CN1032038C - 镉镍电池及其制造工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及镉镍电池及其制造方法。本发明的镉镍电池的正、负极板均为发泡式金属板。其制造方法包括下列步骤：制备发泡金属基板；分别向基板充填正、负活性物质以形成正、负极板；在正极板上焊极耳；在正、负极板间插入绝缘隔膜并将其卷成电芯；将电芯插入电池外壳；对此开口电池化成处理；封装。本发明的镉镍电池成本低、功率大、充电快、比能量大，且制造工艺简单易行。

Description

镉镍电池及其制造工艺

本发明涉及镉镍电池及其制造方法，具体地说，涉及发泡式镉镍电池及其制造方法。

目前市场上的镉镍电池主要是有极板盒式(袋式)电池和烧结式(压成烧结式和箔式)电池。用有极板盒式结构电极组装成的镉镍电池属于最古老的一种充电电池结构。这种电池虽然工艺简单、成本低、寿命长，但其比能量(单位重量的电池可供能量)低，高倍率放电性能较差，因而不能满足使用要求。

烧结式镉镍电池包括正、负极板、隔膜、密封圈、防爆球、绝缘管、连接正极板的极耳以及电池外壳。其极板由具有大量冲孔的镀镍钢带或镍带以及烧结形成的微孔镍构成，这种二维结构的基板使活性物质分散在微孔中，增加了活性物质的反应表面，使其在充、放电过程中能得到较充分的利用。因此，这种镉镍电池的比能量较袋式结构的镉镍电池高50％左右，能以超高倍率的速度放电。其生产工艺流程如图5所示，其中烧结镍基板的制造步骤有：制备导电骨架(穿孔镍带或镀镍钢带)；将导电骨架通过镍浆进行拉浆、刮浆、烘干；再烧结此骨架使镍浆中的粘接剂氧化分解，并使镍粉颗粒间互相粘接，从而得到孔径为6—12微米、孔率最高达80％的烧结镍基板。将基板反复经过浸盐溶液、干燥可制得正、负极板。这一过程一般需要15—20小时。如上所述，烧结式镉镍电池的活性物质的形成是在基板内进行的，它不仅包含物理变化而且还有化学反应，所以电池的制造受到了反应速度的限制。同时，化学反应在微孔内进行，使反应条件难于控制。因此，烧结式镉镍电池不仅生产效率低而且成本昂贵、生产工艺复杂。此外，烧结式镉镍电池耗镍量大，这就更增加了电池的成本。总之，烧结式镉镍电池不能满足市场上对体积小、重量轻、弃电快的电池日益增长的需求。

基于上述情况，各国相继开发新型镉镍电池。从研究者所遵循的技术方向来看，电池所用的电极大体有三种不同的模式。其一是塑料粘接式镍电极(即，使用塑料把活性物质粘接在导电骨架上)；其二是纤维式镍电极(即，用无纺金属纤维毡做基板，将活性物质充填到纤维之间的孔隙内)；第三是发泡式镍电极。这两者均在两年前有产品问世。它们在降低成本、简化工艺、提高效率方面取得了一定进展，但电性能(如寿命、大电流放电等)和传统的烧结电池相比较还有较大的差距。因此，仍不能满足市场的需求。关于发泡式镍电极的设想是基于基板的三维结构，使充填在其中的活性物质得到充分利用，从而提高电池的比能量和充电速度。特开昭60—293099号专利公开了这样一种发泡式镉镍电池。其电池的极板是通过对聚亚胺酯泡沫材料的骨架进行化学镀和电镀、压制、加热处理而得到的。其结果增加了活性材料的利用系数，并改善了极板容量下降的现象。但其性能和制造工艺仍不能尽如人意。

为了解决现有镉镍电池的性能和生产工艺中存在的问题，本发明者经过大量的研究，得到了令人满意的成果。

本发明的目的是提供大功率、高能量、快速充电的镉镍电池；

本发明的另一个目和是提供一种耗镍量小的镉镍电池；

本发明的第三个目的是提供一种比能量大的镉镍电池；

本发明的第四个目的是提供一种功率大、能量高、充电快的镉镍电池的生产方法；

本发明的第五个目的是提供一种成本低、能耗少的镉镍电池的生产方法。

本发明的镉镍电池包括一正极板、一负极板、一隔膜、一防爆球、一密封圈、至少一个连接正极板的极耳、一电池盖、一电池外壳和一绝缘管，其特征在于：所述正、负极板中至少有一片极板是由发泡金属基板构成的，且所述发泡金属基板的发泡孔径为20—500微米。

本发明的镉镍电池的制造方法包括下列步骤：制备两片发泡孔径为20—500微米的发泡金属基板；用机械方法分别向两块基板充填正、负两种活性物质以形成正、负极板；在正极板上焊极耳；在正、负极板间插入绝缘隔膜并将其卷成电芯；将电芯插入电池外壳以形成开口电池；对开口电池化成处理；封口。

由于本发明的镉镍电池所用的基板是孔径为20—500微米的发泡基板，其孔孔相通，呈三维网状结构，所以孔率高达96％。与传统的烧结式基板相比，发泡基板式镉镍电池的安时容量增加了40％左右，从500毫安时提高到700毫安时；重量比能量从500毫安时/23克提高到700毫安时/22克，增加了46％左右；充电速度提高约三倍，从4.5—10小时减少到1.0—1.5小时；而基板耗镍量和镍带基板相比却从8克/只减少到4克/只。因此，本发明的镉镍电池不仅性能优于传统的烧结式镉镍电池，而且还能降低成本。

本发明的制造方法不仅提高了活性物质的利用率、易于控制基板质量，而且大大节约了能耗(水、电)，降低了成本。本发明的镉镍电池的制造方法因步骤简单，还适于进行自动化生产。

下面结合附图描述本发明的产品及方法。

图1为本发明镉镍电池的一个实施例的结构示意图；

图2为本发明镉镍电池所用的发泡式镍基板的立体透视图；

图3为本发明的镉镍电池生产方法的简单工艺流程图；

图4为本发明的镉镍电池制造方法制造出的镉镍电池与烧结式电池的放电曲线；

图5为烧结式镉镍电池的简单工艺流程图。

图1简单示出本发明镉镍电池的一个实施例的结构。该电池为圆柱状结构，1为正极板；2为负极板；3为介于正、负极板之间的绝缘隔膜；4为防止电池与外界接触同时使电池正、负极板电绝缘的密封圈； 5为防止电池内压过高产生危险的防爆球； 6为封住电池开口并起电池外部正极作用的电池盖；7为电池外壳，它与电池盖6一起封住由正、负极板构成的电芯，並起作电池负极的作用；8为连接正极板和电池盖的极耳；9为包在极耳外部的绝缘套管。其中，正极板和负极板均由发泡镍构成。本发明的镉镍电池的形状并不局限于圆柱形。本领域的普通技术人员可以方便地改变镉镍电池的形状而不会超出本发明的范畴。

本发明镉镍电池所用的发泡镍基板的具体结构示于图2。其中，11为三维网状的镍层；12为镍层之间的孔隙。此发泡镍基板中孔与孔相通，孔径为20～500微米。其孔率高达96％左右。

制造本发明镉镍电池的基本工艺流程如图3所示。首先提供一发泡体材料(如发泡树脂等)；对发泡体材料进行导电处理；然后将其放在含有待镀金属盐溶液的镀槽中进行电镀；对均匀电镀得到的三维网状的金属发泡体作适当的热处理；接着将其辊压至所需要的厚度(例如1～6毫米)形成发泡金属基板；用冲压、剪切等方式制得两块具有所需形状的发泡金属基板，並在基板上至少压制出一个耳位供焊极耳用(这一工序亦可移至充填、干燥工序之后)；此后，用机械注入法(例如滚动法、挤压法、滑动法、刮浆法等)将膏状正、负活性物质充填入基板孔隙内；使充填有活性物质的基板干燥；再在一定压力下加压成形，从而形成正、负极板；在正极板的耳处焊接导电极耳；将正极板用绝缘隔膜(如维尼龙等)覆盖住后放上负极板，将它们卷绕成电芯；将如此形成的电芯装入镀镍钢壳；对如此得到的开口电池作化成处理；最后在正极耳上套上绝缘套管，並将其另一端焊接于金属构成的电池盖上形成电池的正极柱，用机械方法将电池壳、密封圈、电池盖紧密压合成一体，这样就制备出完整的镉镍电池。

以下将通过本发明制备镉镍电池的实施例对本发明的制造方法作详细说明。

实施例1

取两块泡沫塑料，其厚度约为5毫米，孔径为20～500微米，首先，对此泡沫塑料进行导电预处理(包括化学、物理处理)，使泡沫塑料去油、亲水、粗化。此后，将预处理后的泡沫塑料置于适当的溶液(如硫酸镍盐和其它添加物的溶液)中经过3～10分钟的化学镀，再以发泡树脂为阴极、镍板为阳极，镀液采用普通Watts镀液进行电镀0。5～1小时。至此，泡沫塑料上已均匀地沉积上了金属镍。将如此得到的发泡镍置于燃烧炉内适当温度下进行一分钟的脱胎处理，从而得到三维网状的镍发泡体。再在还原性气氛中将其加热到500～1200℃左右作5～20分钟的热处理后，缓慢冷却。辊压如此得到的发泡镍至3毫米厚。用挤压法将膏状正极活性物质注入到一块基板的孔隙内；将另一块基板浸入负极活性物质的膏体内，取出后用机械方法将表面的浆料刮掉。把两块基板在一定条件下干燥3～5小时，使其干燥。在充填有正极活性物质的正极板上加工出的耳位处分别焊接一个导电极耳，极耳由长条形的镍片制成。把如此制得的正、负极板冲压成70mm×40mm的长方形，其中每个正极板上均有一个极耳。用维尼龙制成的绝缘隔膜覆盖住正极板，其上放置负极板后卷成圆筒状的电芯。把此电芯装入镀镍钢壳中形成开口电池。将KOH溶液加到开口电池中，然后分别在140～700毫安的电流下进行四次充、放电循环，使极板具有活性、並除去杂质。上述化成处理时间为25～30小时(烧结式镉镍电池仅单极化成一次就需要15～20小时)。此后即可将化成后的电芯封装成成品镉镍电池。

经测量表明，这样制得的镉镍电池的安时容量高达700毫安时，比烧结电池提高近40％。该镉镍电池的放电曲线示于图4。图4中实线为本发明镉镍电池的放电曲线；虚线为传统的烧结式镉镍电池的放电曲线。从图中可以看出本发明的镉镍电池放电140小时后，电压仍高于1伏；而烧结式镉镍电池放电100小时后，电压就降至1伏了。

实施例2

取厚度约3.5毫米、孔径为20～500微米的泡沫塑料，与实施例1一样对其进行预处理、化学镀、电镀、脱胎、热处理；分别用滚动法将正、负极活性物质充填入两块基板内，再使其干燥，得到镍正、负极板。把如此制得的正、负极板冲压成150mm×38mm的长方形，每个正极板上冲压出两个耳位。将镍片制成的极耳焊接在上述耳位上。然后用与实施例1相同的方法制得成品电池。测量如此制得的电池的充、放电特性，其结果与实施例1所得的电池一样令人满意。

上面所述的正、负极活性物质分别为膏状的镍和镉的氢氧化物浆料。其制作方法如下：在特制反应罐中加入镍盐溶液和碱液以及添加剂(至少从钴盐、金属钴、氧化钴、金属镉、氧化镉、石墨粉、镍粉等中选出的两种物质)，在一定条件下，使其进行化学反应，就得到了正极活性物质膏体；将氧化镉、镉粉、添加剂(至少从金属镍粉及其氧化物和氢氧化物、氢氧化镉、石墨粉、变压器油、苏拉油等中选出的两种物质)和触变性粘接剂水溶液混合，即可得到负极活性物质膏体。

上述实施例只是制造本发明镉镍电池的一个例子，本发明的镉镍电池的制造方法並不局限于此。所属领域的普通技术人员对其中某些步骤所可能作出的一些变动均体现了本发明的原理，並属于本发明的范畴。

Claims (9)

1.一种镉镍电池，包括一正极板、一负极板、一介于正负极板之间的绝缘隔膜、一防爆球、一密封圈、至少一个连接正极板的极耳、一电池盖和一电池外壳，其特征在于：

所述正、负极板中至少有一片极板是由发泡金属基板构成的，且所述发泡金属基板的发泡孔径为20—500微米。

2.如权利要求1所述的镉镍电池，其特征在于：所述发泡金属基板为发泡镍基板。

3.如权利要求1所述的镉镍电池，其特征在于：所述正极板上附着有正极性物质，该正极活性物质是在专门的设备中由镍盐溶液、碱液以及至少从钴盐、金属钴、氧化钴、金属镉、氧化镉、石墨粉、镍粉中选出的两种物质预先制备出的。

4.如权利要求1所述的镉镍电池，其特征在于：所述负极板上附着有负极性物质，该负极活性物质是在专门的设备中由氧化镉、镉粉、触变性粘接剂以及至少从金属镍粉及其氧化物和氢氧化物、石墨粉、氢氧化镉和有机添加剂中选出两种物质预先制备出的。

5.一种镉镍电池的制造方法，包括下列步骤：

1)制备第一、第二金属基板；

2)向第一基板附着正极活性物质以形成正极板；

3)向第二基板附着负极活性物质以形成负极板；

4)至少在正极板上焊接一个极耳；

5)将一绝缘隔膜夹在正、负极板间，并将其组成电芯；

6)将所述电芯插入电池外壳以形成开口电池；

7)对开口电池化成处理；

8)封口；

其特征在于所述步骤1)中还包括下列步骤：

①.提供一种发泡体，其发泡孔径为20—500微米；

②.将一种金属沉积到发泡体上；

③.对沉积了金属的发泡体进行热处理得到发泡金属；

④.辊压所述发泡金属至所需厚度，并经过切片后制得第一、第二发泡金属基板。

6.如权利要求5所述的镉镍电池制造方法，其特征在于：

所述发泡体为泡沫塑料。

7.如权利要求5所述的镉镍电池制造方法，其特征在于：

所述步骤②中的金属是采用化学和电化学方法沉积到发泡体上去的。

8.如权利要求5所述的镉镍电池制造方法，其特征在于：

所述正、负极板是将所述正、负极活性物质用机械方法分别充填入第一和第二发泡金属基板中形成的。

9.如权利要求8所述的镉镍电池制造方法，其特征在于：

所述机械方法包括滚动法、挤压法、滑动法、刮浆法、注入法。

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