CN102593535A - 一种镍锌电池及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于储能电池领域，并公开了一种镍锌电池及其制作方法，其中该方法包括正极制作步骤、负极制作步骤、隔膜卷制步骤、电解液注入步骤和封口步骤；其中将涂布有正极材料的正极片和涂布有负极材料的负极片与复合隔膜一起卷制成极组；该复合隔膜由镀锡铜箔和亲水型PP+PE膜-植物纤维连接而成。本发明的镍锌电池包括电池壳、极组以及电池壳与极组之间的电解液，极组由正极片、负极片和复合隔膜卷制而成，该复合隔膜由镀锡铜箔和亲水型PP+PE膜-植物纤维连接而成。采用本发明的复合隔膜不仅可延长镍锌电池的使用寿命，而且可使其操作复杂度降低。本发明的制作方法操作方便，便于实施。采用本发明制得的镍锌电池装配方便且使用寿命长。
Description
技术领域
本发明属于储能电池领域，并涉及一种镍锌电池及其制作方法，更具体地，涉及一种装配难度低的镍锌电池及其制作方法。
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、可多次循环使用的二次电池的需求也越来越大。日常生活中常见的这类型二次电池除了镍氢电池外，还包括镍锌电池。与镍氢电池相比，镍锌电池具有电压高、放电电流强等优点，而且更便于回收和重复利用。因此，近年来对镍锌电池的开发和研究成为储能电池领域的研究重点。目前对镍锌电池的制作主要采用上部定位方式，所涉及的装配操作复杂，限制了镍锌电池的高效制作和广泛应用。另外，镍锌电池与其他二次电池一样，存在多次使用后容量明显下降的问题，也即使用寿命较短的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中制作镍锌电池时装配操作复杂且镍锌电池寿命较短的缺陷，提供一种装配操作简单且制得的镍锌电池使用寿命长的镍锌电池及其制作方法。
本发明要解决的技术问题通过以下技术方案得以实现：根据本发明的一个方面，提供一种镍锌电池的制作方法，其中，所述方法包括以下步骤：
正极制作步骤：制作涂布有正极材料的正极片；
负极制作步骤：制作涂布有负极材料的负极片；
隔膜卷制步骤：将涂布有正极材料的正极片和涂布有负极材料的负极片与复合隔膜一起卷制成极组，然后放入电池壳中；其中，所述复合隔膜由镀锡铜箔和亲水型PP+PE膜-植物纤维连接而成；
电解液注入步骤：向所述电池壳内注入电解液；以及
封口步骤；封口所述电池壳，制得所述镍锌电池。
在上述镍锌电池的制作方法中，在所述隔膜卷制步骤中，所述镀锡铜箔为卷制制得的所述电池的外层结构，所述镀锡铜箔与所述电池壳相接触。
在上述镍锌电池的制作方法中，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中涂布有正极材料的正极基体，制得正极片。
在上述镍锌电池的制作方法中，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和钇元素的氧化物或氢氧化物，所述粘结剂为聚四氟乙烯。
在上述镍锌电池的制作方法中，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。
在上述镍锌电池的制作方法中，所述负极制作步骤包括以下子步骤：
b1：负极材料涂布：将氧化锌与锌的混合物均匀涂布在覆镍钢板上；
b2：负极压片：压制步骤b1中涂布有氧化锌与锌的混合物的覆镍钢板，制得负极片。
在上述镍锌电池的制作方法中，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所述电池壳内。
在上述镍锌电池的制作方法中，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。
在上述镍锌电池的制作方法中，在所述步骤c2中，注入所述电池壳内的所述电解液的浓度为8.4～9.0mol/L。
根据本发明的另一方面，提供一种采用权利要求1至9中任一权利要求的镍锌电池的制作方法制得的镍锌电池，所述镍锌电池包括电池壳、极组以及所述电池壳与所述极组之间的电解液，所述极组由正极片、负极片和隔膜卷制而成，其中，所述复合隔膜由镀锡铜箔和亲水型PP+PE膜-植物纤维连接而成；所述复合隔膜的镀锡铜箔与所述电池壳接触。
本发明对隔膜卷制步骤中使用的复合隔膜进行调整，采用镀锡铜箔3和亲水型PP+PE膜-植物纤维1连接形成的复合隔膜(图1)来代替传统的PP+PE膜(无亲水处理)4和亲水型PP+PE膜-植物纤维1形成的复合隔膜(图2)。通过卷制机将复合隔膜与正极片和负极片制成极组后，镀锡铜箔形成了极组的外层结构，并且可与镍锌电池的电池壳(内壁)接触。采用镀锡铜箔的优点在于：由于镀锡铜箔可导电，其可使镍锌电池的内阻降低，因此对极组内负极的腐蚀有抑制作用，进而可延长负极、以及因此的镍锌电池的使用寿命；另外，这样制得的极组可采用下部定位的装配方式，使制作镍锌电池的装配复杂度大幅度降低。进一步地，镀锡铜箔与现有技术中的PP+PE膜(无亲水处理)相比厚度较小，这种情况下，极组与电池壳之间极组松紧度可适当降低，即二者之间的空隙度提升，因此可向电池壳内注入的电解液的量相应增加，从而进一步提高镍锌电池的充电效率。
另外，如图1所示，本发明的复合隔膜由镀锡铜箔3和亲水型PP+PE膜-植物纤维1连接而成，其中通过PVA胶水将亲水型PP+PE膜和植物纤维复合，形成亲水型PP+PE膜-植物纤维复合材料，可采用胶纸2直接将镀锡铜箔3和亲水型PP+PE膜-植物纤维1连接在一起，例如采用376胶纸。从以上描述中可看出，本发明所使用的复合隔膜制作方法简单且成本低，其使用并不会增加镍锌电池制作的复杂度。
如上所述，实施本发明可以获得以下有益效果：采用镀锡铜箔与亲水型PP+PE膜-植物纤维连接形成的复合隔膜可延长镍锌电池的使用寿命，可以将镍锌电池的装配方式由上部定位转换为下部定位，从而降低操作复杂度。本发明的制作方法操作方便，便于实施，有利于提高镍锌电池的制作效率。采用本发明的方法制得的镍锌电池装配方便且使用寿命长。
附图说明
以下将结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。附图中：
图1是根据本发明的镀锡铜箔和亲水型PP+PE膜-植物纤维连接而成的复合隔膜的示意图；
图2是现有技术中PP+PE膜(无亲水处理)和亲水型PP+PE膜-植物纤维形成的复合隔膜的示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明将氧化锌和锌的混合物用作负极活性材料，需要说明的是，这里并不限定该混合物中氧化锌和锌的具体配比，而仅需控制该混合物的使用总量。另外，就构成本发明中复合隔膜的亲水型PP+PE膜-植物纤维而言，这里的亲水型PP+PE膜与植物纤维通过普通胶水粘贴在一起，亲水型PP+PE膜具体指经过亲水处理的PP+PE膜，该技术和/或材料对本领域技术人员而言是熟知的，因此此处并不对比作详细解释与说明。构成本发明中复合隔膜的亲水型PP+PE膜、植物纤维和镀锡铜箔均可从普通市场购买得到，本发明使用的PP+PE膜(有/无亲水处理)和植物纤维分别购买自NKK公司和深圳星原公司。
实施例1：AA1500常规镍锌电池
选用湖南金天覆钴亚镍作为正极活性材料，选用89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6.55g正极材料，将制得的正极材料均匀涂布在89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6.0g粉末态氧化锌和锌的混合物，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；选用镀锡铜箔与亲水型PP+PE膜-植物纤维连接形成的复合隔膜，采用卷绕机将其与正极片和负极片卷制成极组，然后放入钢壳中，其中镀锡铜箔形成极组的外层结构且与钢壳(即电池壳)接触；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86的蒸馏水中，制得OH-浓度为8.8mol/L的电解液，取上述电解液2.7g注入钢壳内，然后封口，制得所需的镍锌电池。
对比例1：
选用湖南金天覆钴亚镍作为正极活性材料，选用89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6.6g正极材料，将制得的正极材料均匀涂布在89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6.0g粉末态氧化锌和锌的混合物，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；采用PP+PE膜(无亲水处理)和亲水型PP+PE膜-植物纤维形成的复合隔膜，采用卷绕机将其与正极片和负极片卷制成极组，然后放入钢壳中，其中PP+PE膜(无亲水处理)形成极组的外层结构且与钢壳(即电池壳)接触；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86的蒸馏水中，制得OH-浓度为8.8mol/L的电解液，取上述电解液2.6g注入钢壳内，然后封口，制得所需的镍锌电池。
实施例2：AA1500常规镍锌电池
正极活性材料选用湖南金天覆钴亚镍，正极基体选用89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6.65g正极材料，将制得的正极材料均匀涂布在89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6.0g粉末态氧化锌和锌的混合物，将其涂布在覆镍钢板上后，采用拉浆炉制得负极片；选用镀锡铜箔与亲水型PP+PE膜-植物纤维连接形成的复合隔膜，采用卷绕机将其与正极片和负极片卷制成极组，然后放入钢壳中，其中镀锡铜箔形成极组的外层结构且与钢壳(即电池壳)接触；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9.0mol/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。
对比例2：
正极活性材料选用湖南金天覆钴亚镍，正极基体选用89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6.7g正极材料，将制得的正极材料均匀涂布在89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6.0g粉末态氧化锌和锌的混合物，将其涂布在覆镍钢板上后，采用拉浆炉制得负极片；采用PP+PE膜(无亲水处理)和亲水型PP+PE膜-植物纤维形成的复合隔膜，采用卷绕机将其与正极片和负极片卷制成极组，然后放入钢壳中，其中PP+PE膜(无亲水处理)形成极组的外层结构且与钢壳(即电池壳)接触；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9.0mol/L的电解液，取上述电解液2.65g注入钢壳内，然后封口；其他制作方法同对比例1。
实施例3：AAA550常规镍锌电池
正极活性材料选用湖南金天覆钴亚镍，正极基体选用79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6.75g正极材料，将制得的正极材料均匀涂布在79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6.0g粉末态氧化锌和锌的混合物，将其涂布在覆镍钢板上后，采用拉浆炉制得负极片；选用镀锡铜箔与亲水型PP+PE膜-植物纤维连接形成的复合隔膜，采用卷绕机将其与正极片和负极片卷制成极组，然后放入钢壳中，其中镀锡铜箔形成极组的外层结构且与钢壳(即电池壳)接触；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93的膜过滤纯水中，制得OH-浓度为8.6mol/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。
对比例3：
正极活性材料选用湖南金天覆钴亚镍，正极基体选用79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6.8g正极材料，将制得的正极材料均匀涂布在79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6.0g粉末态氧化锌和锌的混合物，将其涂布在覆镍钢板上后，采用拉浆炉制得负极片；采用PP+PE膜(无亲水处理)和亲水型PP+PE膜-植物纤维形成的复合隔膜，采用卷绕机将其与正极片和负极片卷制成极组，然后放入钢壳中，其中PP+PE膜(无亲水处理)形成极组的外层结构且与钢壳(即电池壳)接触；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93的膜过滤纯水中，制得OH-浓度为8.6mol/L的电解液，取上述电解液2.7g注入钢壳内，然后封口；其他制作方法同对比例1。
实施例4：AAA550常规镍锌电池
正极活性材料选用湖南金天覆钴亚镍，正极基体选用79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、0.5、0.5和4混合均匀，制得6.85g正极材料，将制得的正极材料均匀涂布在79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6.0g粉末态氧化锌和锌的混合物，将其涂布在覆镍钢板上后，采用拉浆炉制得负极片；选用镀锡铜箔与亲水型PP+PE膜-植物纤维连接形成的复合隔膜，采用卷绕机将其与正极片和负极片卷制成极组，然后放入钢壳中，其中镀锡铜箔形成极组的外层结构且与钢壳(即电池壳)接触；将重量份数为15、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90的蒸馏水中，制得OH-浓度为8.4mol/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。
对比例4：
正极活性材料选用湖南金天覆钴亚镍，正极基体选用79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、0.5、0.5和4混合均匀，制得6.9g正极材料，将制得的正极材料均匀涂布在79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6.0g粉末态氧化锌和锌的混合物，将其涂布在覆镍钢板上后，采用拉浆炉制得负极片；采用PP+PE膜(无亲水处理)和亲水型PP+PE膜-植物纤维形成的复合隔膜，采用卷绕机将其与正极片和负极片卷制成极组，然后放入钢壳中，其中PP+PE膜(无亲水处理)形成极组的外层结构且与钢壳(即电池壳)接触；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90的蒸馏水中，制得OH-浓度为8.4mol/L的电解液，取上述电解液2.5g注入钢壳内，然后封口；其他制作方法同对比例1。
实施例1-4均采用镀锡铜箔和亲水型PP+PE膜-植物纤维连接形成的复合隔膜来与正极片和负极片制成极组；对比例1-4均采用PP+PE膜(无亲水处理)和亲水型PP+PE膜-植物纤维形成的复合隔膜来与正极片和负极片制成极组。除此之外，与现有技术中制造镍锌电池的制作方法相比，本发明所使用的正极材料用量减少，具体地约减少1-5％；而由于极组与电池壳之间空隙增加，因而向电池壳注入的电解液的量增加，具体地约增加3.5-4％。例如，在制造AA1500镍锌电池时，其正极材料用量为6.55g和6.65g(实施例1和2)，相比现有技术分别减少0.05g的用量；其注入的电解液为2.75g和2.7g(实施例1和2)，相比现有技术分别增加了0.1g的用量。正极材料用量减少可使正极片的厚度相应变小，这不仅有利于镍锌电池活化过程中充放电效率的提高，而且有助于使用过程中其容量的维持，也即对其使用寿命有改善。同等型号和/或同等容量的镍锌电池中电解液量的增加可使得导电物质增多，因而有利于提高其充放电效率，并同样对改善镍锌电池的使用寿命有显著作用。
为了更清晰的说明实施本发明可以获得的有益效果，以下结合对比例详细说明采用本发明的制作方法制得的镍锌电池的突出优点；具体地，测试镍锌电池的容量和内阻。具体结果详见表1。
表1实施例1-4和对比例1-4的镍锌电池的性能测试结果
从表1中可看出，在使用了镀锡铜箔和亲水型PP+PE膜-植物纤维连接形成的复合隔膜的情况下，本发明各实施例中制得的镍锌电池的容量均高于相同条件下对比例中镍锌电池的容量，内阻均低于相同条件下对比例中镍锌电池的内阻。因此，采用本发明的方法可制得使用寿命延长的镍锌电池。
综上所述，本发明的镍锌制作方法采用了储能电池领域常用的下部定位法替代现有技术中制造镍锌电池时采用的上部定位法，使得镍锌电池的装配工艺明显得到简化。镀锡铜箔为导电材料，其与电池壳接触后使整个镍锌电池的内阻减小，有利于多次循环使用后镍锌电池容量的维持。镀锡铜箔厚度小于无亲水处理的PP+PE膜，这使得极组与电池壳之间的空隙增大，从而可在制造镍锌电池过程中注入较多电解液，进一步改善镍锌电池的使用寿命。
上述实施例中，虽然上述实施例仅结合AA1500和AAA550这两类镍锌电池进行描述，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类型的镍锌电池的制作。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1. 一种镍锌电池的制作方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
正极制作步骤：制作涂布有正极材料的正极片；
负极制作步骤：制作涂布有负极材料的负极片；
隔膜卷制步骤：将涂布有正极材料的正极片和涂布有负极材料的负极片与复合隔膜一起卷制成极组，然后放入电池壳中；其中，所述复合隔膜由镀锡铜箔和亲水型PP+PE膜-植物纤维连接而成；
电解液注入步骤：向所述电池壳内注入电解液；以及
封口步骤；封口所述电池壳，制得所述镍锌电池。
2. 根据权利要求1所述的镍锌电池的制作方法，其特征在于，在所述隔膜卷制步骤中，所述镀锡铜箔为所述极组的外层结构，所述镀锡铜箔与所述电池壳相接触。
3. 根据权利要求1所述的镍锌电池的制作方法，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中涂布有正极材料的正极基体，制得正极片。
4. 根据权利要求3所述的镍锌电池的制作方法，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。
5. 根据权利要求3或4所述的镍锌电池的制作方法，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。
6. 根据权利要求1所述的镍锌电池的制作方法，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：将氧化锌与锌的混合物均匀涂布在覆镍钢板上；
b2：负极压片：压制步骤b1中涂布有氧化锌与锌的混合物的覆镍钢板，制得负极片。
7. 根据权利要求1所述的镍锌电池的制作方法，其特征在于，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所述电池壳内。
8. 根据权利要求7所述的镍锌电池的制作方法，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7所述的镍锌电池的制作方法，其特征在于，在所述步骤c2中，注入所述电池壳内的所述电解液的OH-浓度为8.4~9.0mol/L。
10. 一种采用权利要求1至9中任一权利要求的镍锌电池的制作方法制得的镍锌电池，所述镍锌电池包括电池壳、极组以及所述电池壳与所述极组之间的电解液，所述极组由正极片、负极片和复合隔膜卷制而成，
其特征在于，所述复合隔膜由镀锡铜箔和亲水型PP+PE膜-植物纤维连接而成；所述复合隔膜的镀锡铜箔与所述电池壳接触。
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| CN102324578A (zh) * | 2011-09-02 | 2012-01-18 | 深圳市倍特力电池有限公司 | 一种长寿命镍氢电池的制作方法 |
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2012
- 2012-03-15 CN CN2012100679808A patent/CN102593535B/zh active Active
Patent Citations (3)
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| CN104051728A (zh) * | 2014-05-22 | 2014-09-17 | 北京化工大学 | 一种表面具有多级纳微米结构的材料、其制备方法和正极中包含该材料的镍锌电池 |
| CN104051728B (zh) * | 2014-05-22 | 2017-01-25 | 北京化工大学 | 一种表面具有多级纳微米结构的材料、其制备方法和正极中包含该材料的镍锌电池 |
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