CN103337609B - 制造超高温耐过充长寿命镍氢电池的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种制造超高温耐过充长寿命镍氢电池的方法，包括制作正极极片包括如下步骤和制作负极极片步骤。本发明的有益效果是正极配料时无其他添加剂配料，正负极低压实密度优点在于使电芯物料急速达到化学体系平衡，提高下碱速度及碱液在电芯内部扩散速度，更利于化成、分容、一致性提高。
Description
技术领域
本发明涉及电池领域，尤其涉及制造超高温耐过充长寿命镍氢电池的方法。
背景技术
国内高温镍氢电池55度充电效率在90%上下，在技术选材上一般采用多种添加剂，技术标准一般满足IEC61951-2高温标准。
镍氢高温电池主要研究与突破三个方面。1，高温充电效率提升；2，极片膨胀控制；3，封闭结构内电解质丰沛。应用于应急灯市场的储能装置（电池）使用寿命要求在4年左右，应急灯中电池在四年内除开停电时放电1~3小时，其它时间一直都处于充电状态，因此，需开发与生产耐过充电池来满足这一特殊市场。目前，镍镉电池因其优秀的耐过充性能与稳定性，长久占据着国际应急灯市场。镍镉电池为上世纪中叶商品化的第一代充电产品，因其含大量镉（与重金属一样铅对环境造成污染、对人类生命造成伤害）长久来一直备受争议。在全球普遍关注环境的今天，镍镉电池因其优秀的耐过充性能，在欧美市场一直还在大量使用。如何使环境友好型镍氢产品（与镍氢同时商业化的锂电高温性能未得到有效解决，成本亦较镍氢昂贵）达到镍镉电池耐过充性能—即达到ICEL1010
E50或E55为全球共同关注的技术问题。目前，国内镍氢电池产品70度高温效率低（70%），55度充电效率在90%，循环寿命在1000次（IEC61951 §7.5.1.2），耐过充性能未报道与科技申请。另外，国内镍氢电池在材料使用上一般掺杂添加剂，使机械搅拌均匀存在难度，因此，产品一致性与稳定性不高。
发明内容
为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种制造超高温耐过充长寿命镍氢电池的方法。
本发明提供了一种制造超高温耐过充长寿命镍氢电池的方法， 制作正极极片包括如下步骤：
A. 将9.5Kg纯水、5KgCMC、5Kg球镍搅拌10-20分钟；
B.加入45Kg球镍搅拌20-30分钟；
C.加入2Kg PTFE搅拌5-15分钟获得合格固含量浆料；
D.将固含量浆料通过泡沫镍基体进行拉桨、烘烤；
E. 将正极基体裁切为各工艺型号尺寸，清粉、点焊极耳（镍片）、贴胶布从而完成正极制片工艺。
作为本发明的进一步改进，制作负极极片包括如下步骤：
（1）.将1.15Kg纯水、1Kg镍粉、10KgEMC（2%）搅拌10-20分钟；
（2）.加入50Kg合金粉La0.80Mg0.20Ni3.40Al0.12搅拌20-30分钟；
（3）.加入0.75Kg SBR（50%）、0.5Kg PTFE（60%）搅拌5-15分钟获得合格固含量浆料；
（4）. 将固含量浆料通过多孔刚带进行拉桨、烘烤；
（5）.将负极基体裁切为各工艺型号尺寸，清粉、点焊极耳（镍片）、贴胶布从而完成负极制片工艺。
作为本发明的进一步改进，使用正极极片和负极极片通过加工工艺制造超高温耐过充长寿命镍氢电池。
作为本发明的进一步改进，所述加工工艺包括如下步骤：
一．隔膜置于正负极片间，经由卷绕工艺植入预先准备的钢壳中；
二．对未短路半成品进行冲槽、抹油；
三．进行点焊，使正极极耳与盖帽相连；
四．注纯水步骤；
五．进行压帽、封口工艺；
六．进行喷码获得光身电池。
作为本发明的进一步改进，所述加工工艺还包括如下步骤：
七．进行预充、化成、检测步骤；
八．进行老化工艺获得超高温耐过充长寿命镍氢电池。
作为本发明的进一步改进，所述球镍由在氢氧化亚镍的生产过程中共沉积锌、钴、钛或者钙/钇/锆/铒中的一种或多种，所述锌含量在3-9%间，所述钴含量在3-6%间，所述钛或者钙/钇/锆/铒中的一种或多种含量在1-5%。
作为本发明的进一步改进，所述球镍比容在190-220mA/g、颗粒度在5-20µm。
作为本发明的进一步改进，正极片活性物质压实密度在2.4-3.0g/cm3，负极活性物质压实密度在4.0-5.4 g/cm3。
作为本发明的进一步改进，所述隔膜纸厚度在0.12-0.20mm。
作为本发明的进一步改进，
A.将9.5Kg纯水、5KgCMC（2%）、5Kg球镍搅拌15分钟；
B.加入45Kg球镍搅拌25分钟；
C.加入2Kg PTFE（60%）搅拌10分钟获得合格固含量浆料；
（1）.将1.15Kg纯水、1Kg镍粉、10KgEMC（2%）搅拌15分钟；
（2）.加入50Kg合金粉La0.80Mg0.20Ni3.40Al0.12搅拌25分钟；
（3）.加入0.75Kg SBR（50%）、0.5Kg PTFE（60%）搅拌10分钟获得合格固含量浆料。
本发明的有益效果是：正极配料时无其他添加剂配料，正负极低压实密度优点在于使电芯物料急速达到化学体系平衡，提高下碱速度及碱液在电芯内部扩散速度，更利于化成、分容、一致性提高。
附图说明
图1是本发明的方法流程图。
具体实施方式
如图1所示，本发明公开了一种制造超高温耐过充长寿命镍氢电池的方法，包括：
制作正极极片包括如下步骤：
① 将9.5Kg纯水、5Kg CMC（2%）、5Kg球镍搅拌10-20分钟；
② 加入45Kg球镍搅拌20-30分钟；
③ 加入2Kg PTFE（60%）搅拌5-15分钟获得合格固含量浆料；
④ 过筛；
⑤ 拉桨，将固含量浆料通过泡沫镍基体进行拉桨、烘烤；
⑥ 制片，将正极基体裁切为各工艺型号尺寸，清粉、点焊极耳（镍片）、贴胶布从而完成正极制片工艺。
制作负极极片包括如下步骤：
① 将1.15Kg纯水、1Kg镍粉、10Kg EMC（2%）搅拌10-20分钟；
② 加入50Kg合金粉La0.80Mg0.20Ni3.40Al0.12搅拌20-30分钟；
③ 加入0.75Kg SBR（50%）、0.5Kg PTFE（60%）搅拌5-15分钟获得合格固含量浆料；
④ 过筛；
⑤ 拉桨，将固含量浆料通过多孔刚带进行拉桨、烘烤；
⑥ 将负极基体裁切为各工艺型号尺寸，清粉、点焊极耳（镍片）、贴胶布从而完成负极制片工艺。
使用正极极片和负极极片通过加工工艺制造超高温耐过充长寿命镍氢电池，所述加工工艺包括如下步骤：
⑦ 隔膜置于正负极片间，经由卷绕工艺植入预先准备的钢壳中；
⑧ 对未短路半成品进行冲槽、抹油；
⑨ 进行点焊，使正极极耳与盖帽相连；
⑩ 注纯水步骤；
⑪ 进行压帽、封口工艺；
⑫ 进行喷码获得光身电池；
⑬ 进行预充、化成、检测步骤；
⑭ 进行老化工艺获得超高温耐过充长寿命镍氢电池。
所述球镍由在氢氧化亚镍的生产过程中共沉积锌、钴、钛或者钙/钇/锆/铒中的一种或多种，所述锌含量在3-9%间，所述钴含量在3-6%间，所述钛或者钙/钇/锆/铒中的一种或多种含量在1-5%。
所述球镍比容在190-220mA/g、颗粒度在5-20µm。正极片活性物质压实密度在2.4-3.0g/cm3，负极活性物质压实密度在4.0-5.4 g/cm3。所述隔膜纸厚度在0.12-0.20mm。
本发明专利摒弃传统正极机械物理掺杂添加剂（氧化钇、氧化镱、氧化铒、氧化锆、氧化亚钴、氧化锌、钨酸钠等）工艺。无需添加其他添加剂，直接使用单一氢氧化亚镍与粘接剂按一定比例配合（H2O：CMC：亚镍：PTFE=19：10：100：4），其中粘接剂配比可变，其占固体活性物质1-3%间，湿法拉浆工艺,于泡沫镍基体上制作正极，正极片活性物质压实密度在2.4-3.0g/cm3。
电解质采用五元碱系，碱浓度在5.6—8.8mol/L，其质量百分比如下：H2O(100):LiOH(2-3):NaOH(20-30):KOH(5-10):Ba(OH)2(0.09-0.12):Ca(OH)2(0.09-0.15)。
隔膜纸采用高端进口醋酸接枝处理的聚乙烯或聚丙烯，厚度在0.12-0.20mm，吸碱量大系列。
合金粉采用超结构储氢合金粉，颗粒度在20-40µm，元素质量组成为：稀土镧La（35±1.5）：镍Ni（62±2）：镁Mg（2±0.3）：等特殊元素铝Al（1.2±0.3）（元素组成为La0.80Mg0.20Ni3.40Al0.12）合金粉50Kg与水1.15Kg、导电镍粉1Kg、粘接剂（10Kg EMC、0.75Kg SBR、0.5Kg
PTFE）组成。配比为100：2.3：1-2.5：20：1.5：1.0，其中粘接剂配比可变，含量占固体活性物质0.5-1.5%间，湿法拉浆工艺涂覆在多孔镍带上，负极活性物质压实密度在4.0-5.4
g/cm3。
CMC:羧甲基纤维素纳，PTFE：聚四氟乙烯，SBR：丁苯橡胶，EMC：碳酸甲乙酯，LiOH：氢氧化锂，NaOH：氢氧化纳，KOH：氢氧化钾，Ba(OH)2：氢氧化钡，Ca(OH)2：氢氧化钙。
本发明与传统湿法工艺差别之处在于：正极配料时无其他添加剂配料，正负极低压实密度优点在于使电芯物料急速达到化学体系平衡，提高下碱速度及碱液在电芯内部扩散速度，利于化成、分容、一致性提高。
通过本发明制造的超高温耐过充长寿命镍氢电池具有如下优势：
1、高温耐过充性能能够满足在55度的温度环境中长期充电使用4年以上电池容量还保持不低于75%。
2、同时也达到ICEL1010 E55标准。
3、70度高温效率为93%以上。
70度高温高充电效率的获得，保证了电能与放电化学能的高效转化，极大降低了析氧副反应发生，使碱液中水的用量得到保证。正极球镍性能的提升、正负极低压实密度的设计缓解了极片膨胀，另外过多的碱物质从正极片移至隔膜，从而为极片膨胀预留出空间。因此，以上技术创新使产品（例如H-18900/4000mAh）高温耐过充性能达到ICEL1010 E55标准，循环寿命超过1500次（IEC61951 §7.5.1.2），超高温度下的高充电效率，满足取代广泛应用于应急灯市场的镍镉产品。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种制造超高温耐过充长寿命镍氢电池的方法，其特征在于，
制作正极极片包括如下步骤：
A. 将9.5Kg纯水、5KgCMC、5Kg球镍搅拌10-20分钟；
B.加入45Kg球镍搅拌20-30分钟；
C.加入2Kg PTFE搅拌5-15分钟获得合格固含量浆料；
D.将固含量浆料通过泡沫镍基体进行拉桨、烘烤；
E. 将正极基体裁切为各工艺型号尺寸，清粉、点焊镍片极耳、贴胶布从而完成正极制片工艺；
制作负极极片包括如下步骤：
（1）.将1.15Kg纯水、1Kg镍粉、10KgEMC搅拌10-20分钟，其中10KgEMC的浓度是2%；
（2）.加入50Kg合金粉La0.80Mg0.20Ni3.40Al0.12搅拌20-30分钟；
（3）.加入0.75Kg SBR、0.5Kg PTFE搅拌5-15分钟获得合格固含量浆料，其中0.75Kg SBR的浓度是50%，0.5Kg PTFE的浓度是60%；
将固含量浆料通过多孔刚带进行拉桨、烘烤；
（5）.将负极基体裁切为各工艺型号尺寸，清粉、点焊镍片极耳、贴胶布从而完成负极制片工艺；
正极极片活性物质压实密度在2.4-3.0g/cm3，负极极片活性物质压实密度在4.0-5.4 g/cm3。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用正极极片和负极极片通过加工工艺制造超高温耐过充长寿命镍氢电池。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述加工工艺包括如下步骤：
一．隔膜置于正负极片间，经由卷绕工艺植入预先准备的钢壳中；
二．对未短路半成品进行冲槽、抹油；
三．进行点焊，使正极极耳与盖帽相连；
四．注纯水步骤；
五．进行压帽、封口工艺；
六．进行喷码获得光身电池。
4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述加工工艺还包括如下步骤：
七．进行预充、化成、检测步骤；
八．进行老化工艺获得超高温耐过充长寿命镍氢电池。
5. 根据权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，所述球镍由在氢氧化亚镍的生产过程中共沉积锌和钴以及选自钛或者钙/钇/锆/铒中的一种或多种而得到，所述锌含量在3-9%，所述钴含量在3-6%，所述钛或者钙/钇/锆/铒中的一种或多种含量在1-5%。
6. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述球镍比容量在190-220mAh/g，颗粒度在5-20µm。
7. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述隔膜厚度在0.12-0.20mm。
8. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
步骤A. 将9.5Kg纯水、5KgCMC、5Kg球镍搅拌15分钟，其中5KgCMC的浓度是2%；
步骤B.加入45Kg球镍搅拌25分钟；
步骤C.加入2Kg PTFE搅拌10分钟获得合格固含量浆料，其中2Kg PTFE的浓度是60%；
步骤（1）.将1.15Kg纯水、1Kg镍粉、10KgEMC搅拌15分钟，其中10KgEMC的浓度是2%；
步骤（2）.加入50Kg合金粉La0.80Mg0.20Ni3.40Al0.12搅拌25分钟；
步骤（3）.加入0.75Kg SBR、0.5Kg PTFE搅拌10分钟获得合格固含量浆料，其中0.75Kg SBR的浓度是50%，0.5Kg PTFE的浓度是60%。
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