一种镍氢动力电池负极极片的制备方法
技术领域
本发明属于动力电池制备技术领域,具体涉及一种镍氢动力电池负极极片的制备方法。
背景技术
随着社会发展及石油资源的日益枯竭,电动领域越来越受到关注,对于动力电池的研究也达到一个前所未有的新阶段。所谓动力电池,多指为电动汽车、电动列车、电动自行车、高尔夫球车提供动力的蓄电池,由于使用条件苛刻,其必须具有高能量密度、使用寿命常、安全可靠等特点,因此,其制备工艺也需要不断提升。
目前,行业内动力电池的负极基本采用干法上粉制成,虽然这样的制备工艺简单,但干法上粉由于完全采用储氢合金粉末,存在脱粉、粉尘易扩散污染、损耗大等问题。同时,制得的负极极片缺乏韧性,在进行电池的卷绕收尾工序时,未被隔膜包住的部分容易折断,造成电池导电性差,容易脱粉等问题,对电池的容量和寿命都产生很大影响;并且,还会造成电池的自放电增大、使用后期易出现欠压和短路等问题,对电池产生安全隐患。
发明内容
本发明的目的是提供一种镍氢动力电池负极极片的制备方法,解决了现有干法制备方法存在的负极极片韧性差、易脱粉的问题。
本发明所采用的技术方案是,一种镍氢动力电池负极极片的制备方法,具体按照以下步骤实施:
步骤1、
将羧甲基纤维素钠与去离子水按质量比为1.3:98.5~98.8的比例混合均匀,制得羧甲基纤维素钠溶液;
步骤2、
按质量百分比分别称取以下原料:
储氢合金粉83%~85%,经步骤1制得的羧甲基纤维素钠溶液13%~15%,导电炭黑0.3%~0.5%,质量浓度为50%的SBR乳液0.7%~0.9%,去离子水0.6%~0.8%,以上组分的含量总和为100%;
步骤3、
将经步骤2称量好的导电炭黑加入羧甲基纤维素钠溶液中,搅拌均匀,制得混合浆料A;
步骤4、
将经步骤2称量好的储氢合金粉及去离子水加入经步骤3制得的混合浆料A中,混合均匀,制得混合浆料B;
步骤5、
将称量好的SBR乳液加入经步骤4制得的混合浆料B中,混合均匀,制得负极浆料;
步骤6、
将经步骤5制得的负极浆料放入烘炉,以2.1-2.5m/min的速率依次通过烘炉的五个温区:110~150℃加热区,110~150℃保温区,110~150℃保温区,90~120℃降温区,80~110℃降温区;
步骤7、
将经步骤6处理的负极浆料放入料槽,根据需制备的极片厚度调整对辊机压力至200~420MPa,打开拉浆机和对辊机,以2.1-2.5m/min的拉浆速率拉浆生产,制得动力电池负极极片。
本发明的特点还在于,
步骤1中,羧甲基纤维素钠溶液的具体制备方法为:将羧甲基纤维素钠缓慢倒入去离子水中,以20-25Hz的频率连续搅拌,至羧甲基纤维素钠溶液充分溶解为止。
步骤3中,导电炭黑和羧甲基纤维素钠溶液的具体混合方法为:导电炭黑和羧甲基纤维素钠溶液的混合液以10~20Hz的频率搅拌3~5min后,再调整频率至20~25Hz连续搅拌,直到导电炭黑充分悬浮于羧甲基纤维素钠溶液中。
步骤4中,储氢合金粉的具体混合方法为:将储氢合金粉分为质量相等的两份,将其中一份加入混合浆料A,以20~25Hz的频率搅拌8~10min,停止搅拌后,一同加入另一份储氢合金粉及称量好的去离子水,以20~25Hz的频率搅拌3~5min,再调整频率至45~50Hz搅拌90~95min。
步骤5中,具体搅拌方法为:SBR乳液和混合浆料B以15~20Hz的频率搅拌5~8min,再调整频率至5~8Hz搅拌5~10min。
本发明的有益效果是,
一种镍氢动力电池负极极片的制备方法,通过将储氢合金粉与羧甲基纤维素钠溶液、SBR乳液等混合,使制造极片的原料由固态粉末转为液态浆料,消除了干法制备负极极片过程中金属粉因掉粉而扩散污染的问题,有效保护生产员工吸入粉尘,同时,制得的负极极片具有更高的韧性,使负极极片不易断片,大大提高了电池的安全性及寿命。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明。
本发明一种镍氢动力电池负极极片的制备方法,具体按照以下步骤实施:
步骤1、
将羧甲基纤维素钠与去离子水按质量比为1.3:98.5~98.8的比例混合:首先将羧甲基纤维素钠缓慢倒入去离子水中,然后以20-25Hz的频率连续搅拌,至羧甲基纤维素钠溶液充分溶解为止制得羧甲基纤维素钠溶液;
步骤2、
按质量百分比分别称取以下原料:
储氢合金粉83%~85%,经步骤1制得的羧甲基纤维素钠溶液13%~15%,导电炭黑0.3%~0.5%,质量浓度为50%的SBR乳液0.7%~0.9%,去离子水0.6%~0.8%,以上组分的含量总和为100%;
步骤3、
将经步骤2称量好的导电炭黑加入羧甲基纤维素钠溶液中,以10~20Hz的频率搅拌3~5min后,再调整频率至20~25Hz连续搅拌,直到导电炭黑充分悬浮于羧甲基纤维素钠溶液中,制得混合浆料A;
步骤4、
将经步骤2称量好的储氢合金粉分为质量相等的两份,将其中一份加入经步骤3制得的混合浆料A中,以20~25Hz的频率搅拌8~10min,停止搅拌后,一同加入另一份储氢合金粉及称量好的去离子水,以20~25Hz的频率搅拌3~5min,再调整频率至45~50Hz搅拌90~95min,制得混合浆料B;
步骤5、
将经步骤2称量好的SBR乳液加入经步骤4制得的混合浆料B中,以15~20Hz的频率搅拌5~8min,再调整频率至5~8Hz搅拌5~10min,制得负极浆料;
步骤6、
将经步骤5制得的负极浆料放入烘炉,以2.1-2.5m/min的速率依次通过烘炉的五个温区:110~150℃加热区,110~150℃保温区,110~150℃保温区,90~120℃降温区,80~110℃降温区;
步骤7、
将经步骤6处理的负极浆料放入料槽,根据需制备的极片厚度调整对辊机压力至200~420MPa,打开拉浆机和对辊机,以2.1-2.5m/min的拉浆速率拉浆生产,制得动力电池负极极片。
本发明步骤1中,羧甲基纤维素钠作为一种增稠剂,将羧甲基纤维素钠和去离子水的混合比控制为1.3:98.5~98.8,是因为当羧甲基纤维素钠含量过多时,会提高浆料的固含量,造成电池在组装过程中发生断裂;当羧甲基纤维素钠含量过低时,会降低浆料的固含量,造成极片脱粉而无法使用。
本发明步骤2中,先将羧甲基纤维素钠溶液缓慢倒入去离子水中,再搅拌,是因为羧甲基纤维素钠溶液分子颗粒小,比表面积大,不容易分散,为了达到更好的分散效果而按此步骤操作。
本发明步骤3中,将导电炭黑按不同的频率和时间进行搅拌,是因为导电炭黑分子颗粒小,比表面积大,不容易分散,这样操作可以进一步提高导电炭黑的分散效果。
本发明步骤4中,将储氢合金粉分为质量相等的两份,并依次加入混合浆料A中,是因为储氢合金粉为固相,且密度大,不易分散于液相体系中,所以,为了使储氢合金粉能充分地分散于液相中而按照上述步骤进行。
本发明步骤6中,将负极浆料依次通过烘炉的五个温区,是为了使负极浆料有一个逐步升温—保温—逐步降温的过程,这样可使负极浆料中的水分等到有效蒸发,使负极浆料的含水量适合制作极片。
本发明中,储氢合金粉的生产厂家为内蒙古包钢稀土高科技股份有限公司,目前电池生产行业普遍使用,故无需赘述。
实施例1
将羧甲基纤维素钠与去离子水按质量比为1.3:98.5的比例混合:首先将羧甲基纤维素钠缓慢倒入去离子水中,然后以20Hz的频率连续搅拌,至羧甲基纤维素钠溶液充分溶解为止制得羧甲基纤维素钠溶液;
按质量百分比分别称取以下原料:
储氢合金粉83%,制得的羧甲基纤维素钠溶液15%,导电炭黑0.5%,质量浓度为50%的SBR乳液0.7%,去离子水0.8%,以上组分的含量总和为100%;
将称量好的导电炭黑加入羧甲基纤维素钠溶液中,以10Hz的频率搅拌5min后,再调整频率至20Hz连续搅拌,直到导电炭黑充分悬浮于羧甲基纤维素钠溶液中,制得混合浆料A。再将称量好的储氢合金粉分为质量相等的两份,将其中一份加入制得的混合浆料A中,以20Hz的频率搅拌10min,停止搅拌后,一同加入另一份储氢合金粉及称量好的去离子水,以20Hz的频率搅拌5min,再调整频率至45Hz搅拌95min,制得混合浆料B。将称量好的SBR乳液加入制得的混合浆料B中,以15Hz的频率搅拌8min,再调整频率至5Hz搅拌10min,制得负极浆料。将制得的负极浆料放入烘炉,以2.1m/min的速率依次通过烘炉的五个温区:110℃加热区,110℃保温区,110℃保温区,90℃降温区,80℃降温区。将加热的负极浆料放入料槽,根据需制备的极片厚度调整对辊机压力至200MPa,打开拉浆机和对辊机,以拉浆速率2.1m/min拉浆生产,制得动力电池负极极片。
实施例2
将羧甲基纤维素钠与去离子水按质量比为1.3:98.6的比例混合:首先将羧甲基纤维素钠缓慢倒入去离子水中,然后以21Hz的频率连续搅拌,至羧甲基纤维素钠溶液充分溶解为止制得羧甲基纤维素钠溶液;
按质量百分比分别称取以下原料:
储氢合金粉84%,制得的羧甲基纤维素钠溶液14%,导电炭黑0.3%,质量浓度为50%的SBR乳液0.9%,去离子水0.8%,以上组分的含量总和为100%;
将称量好的导电炭黑加入羧甲基纤维素钠溶液中,以12Hz的频率搅拌4.5min后,再调整频率至21Hz连续搅拌,直到导电炭黑充分悬浮于羧甲基纤维素钠溶液中,制得混合浆料A。再将称量好的储氢合金粉分为质量相等的两份,将其中一份加入制得的混合浆料A中,以21Hz的频率搅拌9.5min,停止搅拌后,一同加入另一份储氢合金粉及称量好的去离子水,以21Hz的频率搅拌4.5min,再调整频率至46Hz搅拌94min,制得混合浆料B。将称量好的SBR乳液加入制得的混合浆料B中,以16Hz的频率搅拌7min,再调整频率至6Hz搅拌9min,制得负极浆料。将制得的负极浆料放入烘炉,以2.2m/min的速率依次通过烘炉的五个温区:120℃加热区,120℃保温区,120℃保温区,100℃降温区,90℃降温区。将加热的负极浆料放入料槽,根据需制备的极片厚度调整对辊机压力至270MPa,打开拉浆机和对辊机,以拉浆速率2.2m/min拉浆生产,制得动力电池负极极片。
实施例3
将羧甲基纤维素钠与去离子水按质量比为1.3:98.7的比例混合:首先将羧甲基纤维素钠缓慢倒入去离子水中,然后以23Hz的频率连续搅拌,至羧甲基纤维素钠溶液充分溶解为止制得羧甲基纤维素钠溶液;
按质量百分比分别称取以下原料:
储氢合金粉85%,制得的羧甲基纤维素钠溶液13%,导电炭黑0.4%,质量浓度为50%的SBR乳液0.9%,去离子水0.7%,以上组分的含量总和为100%;
将称量好的导电炭黑加入羧甲基纤维素钠溶液中,以15Hz的频率搅拌4min后,再调整频率至23Hz连续搅拌,直到导电炭黑充分悬浮于羧甲基纤维素钠溶液中,制得混合浆料A。再将称量好的储氢合金粉分为质量相等的两份,将其中一份加入制得的混合浆料A中,以23Hz的频率搅拌9min,停止搅拌后,一同加入另一份储氢合金粉及称量好的去离子水,以23Hz的频率搅拌4min,再调整频率至48Hz搅拌92min,制得混合浆料B。将称量好的SBR乳液加入制得的混合浆料B中,以18Hz的频率搅拌6min,再调整频率至7Hz搅拌8min,制得负极浆料。将制得的负极浆料放入烘炉,以2.4m/min的速率依次通过烘炉的五个温区:130℃加热区,130℃保温区,130℃保温区,110℃降温区,100℃降温区。将加热的负极浆料放入料槽,根据需制备的极片厚度调整对辊机压力至350MPa,打开拉浆机和对辊机,以拉浆速率2.4m/min拉浆生产,制得动力电池负极极片。
实施例4
将羧甲基纤维素钠与去离子水按质量比为1.3:98.8的比例混合:首先将羧甲基纤维素钠缓慢倒入去离子水中,然后以25Hz的频率连续搅拌,至羧甲基纤维素钠溶液充分溶解为止制得羧甲基纤维素钠溶液;
按质量百分比分别称取以下原料:
储氢合金粉85%,制得的羧甲基纤维素钠溶液13.2%,导电炭黑0.4%,质量浓度为50%的SBR乳液0.8%,去离子水0.6%,以上组分的含量总和为100%;
将称量好的导电炭黑加入羧甲基纤维素钠溶液中,以20Hz的频率搅拌3min后,再调整频率至25Hz连续搅拌,直到导电炭黑充分悬浮于羧甲基纤维素钠溶液中,制得混合浆料A。再将称量好的储氢合金粉分为质量相等的两份,将其中一份加入制得的混合浆料A中,以25Hz的频率搅拌8min,停止搅拌后,一同加入另一份储氢合金粉及称量好的去离子水,以25Hz的频率搅拌3min,再调整频率至50Hz搅拌90min,制得混合浆料B。将称量好的SBR乳液加入制得的混合浆料B中,以20Hz的频率搅拌5min,再调整频率至8Hz搅拌5min,制得负极浆料。将制得的负极浆料放入烘炉,以2.5m/min的速率依次通过烘炉的五个温区:150℃加热区,150℃保温区,150℃保温区,120℃降温区,110℃降温区。将加热的负极浆料放入料槽,根据需制备的极片厚度调整对辊机压力至420MPa,打开拉浆机和对辊机,以拉浆速率2.5m/min拉浆生产,制得动力电池负极极片。