CN102891287A

CN102891287A - 一种大电流镍氢电池正极片及其制造方法

Info

Publication number: CN102891287A
Application number: CN2011102027128A
Authority: CN
Inventors: 沈萌; 夏攀; 程凡; 龚春丽; 丁瑜; 周环波; 詹炳然; 詹金俊; 罗社科
Original assignee: XIAOGAN COLLEGE; Guangzhou Wintonic Battery & Magnet Co Ltd
Current assignee: XIAOGAN COLLEGE; Guangzhou Wintonic Battery & Magnet Co Ltd
Priority date: 2011-07-19
Filing date: 2011-07-19
Publication date: 2013-01-23

Abstract

本发明公开了一种大电流镍氢电池正极片的制造方法，其步骤：A、将正极活性物质、纳米乙炔黑粉末、碳纳米管和纳米氧化钴粉末添加剂为混合物，球磨机中球磨混合，过筛；B、将过筛后的正极混合物粉末转入搅拌机中，向混合物中加入占混合物，制成正极活性物质浆料；C、将制备的正极活性物质浆料经间歇涂布工序，单面或者双面涂覆于带微孔的正极集流体上，干燥；D、经对滚机压制成厚度的初级正极极片；E、将初级正极极片裁剪；F、裁剪好的极片的预留空白处，用激光焊接；G、在极耳焊接部位两面都粘贴绝缘胶带。方法易行，操作简便，有效地提高大电流镍氢电池的放电容量、提高了镍氢电池的大电流放电效果，有效地延长了镍氢电池使用寿命。

Description

一种大电流镍氢电池正极片及其制造方法

技术领域

本发明涉及化学电源即电池制造技术领域，具体涉及一种大电流镍氢电池正极极片的制造方法，适用于制造各种型号的一次、二次大电流镍氢电池。

背景技术

目前电池工业生产的各种型号的碱性镍氢、碱性镍镉电池正极极片，采用的正极集流体绝大多是泡沫镍，所用的正极活性物质也都是由β-型晶体结构、球形的氢氧化镍（通常简称为“球镍”）、石墨导电剂、羧甲基碳酸钠（CMC）增稠剂以及其他添加剂混合制作成浆料，浆料经上浆工艺涂敷到泡沫镍集流体上，再点焊上极耳制得镍氢电池正极片。由于使用的正极集流体是泡沫镍，正极生产过程中切片、分片及卷绕等生产工序极易产生“毛刺”，即暴露于极片边缘未被活性物质包住的金属镍丝。毛刺的存在会使得电池内部容易产生微小短路甚至刺穿隔膜而产生短路，从而引起电池微短路、自放电、容量降低和循环寿命缩短、甚至电池严重短路而报废。此外，由于正极活性物质都是粒径为微米级（粒径约为5～30μm）的球形氢氧化镍，其浆料不能采用锂离子电池正极制造所用的、所谓“涂布”工艺来制造正极，正电极容量及电池容量受到限制，同时，以球形氢氧化镍为正极活性物质生产的电池存在比容量低、大电流放电效果差和循环寿命短等缺点，很难满足大功率电动工具、电动汽车动力等对动力电池大电流、快速充放电的要求。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述主要问题，本发明的目的是在于提供了一种大电流镍氢电池正极极片的制造方法，方法易行，操作简便，所制备的正极极片的镍氢电池容量高、高倍率，即大电流快速充放电的效果好，能够比较有效地提高大电流镍氢电池的放电容量、提高了镍氢电池的大电流放电效果，并有效地延长了镍氢电池使用寿命。

为了实现上述的目的，本发明采用以下技术方案：

一种大电流镍氢电池正极极片的制造方法，其步骤是：

A、将正极活性物质、纳米乙炔黑粉末或纳米活性炭粉末导电剂、等质量混合的碳纳米管和纳米氧化钴粉末添加剂按照质量比分别为100:40～30:10～3:5～1的混合物，于球磨机中球磨0.5～3小时，混合均匀，用400目筛子过筛，所述的正极活性物质为含摩尔比为Ni²⁺百分之10%的Al³⁺掺杂改性纳米α-氢氧化镍颗粒；

所述的导电剂为乙炔黑粉末或纳米活性炭粉末。

B、将步骤A过筛后的正极混合物粉末转入搅拌机中，向混合物中分别依次加入占混合物总质量30～45%的二次蒸馏水或去离子水、占混合物总质量1～3%的聚四氟乙烯（PTFE）或聚偏氟乙烯（PVDF）乳液（PTFE或 PVDF固体含量60%）粘接剂以及占混合物总质量5～10%的羧甲基碳酸钠（CMC）增稠剂，在搅拌、混合，制成正极活性物质浆料；所述的粘接剂为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯；所述的增稠剂为羧甲基碳酸钠。

C、将步骤B制备的正极活性物质浆料经间歇涂布工序，单面或者双面涂覆于带微孔的正极集流体上，在80～95℃条件下干燥5～15分钟，使正极活性物质粘接于正极集流体之上形成正极活性物质涂层；

D、经对滚机压制成厚度为0.1～1.00mm的初级正极极片；

E、将初级正极极片裁剪成为25.0～150×200～1200mm大小；

F、在步骤E裁剪好的极片的预留空白处，用激光焊接或者超声波焊接长度为25.0～350.0mm的极耳1～5个；

G、在极耳焊接部位两面都粘贴厚度为0.01mm的绝缘胶带。

一种大电流镍氢电池正极极片，主要由正极活性物质涂层、带圆形微孔的集流体和极耳等三个部分构成。正极活性物质涂层涂覆在集流体上，集流体上带有圆形微孔，极耳（单极耳或多极耳，根据极片的大小或者容量的大小选择1～5个极耳）通过点焊工艺点焊于集流体的预留空白处。

所述的集流体由厚度0.05～0.1mm的带半径为1～10μm的圆形微孔的铝箔、镍箔或镀镍不锈钢箔制作而成。

所述的正极极耳厚度为0.05～0.5mm的镍带或者镍铝合金带制成。

采用本发明的技术方案，可以取得如下明显的有益效果：

采用本发明的大电流镍氢电池专用氢氧化镍正极极片所生产的电池，由于采用了新型的带圆形微孔的铝箔、镍箔或镀镍不锈钢箔，不会产生“毛刺”，消除了微短路、刺穿隔膜短路的现象，能有效地提高正极活性物质的附料量，并能增强活性物质的附着力，不仅有效提高了所制造的镍氢电池的放电比容量及容量，而且大大提高了电池的循环使用寿命。同时使用了新的放电比容量较高、导电性能良好的纳米氢氧化镍作为正极活性物质，从而较有效地提高镍氢电池的放电比容量和大电流放电效果，在10～60C充放电条件下，镍电极最高放电比容量均超过300mAh/g，且放电平台具有较高的放电电压；同时，由于正极活性物质中添加了相对较高比例的乙炔黑或者活性炭导电剂，从而提高了镍氢电池的大电流放电效果，由于同时使用了高比容量、高导电性能的以及采用了涂布技术制造工艺制作的镍氢电池正极片，使得所制造的镍氢电池的循环使用寿命短得以显著延长，将制造的电极片组装成大电流镍氢电池，在放电截止电压为1.0V、10～60C高倍率充放电条件下，电池的循环寿命（放电容量小于设计容量65％时的充放电循环次数，以下在同样条件下测定）均超过600次。

本发明适用于各种类型、各种型号的圆柱形电池。

附图说明

图1为一种大电流镍氢电池5极耳双面涂层正极片的立体示意图；

图2为一种大电流镍氢电池4极耳双面涂层正极片的透视图；

图3为一种大电流镍氢电池3极耳双面涂层正极片的透视图；

图4为一种大电流镍氢电池2极耳单面涂层正极片的侧视图；

图5为一种大电流镍氢电池1极耳单面涂层正极片的侧视图；

其中：1-正极活性物质涂层；2-集流体；3-极耳；4-预留空白；5-圆形微孔；6-点焊点。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例，对本发明作进一步的详细描述。

实施例1：

一种大电流镍氢电池正极极片的制造方法，其步骤是：

A、将正极活性物质、纳米乙炔黑粉末导电剂、等质量混合的碳纳米管和纳米氧化钴粉末添加剂按照质量比分别为100:40:10:5的混合物，于球磨机中球磨3小时，混合均匀，用400目筛子过筛，所述的正极活性物质为含摩尔比为Ni²⁺百分之10%的Al³⁺掺杂改性纳米α-氢氧化镍颗粒；

B、将步骤A过筛后的正极混合物粉末转入搅拌机中，向混合物中分别依次加入占混合物总质量45%的二次蒸馏水或去离子水、占混合物总质量3%的PTFE乳液粘接剂以及占混合物总质量10%的CMC增稠剂，在搅拌、混合，制成正极活性物质浆料；

C、将步骤B制备的正极活性物质浆料经间歇涂布工序，单面或者双面涂覆于带微孔的正极集流体2上，在95℃条件下干燥15分钟，使正极活性物质粘接于正极集流体之上形成正极活性物质涂层1；

D、经对滚机压制成厚度为1.00mm的初级正极极片；

E、将初级正极极片裁剪成为150×1200mm大小；

F、在步骤E裁剪好的极片的预留空白处，用激光焊接或者超声波焊接长度为350.0mm的镍极耳3五个；

G、在极耳焊接部位两面都粘贴厚度为0.01mm的绝缘胶带。

即制得大电流镍氢电池正极极片。将所制造的正极片组装成镍氢电池，在放电截止电压为1.0V、60C倍率充放电条件下，电池的充放电循环寿命（放电容量小于设计容量65％时的充放电循环次数，以下同）为603次。

实施例2：

一种大电流镍氢电池正极极片的制造方法，其步骤是：

A、将纳米氢氧化镍正极活性物质、纳米活性炭粉末导电剂、等质量混合的碳纳米管和纳米氧化钴粉末添加剂按照质量比分别为100:38:8:4的混合物，于球磨机中球磨2.5小时，混合均匀，用400目筛子过筛，所述的正极活性物质为含摩尔比为Ni²⁺百分之10%的Al³⁺掺杂改性纳米α-氢氧化镍颗粒；

B、将步骤A过筛后的正极混合物粉末转入搅拌机中，向混合物中分别依次加入占混合物总质量40%的二次蒸馏水或去离子水、占混合物总质量2.5%的PTFE乳液粘接剂以及占混合物总质量9%的CMC增稠剂，在搅拌、混合，制成正极活性物质浆料；

C、将步骤B制备的正极活性物质浆料经间歇涂布工序，双面面涂覆于带微孔的镍箔正极集流体2上，在90℃条件下干燥12分钟，使正极活性物质粘接于正极集流体之上形成正极活性物质涂层（1）；

D、经对滚机压制成厚度为0.80mm的初级正极极片；

E、将初级正极极片裁剪成为130×1000mm大小；

F、在步骤E裁剪好的极片的预留空白处，用激光焊接或者超声波焊接长度为250.0mm的镍极耳3四个；

G、在极耳焊接部位两面都粘贴厚度为0.01mm的绝缘胶带。

即制得大电流镍氢电池正极极片。将所制造的正极片组装成镍氢电池，在放电截止电压为1.0V、50C倍率充放电条件下，电池的充放电循环寿命为648次。

实施例3：

一种大电流镍氢电池正极极片的制造方法，其步骤是：

A、将正极活性物质、纳米乙炔黑粉末导电剂、等质量混合的碳纳米管和纳米氧化钴粉末添加剂按照质量比分别为100:35:7:4的混合物，于球磨机中球磨1.5小时，混合均匀，用400目筛子过筛，所述的正极活性物质包括含摩尔比为Ni²⁺百分之10%的Al³⁺掺杂改性纳米α-氢氧化镍颗粒；

B、将步骤A过筛后的正极混合物粉末转入搅拌机中，向混合物中分别依次加入占混合物总质量38%的二次蒸馏水或去离子水、占混合物总质量2%的PTFE乳液粘接剂以及占混合物总质量6%的CMC增稠剂，在搅拌、混合，制成正极活性物质浆料；

C、将步骤B制备的正极活性物质浆料经间歇涂布工序，双面涂覆于带微孔的镍正极集流体2上，在90℃条件下干燥10分钟，使正极活性物质粘接于正极集流体之上形成正极活性物质涂层1；

D、经对滚机压制成厚度为0.75mm的初级正极极片；

E、将初级正极极片裁剪成为100×800mm大小；

F、在步骤E裁剪好的极片的预留空白处，用激光焊接长度为220.0mm的镍极耳3三个；

G、在极耳焊接部位两面都粘贴厚度为0.01mm的绝缘胶带。

即制得大电流镍氢电池正极极片。将所制造的正极片组装成镍氢电池，在放电截止电压为1.0V、40C倍率充放电条件下，电池的充放电循环寿命为681次。

实施例4：

一种大电流镍氢电池正极极片的制造方法，其步骤是：

A、将正极活性物质、纳米乙炔黑粉末、等质量混合的碳纳米管和纳米氧化钴粉末添加剂按照质量比分别为100:32:6:3.5的混合物，于球磨机中球磨1.2小时，混合均匀，用400目筛子过筛，所述的正极活性物质为含摩尔比为Ni²⁺百分之10%的Al³⁺掺杂改性纳米α-氢氧化镍颗粒；

B、将步骤A过筛后的正极混合物粉末转入搅拌机中，向混合物中分别依次加入占混合物总质量35%的二次蒸馏水或去离子水、占混合物总质量2%的PTFE乳液粘接剂以及占混合物总质量6%的CMC增稠剂，在搅拌、混合，制成正极活性物质浆料；

C、将步骤B制备的正极活性物质浆料经间歇涂布工序，双面涂覆于带微孔的镍箔正极集流体2上，在85℃条件下干燥10分钟，使正极活性物质粘接于正极集流体之上形成正极活性物质涂层1；

D、经对滚机压制成厚度为0.60mm的初级正极极片；

E、将初级正极极片裁剪成为80×500mm大小；

F、在步骤E裁剪好的极片的预留空白处，用激光焊接长度为120mm的镍极耳3四个；

G、在极耳焊接部位两面都粘贴厚度为0.01mm的绝缘胶带。

即制得大电流镍氢电池正极极片。将所制造的正极片组装成镍氢电池，在放电截止电压为1.0V、30C倍率充放电条件下，电池的充放电循环寿命为为683次。

实施例5：

一种大电流镍氢电池正极极片的制造方法，其步骤是：

A、将正极活性物质、纳米乙炔黑粉末导电剂、等质量混合的碳纳米管和纳米氧化钴粉末添加剂按照质量比分别为100:30:3:1.5的混合物，于球磨机中球磨1小时，混合均匀，用400目筛子过筛，所述的正极活性物质为含摩尔比为Ni²⁺百分之10%的Al³⁺掺杂改性纳米α-氢氧化镍颗粒；

B、将步骤A过筛后的正极混合物粉末转入搅拌机中，向混合物中分别依次加入占混合物总质量32%的二次蒸馏水、占混合物总质量1.5%的PTFE乳液粘接剂以及占混合物总质量5.5%的CMC增稠剂，在搅拌、混合，制成正极活性物质浆料；

C、将步骤B制备的正极活性物质浆料经间歇涂布工序，单面涂覆于带微孔的镍箔正极集流体2上，在85℃条件下干燥8分钟，使正极活性物质粘接于正极集流体之上形成正极活性物质涂层1；

D、经对滚机压制成厚度为0.55mm的初级正极极片；

E、将初级正极极片裁剪成为60×300mm大小；

F、在步骤（E）裁剪好的极片的预留空白处，用激光焊接接长度为85.0mm的镍铝合金极耳3二个；

G、在极耳焊接部位两面都粘贴厚度为0.01mm的绝缘胶带。

即制得大电流镍氢电池正极极片。将所制造的正极片组装成镍氢电池，在放电截止电压为1.0V、20C倍率充放电条件下，电池的充放电循环寿命为为667次。

实施例6：

一种大电流镍氢电池正极极片的制造方法，其步骤是：

A、将正极活性物质、纳米乙炔黑粉末导电剂、等质量混合的碳纳米管和纳米氧化钴粉末添加剂按照质量比分别为100:30:3:1的混合物，于球磨机中球磨0.5小时，混合均匀，用400目筛子过筛，所述的正极活性物质为含摩尔比为Ni²⁺百分之10%的Al³⁺掺杂改性纳米α-氢氧化镍颗粒；

B、将步骤A过筛后的正极混合物粉末转入搅拌机中，向混合物中分别依次加入占混合物总质量30%的去离子水、占混合物总质量1%的PVDF乳液粘接剂以及占混合物总质量5%的CMC增稠剂，在搅拌、混合，制成正极活性物质浆料；

C、将步骤B制备的正极活性物质浆料经间歇涂布工序，单面涂覆于带微孔的镍铝合金箔正极集流体2上，在80℃条件下干燥5分钟，使正极活性物质粘接于正极集流体之上形成正极活性物质涂层1；

D、经对滚机压制成厚度为0.1mm的初级正极极片；

E、将初级正极极片裁剪成为25.0×200mm大小；

F、在步骤E裁剪好的极片的预留空白处，用超声波焊接长度为25.0mm的铝镍合金极耳3一个（图5）；

G、在极耳焊接部位两面都粘贴厚度为0.01mm的绝缘胶带。

即制得大电流镍氢电池正极极片。将所制造的正极片组装成镍氢电池，在放电截止电压为1.0V、10C倍率充放电条件下，电池的充放电循环寿命为为628次。

然而，以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此局限本发明的范围，所有运用本发明说明书内容所进行的等效变化，均同样包含在本发明的范围内。

Claims

1.一种大电流镍氢电池正极片的制造方法，其步骤是：

A、将正极活性物质、纳米乙炔黑粉末或纳米活性炭粉末导电剂、等质量混合的碳纳米管和纳米氧化钴粉末添加剂按照质量比分别为100:40～30:10～3:5～1的混合物，于球磨机中球磨0.5～3小时，混合均匀，用400目筛子过筛；

所述的正极活性物质为含摩尔比为Ni²⁺百分之10%的Al³⁺掺杂改性纳米α-氢氧化镍颗粒；

B、将步骤（A）过筛后的正极混合物粉末转入搅拌机中，向混合物中分别依次加入占混合物总质量30～45%的二次蒸馏水或去离子水、占混合物总质量1～3%的聚四氟乙烯或聚偏氟乙烯乳液粘接剂以及占混合物总质量5～10%的CMC增稠剂，在搅拌、混合，制成正极活性物质浆料；

C、将步骤（B）制备的正极活性物质浆料经间歇涂布工序，单面或者双面涂覆于带微孔的正极集流体（2）上，在80～95℃条件下干燥5～15分钟，使正极活性物质粘接于正极集流体之上形成正极活性物质涂层（1）；

D、经对滚机压制成厚度为0.1～1.00mm的初级正极极片；

E、将初级正极极片裁剪成为25.0～150×200～1200mm大小；

F、在步骤（E）裁剪好的极片的预留空白处，用激光焊接或者超声波焊接长度为25.0～450.0mm的极耳（3）1～5个；

G、在极耳焊接部位两面都粘贴厚度为0.01mm的绝缘胶带。

2.根据权利要求1所述的一种大电流镍氢电池正极极片的制造方法，其特征在于：所述的正极集流体（2）厚度为0.05～0.1mm、带直径为1～10μm微孔的镍箔或铝箔或镀镍不锈钢箔制而成。

3.根据权利要求1所述的一种大电流镍氢电池正极极片的制造方法，其特征在于：所述的正极极耳（3）厚度为0.05～0.5mm的镍带或者镍铝合金带制成。