CN103151500A - 一种镍镉电池镉负极的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种镍镉电池镉负极极片的制造方法，A、按7.5：0.5~1：2~6的质量比将超细氧化镉、纳米石墨导电剂以及碳纳米管进行混合，获得活性物质混合物，选取占活性物质混合物质量的2～6%的负极混合粘结剂，选取占活性物质混合物质量的1～2%的负极增稠剂，选取占活性物质混合物质量的25～45%的蒸馏水；将上述材料混合均匀得到混合后的浆料；B、将浆料，经上浆工序涂覆于负极集流体上，再经烘干，并经过分切工序，焊接负极极耳。本发明在不改变现有镍镉电池生产基本工序及生产设备变不变的情况下，能够生产出性能稳定，循环容量高，使用寿命和储存寿命长，大电流放电效果好，安全性能高的镍镉电池。

Description

一种镍镉电池镉负极的制造方法

技术领域

本发明涉及化学电源技术领域，具体涉及一种镍镉电池镉负极的制造方法。该技术所制造的镍镉电池镉负极可用于制造各种型号的镍镉电池，特别适用于制造用于各种场合的多电池组合的电池组用的大电流镍镉动力电池。

背景技术

目前，现有电池工业所制造镍镉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。负极活性物质一般为氧化镉、氢氧氧化镉及镍粉及粘结剂组成。这种构造的负极极片所制造的镍镉电池存在显著的不足：

第一，由于使用的是普通氧化镉负极活性物质或者氧化镉及氢氧化镉混合物负极活性物质，制造的负极电极极片非常单薄，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，现有技术制造的镍镉电池负极极片，比容量较大而且大大超过正极极片比容量，因此，在外形尺寸特别是厚度不匹配的情况下，负极活性物质浪费严重，无形提高了电池的制造成本，造成材料浪费。

第三，由于负极活性物质在充电状态转化为金属镉，在反复的充放电过程中，金属镉在充电时形成镉结晶过程中很容易形成枝晶，容易刺穿电池隔膜，形成电池短路，从而使电池无法工作而报废。

第四，镉负极还有较为严重的“记忆效应”，自放电也十分严重，严重影响镍镉电池的容量和循环使用寿命。

第五，镍镉电池负极在较严重的枝晶生成的情况下，电池也可能因为内部短路而存在爆炸的可能，存在一定的安全隐患。 

发明内容

本发明的目的是在于针对现有技术存在的上述问题，提供了一种镍镉电池镉负极的制造方法，在不改变现有镍镉电池生产基本工序及生产设备变不变的情况下，能够生产出性能稳定，循环容量高，使用寿命和储存寿命长，大电流放电效果好，安全性能高的镍镉电池。本发明技术可用于制造各种型号的镍镉电池，尤其适合制造各种型号的镍镉动力电池。本发明技术制造的一种镍镉电池负极极片所生产的镍镉电池，在各种正常使用条件下，电池不会出现断路或者短路，能正常工作，不存在明显的枝晶或者自放电现象、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。

一种镍镉电池镉负极的制造方法，包括以下步骤：

步骤1、按7.5：（0.5~1）：（2~6）的质量比将超细氧化镉、纳米石墨导电剂以及碳纳米管进行混合，获得活性物质混合物，

选取占活性物质混合物质量的2～6%的负极混合粘结剂，负极混合粘结剂为等质量比混合的聚四氟乙烯和聚偏氟乙烯，

选取占活性物质混合物质量的1～2%的负极增稠剂，负极增稠剂为羧甲基纤维素钠；

选取占活性物质混合物质量的25～45%的蒸馏水；

将活性物质混合物、负极混合粘结剂、负极增稠剂、蒸馏水混合均匀，得到混合后的浆料，

步骤2、将步骤1中制造的浆料，经上浆工序涂覆于负极集流体上，再经烘干，温度控制65～85℃，经对滚机压制，使得浆料在负极集流体上形成极活性物质涂层，经过分切工序，再在负极集流体的预留空白处经超声波或激光焊接负极极耳。

如上所述的超细氧化镉的粒径为0.1～5μm，纳米石墨导电剂的粒径为20~100nm，碳纳米管为外径10～30nm且长度为10～30μm的多壁碳纳米管。

如上所述的负极集流体的厚度为10～50μm且其上有孔径为0.5~25μm的微孔，所述的负极极耳的厚度为15~100μm，个数为1~5个。

如上所述步骤2中的浆料涂覆在负极集流体的单面或者双面。

用本发明技术生产的一种镍镉电池负极极片所制造的镍镉电池和镍镉动力电池，由于使用了多孔的不锈钢箔负极集流体负极，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；由于负极活性物质涂层为质量比为7.5：0.5~1：2~6混合的超细氧化镉、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镉离子或氢氧根离子的性能，在充放电过程中碳纳米管及纳米石墨形成良好的镉离子及氢氧根离子通道，也使得电极在充电过程中金属镉的结晶场合，在增强镉负极导电性能的同时，金属镉难以形成枝晶，使得镉负极的自放电和记忆效应现象得到显著抑制，在不影响镉负极电极的导电性能的同时，使得镉负极电极的容量、循环使用寿命和贮存寿命显著延长，在0.5C及0.5C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75％的充放电循环次数）超过800次，最超过1000次（如图7~8所示）。

本发明特别适用于制造镍镉动力电池，也适用于各种类型、各种型号的圆柱形镍镉电池。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

第一，用本发明技术生产的一种镍镉电池负极极片所制造的镍镉电池和镍镉动力电池，由于使用了多孔的不锈钢箔负极集流体负极，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；

第二，由于负极活性物质涂层为超细氧化镉、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镉离子或氢氧根离子的性能，在充放电过程中碳纳米管及纳米石墨形成良好的镉离子及氢氧根离子通道，也使得电极在充电过程中金属镉的结晶场合，在增强镉负极导电性能的同时，金属镉难以形成枝晶，并使得镉负极的自放电和记忆效应现象得到显著抑制，在不影响镉负极电极的导电性能的同时，使得镉负极电极的容量、循环使用寿命和贮存寿命显著延长，在0.5C及0.5C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75％的充放电循环次数）超过800次，最超过1000次。

附图说明

图1为本发明单极耳双面涂层镉负极极片剖面示意图；

图2为本发明单极耳单面涂层镉负极极片立体示意图；

图3为本发明双极耳单面涂层镉负极极片剖面示意图；

图4为本发明三极耳双面涂层镉负极极片立体示意图；

图5为本发明四极耳单面涂层镉负极极片剖面示意图；

图6为本发明五极耳双面涂层镉负极极片立体示意图；

图7为本发明充放电曲线图；

图8为本发明充放电循环图；

其中：1-负极活性物质涂层、2-负极集流体、2a-预留空白处、3-负极极耳。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的技术方案作进一步详细描述。

实施例1  

第一步，负极活性物质涂层1为质量比依次为7.5:0.5:2混合的超细氧化镉（CdO）、纳米石墨以及碳纳米管组成的活性物质混合物；

以及占活性物质混合物质量的2%的等质量比混合的聚四氟乙烯(PTFE)和聚偏氟乙烯（PVDF）的混合粘结剂，作为负极混合粘结剂（聚四氟乙烯为聚四氟乙烯固体含量为60%的聚四氟乙烯乳液，聚偏氟乙烯为聚偏氟乙烯固体含量为60%的聚偏氟乙烯乳液）；

以及占活性物质混合物的质量比1%的羧甲基纤维素钠（CMC），作为负极增稠剂；

以及占活性物质混合物的质量比25%的蒸馏水；

将活性物质混合物、负极混合粘结剂、负极增稠剂和蒸馏水进行混合，得到浆料；

第二步，将第一步制造的浆料，经上浆工序涂覆于多孔不锈钢负极集流体2上，再经烘干(温度控制65℃)、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，如图1～图6。

用此镉负极极片所组装成镍镉实验电池，在0.5C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75％时的充放电循环次数）为837次（如图7~8所示）。

实施例2

第一步，负极活性物质涂层1为质量比依次为7.5:0.6:3混合的超细氧化镉（CdO）、纳米石墨以及碳纳米管组成的活性物质混合物；

以及占活性物质混合物质量的3%的等质量比混合的聚四氟乙烯(PTFE)和聚偏氟乙烯（PVDF）的混合粘结剂，作为负极混合粘结剂（聚四氟乙烯为聚四氟乙烯固体含量为60%的聚四氟乙烯乳液，聚偏氟乙烯为聚偏氟乙烯固体含量为60%的聚偏氟乙烯乳液）；

以及占活性物质混合物的质量比1.5%的羧甲基纤维素钠（CMC），作为负极增稠剂；

以及占活性物质混合物的质量比30%的蒸馏水；

将活性物质混合物、负极混合粘结剂、负极增稠剂和蒸馏水进行混合，得到浆料；

第二步，将第一步制造的浆料，经上浆工序涂覆于多孔不锈钢负极集流体2上，再经烘干(温度控制70℃)、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，如图1～图6。

用此镉负极极片所组装成镍镉实验电池，在5C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75％时的充放电循环次数）为809次（如图7~8所示）。

实施例3

第一步，负极活性物质涂层1为质量比依次为7.5:0.7:4混合的超细氧化镉（CdO）、纳米石墨以及碳纳米管组成的活性物质混合物；

以及占活性物质混合物质量的3.5%的等质量比混合的聚四氟乙烯(PTFE)和聚偏氟乙烯（PVDF）的混合粘结剂，作为负极混合粘结剂（聚四氟乙烯为聚四氟乙烯固体含量为60%的聚四氟乙烯乳液，聚偏氟乙烯为聚偏氟乙烯固体含量为60%的聚偏氟乙烯乳液）；

以及占活性物质混合物的质量比1.8%的羧甲基纤维素钠（CMC），作为负极增稠剂；

以及占活性物质混合物的质量比40%的蒸馏水；

将活性物质混合物、负极混合粘结剂、负极增稠剂和蒸馏水进行混合，得到浆料；

第二步，将第一步制造的浆料，经上浆工序涂覆于多孔不锈钢负极集流体2上，再经烘干(温度控制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，如图1～图6。

用此镉负极极片所组装成镍镉实验电池，在1C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75％时的充放电循环次数）为1001次（如图7~8所示）。

实施例4

第一步，负极活性物质涂层1为质量比依次为7.5:0.85:5混合的超细氧化镉（CdO）、纳米石墨以及碳纳米管组成的活性物质混合物；

以及占活性物质混合物质量的5%的等质量比混合的聚四氟乙烯(PTFE)和聚偏氟乙烯（PVDF）的混合粘结剂，作为负极混合粘结剂（聚四氟乙烯为聚四氟乙烯固体含量为60%的聚四氟乙烯乳液，聚偏氟乙烯为聚偏氟乙烯固体含量为60%的聚偏氟乙烯乳液）；

以及占活性物质混合物的质量比1.85%的羧甲基纤维素钠（CMC），作为负极增稠剂；

以及占活性物质混合物的质量比35%的蒸馏水；

将活性物质混合物、负极混合粘结剂、负极增稠剂和蒸馏水进行混合，得到浆料；

第二步，将第一步制造的浆料，经上浆工序涂覆于多孔不锈钢负极集流体2上，再经烘干(温度控制80℃)、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，如图1～图6。

用此镉负极极片所组装成镍镉实验电池，在2C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75％时的充放电循环次数）为813次（如图7~8所示）。

实施例5

第一步，负极活性物质涂层1为质量比依次为7.5:1:6混合的超细氧化镉（CdO）、纳米石墨以及碳纳米管组成的活性物质混合物；

以及占活性物质混合物质量的6%的等质量比混合的聚四氟乙烯(PTFE)和聚偏氟乙烯（PVDF）的混合粘结剂，作为负极混合粘结剂（聚四氟乙烯为聚四氟乙烯固体含量为60%的聚四氟乙烯乳液，聚偏氟乙烯为聚偏氟乙烯固体含量为60%的聚偏氟乙烯乳液）；

以及占活性物质混合物的质量比2%的羧甲基纤维素钠（CMC），作为负极增稠剂；

以及占活性物质混合物的质量比45%的蒸馏水；

将活性物质混合物、负极混合粘结剂、负极增稠剂和蒸馏水进行混合，得到浆料；

第二步，将第一步制造的浆料，经上浆工序涂覆于多孔不锈钢负极集流体2上，再经烘干(温度控制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，如图1～图6。

用此镉负极极片所组装成镍镉实验电池，在1C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75％时的充放电循环次数）为952次（如图7~8所示）。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (4)

1.一种镍镉电池镉负极的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、按7.5：0.5~1：2~6的质量比将超细氧化镉、纳米石墨导电剂以及碳纳米管进行混合，获得活性物质混合物，

选取占活性物质混合物质量的2～6%的负极混合粘结剂，负极混合粘结剂为等质量比混合的聚四氟乙烯和聚偏氟乙烯，

选取占活性物质混合物质量的1～2%的负极增稠剂，负极增稠剂为羧甲基纤维素钠；

选取占活性物质混合物质量的25～45%的蒸馏水；

将活性物质混合物、负极混合粘结剂、负极增稠剂、蒸馏水混合均匀，得到混合后的浆料，

步骤2、将步骤1中制造的浆料，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℃，经对滚机压制，使得浆料在负极集流体（2）上形成极活性物质涂层，经过分切工序，再在负极集流体（2）的预留空白处经超声波或激光焊接负极极耳（3）。

2.根据权利要求1所述的一种镍镉电池镉负极的制造方法，其特征在于：所述的超细氧化镉的粒径为0.1～5μm，纳米石墨导电剂的粒径为20~100nm，碳纳米管为外径10～30nm且长度为10～30μm的多壁碳纳米管。

3.根据权利要求1所述的一种镍镉电池镉负极的制造方法，其特征在于：所述的负极集流体（2）的厚度为10～50μm且其上有孔径为0.5~25μm的微孔，所述的负极极耳（3）的厚度为15~100μm，个数为1~5个。

4.根据权利要求1所述的一种镍镉电池镉负极的制造方法，其特征在于：所述步骤2中的浆料涂覆在负极集流体（2）的单面或者双面。

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