CN102779981B - 一种镍氢电池负极极片的制造方法 - Google Patents

一种镍氢电池负极极片的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种镍氢电池负极极片的制造方法，其步骤：第一步，负极活性物质涂层为质量比依次为3:1:1～3:0.5:0.5混合的纳米金属氢合金:粒径为5～100nm,碳纳米管、纳米石墨:粒径为5～35nm活性物质混合物以及占纳米金属氢合金、碳纳米管、纳米石墨混合物质量比1.5～3%的聚四氟乙烯(乳液)以及占纳米金属氢合金、碳纳米管、纳米石墨混合物质量比15～30%的蒸馏水制作成浆料；第二步，将第一步制造的浆料，经上浆工序涂覆于负极集流体上，再经烘干、对滚机压制，使得活性物质浆料在集流体上形成极活性物质涂层，经过分切工序，再在集流体预留空白处经超声波或激光焊接1～5个负极极耳。电池具有循环容量高，使用寿命和存储寿命长，大电流放电效果好，安全性能高。

Description

一种镍氢电池负极极片的制造方法
技术领域
本发明涉及化学电源技术领域，具体涉及一种镍氢电池负极极片的制造方法。该技术所制造的一种镍氢电池负极极片可用于制造各种型号的镍氢电池，特别适用于制造各种型号的镍氢动力电池。 
背景技术
目前，现有电池工业所制造镍氢电池所用的负极极片主要由负极活性物质涂层、镀镍不锈钢网负极集流体、镍带负极极耳等三个部分构成。这种构造的负极极片所制造的镍氢电池存在显著的不足： 
第一，由于使用的是普通金属氢合金，制造的电极极片非常薄，易于折断，并与相对较厚的正极极片结构不匹配，影响电池的容量、影响电池的正常工作，降低电池的使用寿命，甚至可能由于短路而发生爆炸等安全事故。 
第二，现有技术制造的镍氢电池负极极片，比容量较大而且大大超过正极极片比容量，因此，在外形尺寸匹配的情况下，负极活性物质浪费严重，无形提高并浪费了电池的制造成本。 
第三，由于负极活性物质大多主要为纯金属氢合金，其自放电严重，严重影响镍氢电池的容量和循环使用寿命。 
第四，由于负极自放电或者析出氢气较为严重，造成电池鼓胀，在影响镍氢电池的放电容量及使用寿命的同时，也存在极大的安全隐患，如引起电池爆炸、火灾等等。 
发明内容
为了解决现有技术所生产镍氢电池存在的上述不足，本发明的目的是在于提供了一种镍氢电池负极极片的制造方法，本技术在现有镍氢电池制造设备及工艺的基础上，制造出结构简单的镍氢电池负极片，以此负极片制造的镍氢电池具有循环容量高，使用寿命和存储寿命长，大电流放电效果好，安全性能高的特点。以本发明技术制造的镍氢电池负极极片可用于制造各种型号的镍氢电池，尤其适合制造各种型号的镍氢动力电池。本发明技术制造的一种镍氢电池负极极片所生产的镍氢电池，在各种使用条件下，电池不会出现断路或者短路，能正常工作，不存在明显的自放电或者胀气（负极析氢）、电池的循环使用寿命和储存寿命长，通常不存在短路而发生爆炸等安全事故。 
本发明通过下述技术方案予以实现： 
一种镍氢电池负极极片的制造方法，所述的一种镍氢电池负极极片（图1－图6）包括负极活性物质涂层、负极集流体、负极极耳等三个部分组成；其特征在于：负极活性物质为质量比依次为3:1:1～3:0.5:0.5混合的纳米金属氢合金、碳纳米管、纳米石墨活性物质混合物涂层、厚度为10～50μm的表面有之字形或者三角形或者楔形的凹槽的、多孔的镍铝合金箔制成镍箔负极集流体和厚度为15～100μm的1～5个负极极耳三个部分，三者的连接关系是：负极活性物质制成浆料，以单面或双面涂敷于负极集流体上，经烘干、压制在负极集流体上形成负极活性物质涂层，极耳经超声波或者激光焊接于镍箔集流体预留空白处连接。 
一种镍氢电池负极极片的制造方法，其具体步骤是： 
第一步，负极活性物质涂层为质量比依次为3:1:1～3:0.5:0.5混合的纳米金属氢合金（粒径约为5～100nm）、碳纳米管、纳米石墨（粒径约为5～35nm）活性物质混合物以及占纳米金属氢合金、碳纳米管、纳米石墨混合物质量比1.5～3%（以聚四氟乙烯质量计算，以下都相同）的聚四氟乙烯(PTFE)乳液（浓度约60wt%）以及占纳米金属氢合金、碳纳米管、纳米石墨混合物质量比15～30%的蒸馏水制作成浆料； 
第二步，将第一步制造的浆料，经上浆工序涂覆于负极集流体上，再经烘干(温度控制65～85℃)、对滚机压制，使得活性物质浆料在集流体上形成极活性物质涂层，经过分切工序，再在集流体预留空白处经超声波或激光焊接1～5个负极极耳，得到一种镍氢电池负极极片。 
所述的一种镍氢电池负极极片，就是按照上述方法制造成。 
采用本发明的技术方案，可以取得如下明显的效果：用本发明技术生产的一种镍氢电池负极极片所制造的镍氢电池和镍氢动力电池，由于使用了表面有之字形凹槽的多孔的镍铝合金箔制成镍箔负极集流体负极，使得负极极活性物质涂层与负极集流体之间的有效接触面积显著增加，负极活性物质与负极集流体之间的附着性能大大提高，从而提高了负极活性物质的有效利用，减少了负极活性物质在使用过程中的脱落，使电极的大电流充放电效果显著提高，使得以此负极制造的电池具有较好的大电流充放电性能、较长的循环使用寿命；此外，由于负极活性物质涂层为质量比为3:1:1～3:0.5:0.5混合的纳米金属氢合金、碳纳米管、纳米石墨活性物质混合物，碳纳米管和纳米石墨都具有良好的嵌入质子或氢原子的性能，使得氢负极的自放电和析氢现象得到显著抑制，在不影响负极电极的导电性能的同时，使得负极电极的容量、循环使用寿命和贮存寿命显著延长，在5C及以上倍率条件下充放电循环使用寿命（放电容量不小于设计容量70％的充放电循环次数）超过600次。 
本发明特别适用于制造镍氢动力电池，也可用于各种类型、各种型号的圆柱形、方形镍氢电池。 
与现有技术相比，本发明具有如下的优点和有益的效果： 
第一，用本发明技术生产的一种镍氢电池负极极片所制造的镍氢电池和镍氢动力电池，由于使用了表面有之字形或者三角形或者楔形凹槽的、多孔的镍铝合金箔制成负极集流体负极，使得负极活性物质涂层与负极集流体之间的有效接触面积显著增加，负极活性物质与负极集流体之间的附着性能大大提高，从而提高了负极活性物质的有效利用，减少了负极活性物质在使用过程中的脱落，使电极的大电流充放电效果显著提高，使得以此负极制造的电池具有较好的大电流充放电性能、较长的循环使用寿命； 
第二、由于负极活性物质涂层为一定质量比混合的纳米金属氢合金、碳纳米管、纳米石墨活性物质混合物，碳纳米管和纳米石墨，碳纳米管和纳米石墨都具有良好的嵌入质子或氢原子的性能，使得氢负极的自放电和析氢现象得到显著抑制，在不影响负极电极的导电性能的同时，使得负极电极的容量、循环使用寿命和贮存寿命显著延长，在5C及以上倍率条件下充放电循环使用寿命（放电容量不小于设计容量70％的充放电循环次数）超过600次，最高达到700次以上。 
附图说明
图1为一种镍氢电池负极集流体剖面示意图 
图2为一种镍氢电池单极耳双面涂层负极极片立体示意图 
图3为一种镍氢电池双极耳双面涂层负极极片侧视示意图 
图4为一种镍氢电池三极耳双面涂层负极极片侧视示意图 
图5为一种镍氢电池四极耳单面涂层负极极片侧视示意图 
图6为一种镍氢电池五极耳双面涂层负极极片的立体示意图 
图7为本发明负极极片制造的镍氢实验电池的充放电曲线 
图8为本发明负极极片制造的镍氢实验电池的充放电循环图 
其中：1－负极活性物质涂层、2－负极集流体、2a-负极表面凹槽、2b-预留的极耳空白位、3－负极极耳 
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明做进一步详细的描述。 
实施例1: 
一种镍氢电池负极极片的制造方法，其步骤是: 
第一步，负极活性物质涂层为质量比依次为3:1:1混合的纳米金属氢合金（粒径约为5～100nm）、碳纳米管、纳米石墨（粒径约为5～35nm）活性物质混合物以及占纳米金属氢合金、碳纳米管、纳米石墨混合物质量比1.5%的PTFE乳液（浓度约60wt%）以及占纳米金属氢合金、碳纳米管、纳米石墨混合物质量比15%的蒸馏水制作成浆料； 
第二步，将第一步制造的浆料，经上浆工序涂覆于负极集流体（2）上，再经烘干(温度控制65～85℃)、对滚机压制，使得活性物质浆料在集流体上形成极活性物质涂层（1），经过分切工序，再在集流体预留空白处（2b）经超声波或激光焊接1～5个负极极耳（详见附图2～6），得到一种镍氢电池负极极片。 
所述的一种镍氢电池负极极片，就是按照上述方法制造成。 
以此氢负极极片制造的镍氢实验电池在5C倍率条件下充放电循环使用寿命（放电容量不小于设计容量70％的充放电循环次数）为608次。 
实施例2: 
一种镍氢电池负极极片的制造方法，其步骤是: 
第一步，负极活性物质涂层为质量比依次为3:0.6:0.6混合的纳米金属氢合金（粒径约为5～100nm）、碳纳米管、纳米石墨（粒径约为5～35nm）活性物质混合物以及占纳米金属氢合金、碳纳米管、纳米石墨混合物质量比1.8%的PTFE以及占纳米金属氢合金、碳纳米管、纳米石墨混合物质量比20%的蒸馏水制作成浆料； 
第二步，将第一步制造的浆料，经上浆工序涂覆于负极集流体（2）上，再经烘干(温度控制65～85℃)、对滚机压制，使得活性物质浆料在集流体上形成极活性物质涂层（1），经过分切等工序，再在集流体预留空白处（2b）经超声波或激光焊接1～5个负极极耳（详见附图2～6），得到一种镍氢电池负极极片。 
所述的一种镍氢电池负极极片，就是按照上述方法制造成。 
以此氢负极极片制造的镍氢实验电池在5C倍率条件下充放电循环使用寿命（放电容量不小于设计容量70％的充放电循环次数）为601次。 
实施例3: 
一种镍氢电池负极极片的制造方法，其步骤是: 
第一步，负极活性物质涂层为质量比依次为3:0.75:0.75混合的纳米金属氢合金（粒径约为5～100nm）、碳纳米管、纳米石墨（粒径约为5～35nm）活性物质混合物以及占纳米金属氢合金、碳纳米管、纳米石墨混合物质量比2%的PTFE以及占纳米金属氢合金、碳纳米管、纳米石墨混合物质量比25%的蒸馏水制作成浆料； 
第二步，将第一步制造的浆料，经上浆工序涂覆于负极集流体（2）上，再经烘干(温度控制65～85℃)、对滚机压制，使得活性物质浆料在集流体上形成极活性物质涂层（1），经过分切等工序，再在集流体预留空白处（2b）经超声波或激光焊接1～5负极极耳（详见附图2～6），得到一种镍氢电池负极极片。 
所述的一种镍氢电池负极极片，就是按照上述方法制造成。 
以此氢负极极片制造的镍氢实验电池在5C倍率条件下充放电循环使用寿命（放电容量不小于设计容量70％的充放电循环次数）为627次。 
实施例4: 
一种镍氢电池负极极片的制造方法，其步骤是: 
第一步，负极活性物质涂层为质量比依次为3:0.6:0.6混合的纳米金属氢合金（粒径约为5～100nm）、碳纳米管、纳米石墨（粒径约为5～35nm）活性物质混合物以及占纳米金属氢合金、碳纳米管、纳米石墨混合物质量比2.5%的PTFE以及占纳米金属氢合金、碳纳米管、纳米石墨混合物质量比30%的蒸馏水制作成浆料； 
第二步，将第一步制造的浆料，经上浆工序涂覆于负极集流体（2）上，再经烘干(温度控制65～85℃)、对滚机压制，使得活性物质浆料在集流体上形成极活性物质涂层（1），经过分切等工序，再在集流体预留空白处（2b）经超声波或激光焊接1～5个负极极耳（详见附图2～6），得到一种镍氢电池负极极片。 
所述的一种镍氢电池负极极片，就是按照上述方法制造成。 
以此氢负极极片制造的镍氢实验电池在5C倍率条件下充放电循环使用寿命（放电容量不小于设计容量70％的充放电循环次数）为673次。 
实施例5: 
一种镍氢电池负极极片的制造方法，其步骤是: 
第一步，负极活性物质涂层为质量比依次为3:0.5:0.5混合的纳米金属氢合金（粒径约为5～100nm）、碳纳米管、纳米石墨（粒径约为5～35nm）活性物质混合物以及占纳米金属氢合金、碳纳米管、纳米石墨混合物质量比3%的PTFE以及占纳米金属氢合金、碳纳米管、纳米石墨混合物质量比30%的蒸馏水制作成浆料； 
第二步，将第一步制造的浆料，经上浆工序涂覆于负极集流体（2）上，再经烘干(温度控制65～85℃)、对滚机压制，使得活性物质浆料在集流体上形成极活性物质涂层（1），经过分切等工序，再在集流体预留空白处（2b）经超声波或激光焊接1～5个负极极耳（详见附图2～6），得到一种镍氢电池负极极片。 
所述的一种镍氢电池负极极片，就是按照上述方法制造成。 
以此氢负极极片制造的镍氢实验电池在5C倍率条件下充放电循环使用寿命（放电容量不小于设计容量70％的充放电循环次数）为702次（详见附图7～8）。 

Claims (1)

1.一种镍氢电池负极极片的制造方法，其步骤是：
第一步，负极活性物质涂层为活性物质混合物、浓度为60wt%的聚四氟乙烯乳液以及占活性物质混合物质量比15～30%的蒸馏水制作成浆料；
所述活性物质混合物为质量比依次为3:1:1～3:0.5:0.5混合的纳米金属氢合金、碳纳米管、纳米石墨；
所述纳米金属氢合金粒径为5～100nm；
所述纳米石墨粒径为5～35nm；
所述聚四氟乙烯乳液以聚四氟乙烯质量计算，占所述活性物质混合物质量比1.5～3%；
第二步，采用厚度为10～50μm的表面有之字形或者三角形或者楔形的凹槽的、多孔的镍铝合金箔制成镍箔负极集流体，将第一步制造的浆料，经上浆工序涂覆于负极集流体上，再经烘干：温度控制65～85℃，对滚机压制，使得活性物质浆料在集流体上形成极活性物质涂层，经过分切工序，再在集流体预留空白处经超声波或激光焊接1～5个负极极耳，得到一种镍氢电池负极极片。
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