CN104103816B - 一种包覆式镍电极及其制备方法 - Google Patents

一种包覆式镍电极及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种包覆式镍电极及其制备方法。本发明的技术方案要点为：包覆式镍电极为发泡式镍电极或毛刺钢带拉浆式镍电极，极板包覆切拉网、冲孔网带、编织网或微孔金属片后通过机械辊压或缝焊或机械辊压与缝焊后使极板被包覆于切拉网、冲孔网带、编织网或微孔金属片之内，再经压槽在极板及包覆于极板两侧的切拉网、冲孔网带、编织网或微孔金属片上共同形成相对应的凸起和凹槽。本发明还公开了该包覆式镍电极的制备方法。本发明中极板及包覆于极板两侧的切拉网、冲孔网带、编织网或微孔金属片上共同形成相对应的凸起和凹槽不但为包覆式镍电极充电时氧气的逸出提供了通道，还起到极板内部不致贫液的作用。

Description

一种包覆式镍电极及其制备方法
技术领域
本发明属于二次电池技术领域，具体涉及一种容量高、大电流放电能力强、使用寿命长且制作简单的包覆式镍电极及其制备方法。
背景技术
镍系二次电池已有一百多年的历史，其正极即镍电极有着多种的制造方法，如袋式镍电极，烧结式镍电极和发泡式镍电极等等。袋式结构镍电极制作工艺复杂，设备投入大，并且由于这种袋式电极的特殊结构使活性物质与集流体间距太大，造成活性物质利用率低，大电流放电能力较弱，一般仅能提供中低倍率的放电（1C倍率以下电流放电）；烧结式镍电极适合大电流放电，寿命长，但是制作工艺复杂，设备投入大，成本高；发泡式镍电极比容量高，适合大电流放电，但不适合用于富液状态下的充放电环境。因此开发一种容量高、大电流放电能力强、使用寿命长、制作简单且适合用于富液状态下的充放电环境的镍电极具有很高的社会意义和价值。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供了一种容量高、大电流放电能力强、使用寿命长、制作简单且适合用于富液状态下的充放电环境的包覆式镍电极及其制备方法。
本发明的技术方案为：一种包覆式镍电极，该包覆式镍电极为发泡式镍电极或毛刺钢带拉浆式镍电极，发泡式镍电极包括极板和包覆于极板两侧的切拉网、冲孔网带、编织网或微孔金属片，其中极板主要由发泡镍基体和涂覆于发泡镍基体中的活性物质构成，毛刺钢带拉浆式镍电极包括极板和包覆于极板两侧的切拉网、冲孔网带、编织网或微孔金属片，其中极板主要由毛刺钢带基体和涂覆于毛刺钢带基体中的活性物质构成，其特征在于：所述的极板包覆切拉网、冲孔网带、编织网或微孔金属片后通过机械辊压或缝焊或机械辊压与缝焊后使极板被包覆于切拉网、冲孔网带、编织网或微孔金属片之内，再经压槽在极板及包覆于极板两侧的切拉网、冲孔网带、编织网或微孔金属片上共同形成相对应的凸起和凹槽。
本发明所述的活性物质是由以下重量百分含量的组分制备而成的：氢氧化镍90%-94%、导电剂3%-5%和粘结剂3%-5%，所述的导电剂为铁粉、镍粉、石墨或乙炔黑中的至少一种，所述的粘结剂为CMC或PTFE乳液中的至少一种。
本发明所述的切拉网、冲孔网带、编织网或微孔金属片的材质为厚度＜1mm的金属带。
本发明所述的切拉网、冲孔网带、编织网或微孔金属片的孔径≤150目。
本发明所述的凸起和凹槽为直线型凸起和凹槽、虚线型凸起和凹槽、曲线型凸起和凹槽、几何型凸起和凹槽或不规则形状的凸起和凹槽。
本发明所述的包覆式镍电极的制备方法，其特征在于包括以下步骤：（1）活性物质浆料的制备，首先将重量百分含量为90%-94%的氢氧化镍与重量百分含量为3%-5%的导电剂混合均匀，然后向上述混合物中加入重量百分含量为3%-5%的粘结剂，搅拌均匀即制得活性物质浆料；（2）包覆式镍电极的制备，将步骤（1）制得的活性物质浆料涂覆在发泡镍基体或毛刺钢带基体中，然后经高温烘干，压片，冲切，点焊极耳制得极板，将极板包覆切拉网、冲孔网带、编织网或微孔金属片后通过机械辊压或缝焊或机械辊压与缝焊后使极板被包覆于切拉网、冲孔网带、编织网或微孔金属片之内，再经压槽在极板及包覆于极板两侧的切拉网、冲孔网带、编织网或微孔金属片上共同形成相对应的凸起和凹槽即制得包覆式镍电极。
本发明所述的包覆式镍电极可用于制备铁镍电池、氢镍电池、镉镍电池、锌镍电池或铝电池。
本发明与现有技术相比具有以下优点：（1）极板包覆于切拉网、冲孔网带、编织网或微孔金属片之内，活性物质不易脱落，适合用于富液状态下的充放电环境，如在富液态的镍镉、镍氢、镍铁等镍系电池中作为正极；（2）极板包覆切拉网、冲孔网带、编织网或微孔金属片后通过机械辊压或缝焊或机械辊压与缝焊后使极板被包覆于切拉网、冲孔网带、编织网或微孔金属片之内，再经压槽在极板及包覆于极板两侧的切拉网、冲孔网带、编织网或微孔金属片上共同形成相对应的凸起和凹槽，不但为镍电极充电时氧气的逸出提供了通道，还起到极组内部不致贫液的作用；（3）发泡镍基体、毛刺钢带基体和极板两侧包覆的切拉网、冲孔网带、编织网或微孔金属片均具有良好的导电性，使得本发明的包覆式镍电极具有比容量高、大电流放电能力强且使用寿命长的优点。
附图说明
图1是本发明实施例1制得的包覆式镍电极的结构示意图，图2是图1的横向剖视图。
图面说明：1、极板，2、切拉网。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
包覆式镍电极的制备
（1）发泡镍基体的制备：取发泡海绵，在发泡海绵上电镀镍后烧除海绵，即制得发泡镍基体；（2）活性物质浆料的制备：首先将90g氢氧化镍与5g导电剂石墨混合均匀，然后向上述混合物中加入5g粘结剂CMC乳液，搅拌均匀，即制得活性物质浆料；（3）包覆式镍电极的制备，将步骤（2）制得的活性物质浆料涂覆于步骤（1）制得的发泡镍基体中，然后经高温烘干，压片，冲切，点焊极耳制得极板1，将极板1包覆切拉网2后通过机械辊压与缝焊后使极板1被包覆于切拉网2之内，再经压槽在极板1及包覆于极板1两侧的切拉网2上共同形成相对应的凸起和凹槽即制得包覆式镍电极。
性能对比试验
组装：将上述制得的包覆式镍电极与发泡式铁电极用聚烯烃隔膜折叠包绕组装入容器内，盖上塑料盖，用耐碱胶黏剂或超声波焊接使容器与盖子密封在一起，然后在正、负集流柱上套上密封圈和垫片，并用螺丝将集流柱紧固在塑料盖上，向容器内注入氢氧化钾与氢氧化锂的混合溶液，其中氢氧化钾的摩尔浓度为5-6mol/L、氢氧化锂的摩尔浓度为0.3-0.5mol/L，注入的电解液液面高度以淹没安装在容器中的极板组15毫米为宜，放置12小时，电池以0.2C充电10小时，停30分钟，以0.2C放电至1.0V，重复3次的充放电进行活化处理。
测试电池容量：以0.25C充电8小时，停30分钟，以0.2C放电至1.0V，计算出电池放电容量。
测试电池倍率放电能力：以0.25C充电8小时，停30分钟，以3C放电至0.8V，计算出电池放电容量。
测试电池循环寿命：电池以0.25C充电4小时，停30分钟，然后以0.5C放电至10V，作循环，当容量到初始容量的70%时停止。
取传统的由袋式镍电极作为正极，与发泡式铁电极用聚烯烃隔膜折叠包绕组装的铁镍电池作为参照，做对比实验（电池壳体相同）。
实施例1制得的包覆式镍电极组装的电池与传统的袋式镍电极组装的电池的容量，放电能力和寿命的比较，如下表：
类别 0.2C放电容量 3C放电容量 循环寿命（次）
本发明的包覆式镍电极组装的电池 16806毫安时 13835毫安时 832
传统的袋式镍电极组装的电池 12095毫安时 8611毫安时 847
由上表可以看出用本发明的包覆式镍电极作为正极制作的铁镍电池，容量大，容量提高39%；大电流放电能力得到很大的提升，本发明的包覆式镍电极组装的电池3C可放出0.2C容量的82.3%，传统的袋式镍电极组装的电池3C可放出0.2C容量的71.2%，二者的循环寿命基本相当。
实施例2
包覆式镍电极的制备
（1）毛刺钢带基体的制备：取毛刺钢带直接镀镍制得钢带基体；（2）活性物质浆料的制备：首先将94g氢氧化镍与3g导电剂乙炔黑混合均匀，然后向上述混合物中加入3g粘结剂PTFE乳液，搅拌均匀，即制得活性物质浆料；（3）包覆式镍电极的制备，将步骤（2）制得的活性物质浆料涂覆在步骤（1）制得的毛刺钢带基体中，然后经高温烘干，压片，冲切，点焊极耳制得极板，将极板包覆编织网后通过机械辊压后使极板被包覆于编织网之内，再经压槽在极板及包覆于极板两侧的编织网上共同形成相对应的凸起和凹槽即制得包覆式镍电极。
性能对比试验
组装：将上述制得的包覆式镍电极与发泡式铁电极用聚烯烃隔膜折叠包绕组装入容器内，盖上塑料盖，用耐碱胶黏剂或超声波焊接使容器与盖子密封在一起，然后在正、负集流柱上套上密封圈和垫片，并用螺丝将集流柱紧固在塑料盖上，向容器内注入氢氧化钾与氢氧化锂的混合溶液，其中氢氧化钾的摩尔浓度为5-6mol/L、氢氧化锂的摩尔浓度为0.3-0.5mol/L，注入的电解液液面高度以淹没安装在容器中的极板组15毫米为宜，放置12小时，电池以0.2C充电10小时，停30分钟，以0.2C放电至1.0V，重复3次的充放电进行活化处理。
测试电池容量：以0.25C充电8小时，停30分钟，以0.2C放电至1.0V，计算出电池放电容量。
测试电池倍率放电能力：以0.25C充电8小时，停30分钟，以3C放电至0.8V，计算出电池放电容量。
测试电池循环寿命：电池以0.25C充电4小时，停30分钟，然后以0.5C放电至10V，作循环，当容量到初始容量的70%时停止。
取烧结镍电极作为正极，与发泡式铁电极用聚烯烃隔膜折叠包绕组装的铁镍电池作为参照，做对比实验（电池壳体相同）。
实施例2制得的包覆式镍电极组装的电池与烧结式镍电极组装的电池的容量，放电能力和寿命的比较，如下表：
类别 0.2C放电容量 3C放电容量 循环寿命（次）
本发明的包覆式镍电极组装的电池 16560毫安时 13945毫安时 812
烧结式镍电极组装的电池 13450毫安时 11661毫安时 1023
由上表可以看出用本发明的包覆式镍电极作为正极制作的铁镍电池，容量大，容量比用烧结式镍电极组装的电池提高23%；大电流放电能力相当，本发明的包覆式镍电极组装的电池3C可放出0.2C容量的84.2%，烧结式镍电极组装的电池3C可放出0.2C容量的86.7%，但烧结式镍电极组装的电池的循环寿命比本发明的包覆式镍电极组装的电池提高26%。
以上显示和描述了本发明的基本原理，主要特征和优点，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围。

Claims (7)

1.一种包覆式镍电极，该包覆式镍电极为发泡式镍电极或毛刺钢带拉浆式镍电极，发泡式镍电极包括极板和包覆于极板两侧的切拉网、冲孔网带、编织网或微孔金属片，其中极板主要由发泡镍基体和涂覆于发泡镍基体中的活性物质构成，毛刺钢带拉浆式镍电极包括极板和包覆于极板两侧的切拉网、冲孔网带、编织网或微孔金属片，其中极板主要由毛刺钢带基体和涂覆于毛刺钢带基体中的活性物质构成，其特征在于：所述的极板包覆切拉网、冲孔网带、编织网或微孔金属片后通过机械辊压或缝焊或机械辊压与缝焊后使极板被包覆于切拉网、冲孔网带、编织网或微孔金属片之内，再经压槽在极板及包覆于极板两侧的切拉网、冲孔网带、编织网或微孔金属片上共同形成相对应的凸起和凹槽。
2.根据权利要求1所述的包覆式镍电极，其特征在于：所述的活性物质是由以下重量百分含量的组分制备而成的：氢氧化镍90%-94%、导电剂3%-5%和粘结剂3%-5%，所述的导电剂为铁粉、镍粉、石墨或乙炔黑中的至少一种，所述的粘结剂为CMC或PTFE乳液中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的包覆式镍电极，其特征在于：所述的切拉网、冲孔网带、编织网或微孔金属片的材质为厚度＜1mm的金属带。
4.根据权利要求1所述的包覆式镍电极，其特征在于：所述的切拉网、冲孔网带、编织网或微孔金属片的孔径≤150目。
5.根据权利要求1所述的包覆式镍电极，其特征在于：所述的凸起和凹槽为直线型凸起和凹槽、虚线型凸起和凹槽或曲线型凸起和凹槽。
6.一种权利要求1所述的包覆式镍电极的制备方法，其特征在于包括以下步骤：（1）活性物质浆料的制备，首先将重量百分含量为90%-94%的氢氧化镍与重量百分含量为3%-5%的导电剂混合均匀，然后向上述混合物中加入重量百分含量为3%-5%的粘结剂，搅拌均匀即制得活性物质浆料；（2）包覆式镍电极的制备，将步骤（1）制得的活性物质浆料涂覆在发泡镍基体或毛刺钢带基体中，然后经高温烘干，压片，冲切，点焊极耳制得极板，将极板包覆切拉网、冲孔网带、编织网或微孔金属片后通过机械辊压或缝焊或机械辊压与缝焊后使极板被包覆于切拉网、冲孔网带、编织网或微孔金属片之内，再经压槽在极板及包覆于极板两侧的切拉网、冲孔网带、编织网或微孔金属片上共同形成相对应的凸起和凹槽即制得包覆式镍电极。
7.权利要求1所述的包覆式镍电极在制备铁镍电池、氢镍电池、镉镍电池、锌镍电池或铝电池中的应用。
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