢氧化物，所述粘结剂为聚四氟乙烯。
在上述长寿命镍氢电池的制作方法中，在所述步骤a1中，所述正极活性材料、添加剂和粘结剂的重量份数分别为80-98、1-5和2-4。
在上述长寿命镍氢电池的制作方法中，在所述步骤a2中，所述正极基体为发泡镍。
在上述长寿命镍氢电池的制作方法中，在所述步骤a3中，所述正极片的长度为110-115mm，所述正极片的宽度为44-45mm，所述正极片的厚度为0.65-0.7mm。
在上述长寿命镍氢电池的制作方法中，所述负极制作步骤包括以下子步骤：
b1：负极材料涂布：将合金粉均匀涂布在覆镍钢板上；
b2：负极压片：压制步骤b1中涂布了合金粉的覆镍钢板，制得负极片。
在上述长寿命镍氢电池的制作方法中，在所述步骤b2中，所述负极片的长度为140-150mm，所述负极片的宽度为44-45mm，所述负极片的厚度为0.25-0.3mm。
在上述长寿命镍氢电池的制作方法中，在所述步骤c1中，所述碱性电解质为氢氧化钠、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。
在上述长寿命镍氢电池的制作方法中，在所述步骤c1中，将重量份数分别为15-25、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70-100的蒸馏水或膜过滤纯水中，制得电解液。
在上述长寿命镍氢电池的制作方法中，在所述步骤c1中，电解液的用量为2.6-2.8g。
实施本发明的长寿命镍氢电池的制作方法，可以获得以下有益效果：正极材料制备过程中选用特殊的正极活性材料，提高正极材料中钴的含量，进而改善镍氢电池的使用寿命；加长正极片与负极片的长度，并通过调整正极材料与负极材料的用量分别控制正、负极片的厚度，可以促进镍氢电池活化过程的充放电效率，有助于其使用寿命的改善；另外，负极片对镍氢电池的使用寿命影响较大，在正极片加长的情况下增加负极材料的用量，提高镍氢电池的装配比，可以延长其使用寿命；上调电解液的用量从而使镍氢电池充放电过程中的导电物质增多，充放电效率提高并有助于改善镍氢电池的使用寿命。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使用寿命。
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：AA2200常规镍氢电池
AA2200常规镍氢电池属于中高容量电池。选用湖南金天覆钴亚镍作为正极活性材料，选用110宽发泡镍作为正极基体，覆钴亚镍、氧化钙、氧化钇和聚四氟乙烯分别以重量份数90、3、1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110宽发泡镍上，然后采用对辊机均匀压制，得到长112mm、宽44.5mm、厚0.67mm的正极片；负极选用包头三德合金粉，将其涂布在覆镍钢板上后，采用拉浆炉制得长145mm、宽44.5mm、厚0.27mm的负极片；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、11和1.5的氢氧化钠、氢氧化钾和单水氢氧化锂溶解于重量份数为80的蒸馏水中，制得OH-浓度为9.5mol/L的电解液，取上述电解液2.7g注入钢壳内，然后封口，制得具有长使用寿命的镍氢电池。
镍氢电池的使用寿命与镍氢电池的每一部件的性能均有关，其中正极片和负极片的构成以及电解液的成分和用量均显著影响镍氢电池的使用寿命。本发明中则重点对正、负极片的构成(结构和材料)以及电解液的用量进行了深入探讨，具体地，通过加长正极片的长度、减少正极材料的用量从而降低正极片的厚度；通过加长负极片的长度、增加负极材料的用量从而控制负极片的厚度保持不变；通过上调电解液的用量改善镍氢电池的使用寿命。
正极活性材料选用覆盖了一层氢氧化亚钴的覆钴亚镍，钴含量的增加可以保证镍氢电池的有效放电，进而提高放电效率。进一步地，本发明中将正极片的长度加长10-20mm(加长后的正极片长度为110-115mm)，保持正极片宽度不变(44-45mm)的同时降低0.1-0.2g正极材料的用量(降低至8.7-9.0g)，从而使正极片的厚度降低。对正极片的上述调整可以使活化过程中镍氢电池充放电的效率提高。本领域技术人员所熟知的是，活化过程的效率提高不仅有利于镍氢电池容量的充分利用，而且有助于其使用过程中容量的维持，也即改善镍氢电池的使用寿命。
另一方面，本发明中将负极片的长度加长10-20mm(加长后的负极片长度为140-150mm)，保持负极片宽度不变(44-45mm)的同时增加负极材料的用量(由原来的8.9-9.4g升高至10.0-10.6g)，从而控制负极片的厚度基本保持不变。在镍氢电池的部件中，负极与镍氢电池的使用寿命的联系最为密切，负极材料的种类、正负极的装配比均影响使用寿命。本发明的负极材料中，钴含量为6-10％，锰含量为5％左右；锰元素可以降低合金的平衡氢压，钴元素可以延缓负极材料(例如合金粉)对电液的消耗，减少稀土元素的结晶，减小镍氢电池内阻的上升，有利于镍氢电池的使用过程中电池容量的维持。另外，下调正极材料的用量的同时增加负极材料的用量，一方面控制负极片的厚度不变，更重要地使正负极的装配比提升，与现有技术相比，正负极装配比适度提升为90-92％，同样有利于镍氢电池使用寿命的改善。
镍氢电池中使用的电解液的成分与用量同样影响其使用寿命。本发明所用的电解液为含有氢氧化钠、氢氧化钾和单水氢氧化锂的三元电解液，且其用量大幅度上调0.2-0.4g、至2.6-2.8g。氢氧化钠的使用可以在镍氢电池快速充电过程中提高充电效率以及在镍氢电池使用过程中增大放电克容量；单水氢氧化锂的使用也可以提高镍氢电池的充电效率；电解液中的OH-浓度不变的前提下上调电解液的用量可以使得导电物质增多，从而也可以提高镍氢电池的充电效率。而充电效率的提高有助于镍氢电池使用寿命的改善。
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AA2200常规镍氢电池使用寿命的改善，详见表1。
表1不同制作方法下AA2200常规镍氢电池使用寿命
  不同制作方法   常规方法   改良方法
  1.0C电池使用寿命(N)   180   400
表1中，“改良方法”指实施例1，“N”表示循环周数。从表1的结果可以看出，相比常规方法，实施例1中AA2200常规镍氢电池的使用寿命从180周增加至400周，增加122％，充分说明本发明对于改善镍氢电池的使用寿命的效果是非常显著的。
实施例2：AA2200常规镍氢电池
AA2200常规镍氢电池属于中高容量电池。正极活性材料选用湖南金天覆钴亚镍，正极基体选用110宽发泡镍，覆钴亚镍、氢氧化钙、氧化钇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，将制得的正极材料均匀涂布在110宽发泡镍上，然后采用对辊机均匀压制，得到长115mm、宽44mm、厚0.65mm的正极片；负极选用包头三德合金粉，将其涂布在覆镍钢板上后，采用拉浆炉制得长150mm、宽44mm、厚0.25mm的负极片；选用德国科德宝0.12mm厚磺化隔膜；将重量份数为25、10和4的氢氧化钠、氢氧化钾和单水氢氧化锂溶解于重量份数为100的膜过滤纯水中，制得OH-浓度为9mol/L的电解液，取上述电解液2.75g注入钢壳内，然后封口；其他制作方法同实施例1。
实施例2对AA2200常规镍氢电池使用寿命的改善见表2。
表2不同制作方法下AA2200常规镍氢电池使用寿命
  不同制作方法   常规方法   改良方法
  1.0C电池使用寿命(N)   180   380
表2中，“改良方法”指实施例2，“N”表示循环周数。从表2的结果可以看出，相比常规方法，实施例2中AA2200常规镍氢电池的使用寿命从180周增加至380周，增加111％，充分说明本发明对于改善镍氢电池的使用寿命效果是非常显著的。
实施例3：AA2300常规镍氢电池
AA2300常规镍氢电池属于中高容量电池。正极活性材料选用湖南金天覆钴亚镍，正极基体选用110宽发泡镍，覆钴亚镍、氢氧化钙、氢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，将制得的正极材料均匀涂布在110宽发泡镍上，然后采用对辊机均匀压制，得到长110mm、宽45mm、厚0.7mm的正极片；负极选用包头三德合金粉，将其涂布在覆镍钢板上后，采用拉浆炉制得长150mm、宽45mm、厚0.3mm的负极片；选用德国科德宝0.12mm厚磺化隔膜；将重量份数为20、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70的膜过滤纯水中，制得OH-浓度为9.6mol/L的电解液，取上述电解液2.8g注入钢壳内，然后封口；其他制作方法同实施例1。
实施例3对AA2300常规镍氢电池使用寿命的改善见表3。
表3不同制作方法下AA2300常规镍氢电池使用寿命
  不同制作方法   常规方法   改良方法
  1.0C电池使用寿命(N)   150   300
表3中，“改良方法”指实施例3，“N”表示循环周数。从表3的结果可以看出，相比常规方法，实施例3中AA2300常规镍氢电池的使用寿命从150周增加至300周，增加一倍，充分说明本发明对于改善镍氢电池的使用寿命效果是非常显著的。
实施例4：AA2300常规镍氢电池
AA2300常规镍氢电池属于中等容量电池。正极活性材料选用湖南金天覆钴亚镍，正极基体选用110宽发泡镍，覆钴亚镍、氧化钙、氢氧化钇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，将制得的正极材料均匀涂布在110宽发泡镍上，然后采用对辊机均匀压制，得到长112mm、宽44mm、厚0.7mm的正极片；负极选用包头三德合金粉，将其涂布在覆镍钢板上后，采用拉浆炉制得长141mm、宽44mm、厚0.3mm的负极片；选用德国科德宝0.12mm厚磺化隔膜；将重量份数为19.7、20和4.2的氢氧化钠、氢氧化钾和单水氢氧化锂溶解于重量份数为95的蒸馏水中，制得OH-浓度为10mol/L的电解液，取上述电解液2.6g注入钢壳内，然后封口；其他制作方法同实施例1。
实施例4对AA2300常规镍氢电池使用寿命的改善见表4。
表4不同制作方法下AA2300常规镍氢电池使用寿命
  不同制作方法   常规方法   改良方法
  1.0C电池使用寿命(N)   150   320
表4中，“改良方法”指实施例4，“N”表示循环周数。从表4的结果可以看出，相比常规方法，实施例4中AA2300常规镍氢电池的使用寿命从150周增加至320周，增加113％，充分说明本发明对于改善镍氢电池的使用寿命效果是非常显著的。
通过以上实施例(实施例1-4)中，显然可以看出，采用本发明的长寿命镍氢电池制作方法制得的镍氢电池其使用寿命显著增加。上述实施例中，虽然每一实施例结合不同类型的中高容量电池(AA2200、AA2300)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)

1.一种长寿命镍氢电池的制作方法，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、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； 
所述负极制作步骤包括以下子步骤：
b1：负极材料涂布：将负极材料均匀涂布在负极基体上；
b2：负极压片：压制步骤b1中涂布了负极材料的负极基体，制得负极片； 
所述电解液注入步骤包括以下子步骤：
c1：电解液配制：将碱性电解质溶解于溶剂中，制得电解液；
c2：电解液注入：将步骤c1中制得的电解液注入外壳内。
2.根据权利要求1所述的长寿命镍氢电池的制作方法，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，所述添加剂为钙元素和钇元素的氧化物或氢氧化物，所述粘结剂为聚四氟乙烯。
3.根据权利要求1所述的长寿命镍氢电池的制作方法，其特征在于，在所述步骤a1中，所述正极活性材料、添加剂和粘结剂的重量份数分别为80~98、1~5和2~4。
4.根据权利要求1所述的长寿命镍氢电池的制作方法，其特征在于，在所述步骤a2中，所述正极基体为发泡镍。
5.根据权利要求1所述的长寿命镍氢电池的制作方法，其特征在于，在所述步骤a3中，所述正极片的长度为110~115mm，所述正极片的宽度为44~45mm，所述正极片的厚度为0.65~0.7mm。
6.根据权利要求1所述的长寿命镍氢电池的制作方法，其特征在于，所述负极制作步骤包括以下子步骤：
b1：负极材料涂布：将合金粉均匀涂布在覆镍钢板上；
b2：负极压片：压制步骤b1中涂布了合金粉的覆镍钢板，制得负极片。
7.根据权利要求1或6所述的长寿命镍氢电池的制作方法，其特征在于，在所述步骤b2中，所述负极片的长度为140~150mm，所述负极片的宽度为44~45mm，所述负极片的厚度为0.25~0.3mm。
8.根据权利要求1所述的长寿命镍氢电池的制作方法，其特征在于，在所述步骤c1中，所述碱性电解质为氢氧化钠、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。
9.根据权利要求8所述的长寿命镍氢电池的制作方法，其特征在于，在所述步骤c1中，将重量份数分别为15~25、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70~100的蒸馏水或膜过滤纯水中，制得电解液。
10.根据权利要求1所述的长寿命镍氢电池的制作方法，其特征在于，在所述步骤c2中，电解液的用量为2.6~2.8g。
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