CN105789713A - 一种长寿命圆柱形镍氢二次电池及其制备方法 - Google Patents

一种长寿命圆柱形镍氢二次电池及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于二次电池制备领域，公开了一种长寿命圆柱形镍氢二次电池及其制备方法。所述长寿命圆柱形镍氢二次电池，包括电池壳、正极片、负极片、隔膜和电解液，由隔膜隔开的正极片和负极片卷绕形成电池芯；所述电池芯最外圈的负极片一端设有延伸部，所述延伸部与所述电池壳内壁相连接。所述长寿命圆柱形镍氢二次电池的制备方法包括正极片制备，负极片制备，卷绕、装入电池壳，注入电解液，封口、化成及分选，即得到长寿命圆柱形镍氢二次电池。本发明中负极片采用超高温固化涂布在负极集流体上的负极浆料，负极密度更高，极片内部一致性更好，极片的柔韧性增强，非常有利于负极的储氢合金粉在循环时发挥更持久的效果，极大的提高电池的循环寿命。

Description

一种长寿命圆柱形镍氢二次电池及其制备方法
技术领域
本发明属于二次电池制备领域，具体涉及一种长寿命圆柱形镍氢二次电池及其制备方法。
背景技术
近年来，人们对环境污染的重视及对待环保的态度有明确的提高，越来越重视保护环境，节约能源，促使人们高度重视一次电池及镍镉电池、铅酸电池所产生的污染问题，这给作为没有污染的镍氢电池提供一个良好机会。但镍氢电池在使用寿命方面进展不佳，在控制成本情况下，有效延长寿命是一个新课题。
发明内容
为了克服现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种长寿命圆柱形镍氢二次电池；所述长寿命圆柱形镍氢二次电池通过改进，使得电池寿命明显提高。
本发明的另一目的在于提供上述长寿命圆柱形镍氢二次电池的制备方法。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种长寿命圆柱形镍氢二次电池，包括电池壳、正极片、负极片、隔膜和电解液，由隔膜隔开的正极片和负极片卷绕形成电池芯，所述电池芯置于电池壳内腔，所述电解液充灌于电池壳内腔空间；所述电池芯最外圈的负极片一端设有延伸部，所述延伸部与所述电池壳内壁相连接。
优选的，所述延伸部设于负极片在卷绕方向上的一端。
优选的，所述延伸部的长度为(π*D+5)毫米至(π*D+10)毫米，其中π为圆周率，D为电池壳的内径。
优选的，所述负极片的宽度比所述正极片的宽度大0.1-1毫米。
优选的，所述正极片包括正极集流体以及涂覆于所述正极集流体上的正极浆料；所述正极浆料的主要成分为氢氧化亚镍，还包括正极添加剂和粘合剂；所述正极添加剂包括CoO、Y2O3、TiO2或Yb2O3。
优选的，所述负极片包括负极集流体以及涂覆于所述负极集流体上的负极浆料；所述负极浆料的主要成分为储氢合金粉，还包括负极添加剂、粘合剂和水；所述负极添加剂包括镍粉和炭黑。
优选的，所述正极集流体为铝箔或泡沫状镍网。
优选的，所述负极集流体为铜网。
优选的，所述电解液为LiOH、NaOH或KOH所组成的三元或二元的电解液体系；更优选的，所述电解液中LiOH、NaOH、KOH和水的比例分别为0％-3％、0％-25％、0％-30％和60％-80％。
制备上述长寿命圆柱形镍氢二次电池的方法，包括以下步骤：
步骤一、配制正极浆料和负极浆料；
步骤二、在正极集流体上均匀涂覆正极浆料，并冲压成正极片；在负极集流体上均匀涂覆负极浆料，经过干燥后冲压裁切成负极片；所述负极片在卷绕方向上比正极片长，形成延伸部；
步骤三、将正极片、隔膜及负极片卷绕形成电池芯，装入电池壳内，电池芯最外圈的负极片延伸部与电池壳的内壁相连；
步骤四、在电池壳中添加电解液，封口，化成，得到所述长寿命圆柱形镍氢二次电池。
优选的，步骤一所述正极浆料主要成分为氢氧化亚镍，还包括正极添加剂和粘合剂；所述正极添加剂包括CoO、Y2O3、TiO2或Yb2O3。
优选的，步骤一所述负极浆料的主要成分为储氢合金粉，还包括负极添加剂、粘合剂和水；所述负极添加剂包括镍粉和炭黑。
优选的，步骤二中所述干燥的具体操作为在100-500℃下烘干。
优选的，步骤四所述电解液为LiOH、NaOH或KOH所组成的三元或二元的电解液体系；更优选的，所述电解液中LiOH、NaOH、KOH和水的比例分别为0％-3％、0％-25％、0％-30％和60％-80％。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
(1)本发明中所述负极片采用超高温固化涂布在负极集流体上的负极浆料，比烧结式制备方法制得的负极片的负极密度更高，极片内部一致性更好，极片的柔韧性增强，非常有利于负极的储氢合金粉在循环时发挥更持久的效果，极大的提高电池的循环寿命。
(2)本发明所述长寿命圆柱形镍氢二次电池的电池芯结构经过优化，可提高电池的循环寿命。
(3)本发明在负极的储氢合金粉用量不增加的情况下，本发明的电池比较正常使用镀镍钢带负极的电池寿命提高10-30％。
附图说明
图1为本发明实施例2所述长寿命圆柱形镍氢二次电池的结构示意图。其中，1为电池壳，2为正极片，3为隔膜，4为负极片。
图2为本发明实施例5所述长寿命圆柱形镍氢二次电池制备方法流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
如图1所示，一种长寿命圆柱形镍氢二次电池，包括电池壳1、正极片2、负极片4、隔膜3和电解液，由隔膜3隔开的正极片2和负极片4卷绕形成电池芯，所述电池芯置于电池壳1内腔，所述电解液充灌于电池壳1内腔空间；所述电池芯最外圈的负极片4一端设有延伸部，所述延伸部与所述电池壳1内壁相连接。
所述延伸部与所述电池壳1内壁相连接可用于导电。
具体的，所述延伸部设于负极片4在卷绕方向上的一端。
具体的，所述延伸部的长度为(π*D+5)毫米至(π*D+10)毫米，其中π为圆周率，D为电池壳1的内径。
具体的，所述负极片4的宽度比所述正极片2的宽度大0.1-1毫米。
具体的，所述正极片2包括正极集流体以及涂覆于所述正极集流体上的正极浆料；所述正极浆料的主要成分为氢氧化亚镍，还包括正极添加剂和粘合剂；所述正极添加剂包括CoO、Y2O3、TiO2或Yb2O3。
具体的，所述负极片4包括负极集流体以及涂覆于所述负极集流体上的负极浆料；所述负极浆料的主要成分为储氢合金粉，还包括负极添加剂、粘合剂和水；所述负极添加剂包括镍粉和炭黑。
具体的，所述正极集流体为铝箔或泡沫状镍网。
具体的，所述负极集流体为铜网。
具体的，所述电解液为LiOH、NaOH或KOH所组成的三元或二元的电解液体系；
更具体的，所述电解液中LiOH、NaOH、KOH和水的比例分别为0％-3％、0％-25％、0％-30％和60％-80％。
实施例2
一种长寿命圆柱形镍氢二次电池，包括电池壳、正极片、负极片、隔膜和电解液，由隔膜隔开的正极片和负极片卷绕形成电池芯，所述电池芯置于电池壳内腔，所述电解液充灌于电池壳内腔空间；负极片在卷绕方向上比正极片长π*D+5-10(mm)，宽度比正极片宽度大0-1mm。卷绕后的电池芯外圈负极片直接接触电池壳内壁来用于导电。
所述正极片包括正极集流体以及涂覆于所述正极集流体上的正极浆料；所述正极浆料的主要成分为氢氧化亚镍，还包括正极添加剂和粘合剂；所述正极添加剂包括CoO、Y2O3、TiO2或Yb2O3；所述正极集流体为泡沫状镍网。
所述负极片包括负极集流体以及涂覆于所述负极集流体上的负极浆料；所述负极浆料的主要成分为储氢合金粉，还包括负极添加剂、粘合剂和水；所述负极添加剂包括镍粉和炭黑；所述负极集流体为铜网。
所述电解液为LiOH、NaOH或KOH所组成的三元或二元的电解液体系；所述电解液中LiOH、NaOH、KOH和水的比例分别为0％-3％、0％-25％、0％-30％和60％-80％。
实施例3
一种制备上述长寿命圆柱形镍氢二次电池的方法，包括以下步骤：
步骤一、配制正极浆料和负极浆料；
步骤二、在正极集流体上均匀涂覆正极浆料，并冲压成正极片；在负极集流体上均匀涂覆负极浆料，经过干燥后冲压裁切成负极片；所述负极片在卷绕方向上比正极片长，形成延伸部；
步骤三、将正极片、隔膜及负极片卷绕形成电池芯，装入电池壳内，电池芯最外圈的负极片延伸部与电池壳的内壁相连；
步骤四、在电池壳中添加电解液，封口，化成，得到所述长寿命圆柱形镍氢二次电池。
具体的，步骤一所述正极浆料主要成分为氢氧化亚镍，还包括正极添加剂和粘合剂；所述正极添加剂包括CoO、Y2O3、TiO2或Yb2O3。
具体的，步骤一所述负极浆料的主要成分为储氢合金粉，还包括负极添加剂、粘合剂和水；所述负极添加剂包括镍粉和炭黑。
具体的，所述延伸部设于负极片在卷绕方向上的一端。
具体的，所述延伸部的长度为(π*D+5)毫米至(π*D+10)毫米，其中π为圆周率，D为电池壳的内径。
具体的，所述负极片的宽度比所述正极片的宽度大0.1-1毫米。
具体的，步骤二中所述干燥的具体操作为在100-500℃下烘干。
具体的，步骤四所述电解液为LiOH、NaOH或KOH所组成的三元或二元的电解液体系；更具体的，所述电解液中LiOH、NaOH、KOH和水的比例分别为0％-3％、0％-25％、0％-30％和60％-80％。
实施例4
一种长寿命圆柱形镍氢二次电池的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：正、负极浆料配制，正极浆料的主要成分为球形氢氧化镍，辅料中含有CoO，Y2O3，TiO2，Yb2O3作为添加剂；负极浆料的主要成分为储氢合金粉，使用水和粘合剂配制成浆料，辅料中含有镍粉和炭黑等；
步骤二：正极集流体均与涂覆正极浆料，冲压成正极片；负极集流体均匀涂布负极浆料，经过干燥冲压裁切成负极片，负极片在卷绕方向上比较正极片长π*D+5-10mm，D为电池壳的内径，负极片比正极片宽度宽0-1mm。
步骤三：正极片，隔膜，负极片卷绕形成电池芯，直接装入电池壳后，电池芯最外圈的负极片与电池壳的内壁接触；
步骤四：在电池壳中添加电解液后封口，化成，得到所述长寿命圆柱形镍氢二次电池。
实施例5
一种容量为2000毫安时的长寿命圆柱形镍氢二次电池的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、正极片的制备：使用球形氢氧化镍为正极浆料主体，添加CoO，Y2O3，Yb2O3作为添加剂，涂布在作为基体的泡沫状镍网上。其中球形氢氧化镍：CoO:Y2O3:PTFE:粘合剂的质量百分比为：90％：7％：2％：0.5％：0.5％。进过滚压裁切焊接极耳后得到正极片，正极片的尺寸为92mm×42mm×0.65mm(长X宽X厚)。
步骤2、负极片的制备：使用储氢合金粉作为浆料主体，与镍粉和炭黑、粘合剂和水一起混合后得到浆料，其中储氢合金粉：镍粉：炭黑：粘合剂的质量百分比为：95％：2％：2％：1％。将负极浆料涂布在负极基体铜网上，涂布后立即使铜网通过烘干设备，设备温度不低于100度，尽可能短的时间内使负极浆料固化在铜网上。完全烘干后通过滚压，裁切得到负极片，负极片的尺寸为129mm×42mm×0.25mm(长X宽X厚)。
步骤3、正负极极片完成后，按图2流程制作电池，隔膜使用日本43750隔膜，尺寸250mm×46mm×0.11mm。卷绕后，将电池芯装入电池壳中，添加电解液后封口，化成，分容后制成产品长寿命圆柱形镍氢二次电池。将所得产品长寿命圆柱形镍氢二次电池记为AA2000-改进型电池。
将实施例5所制得的AA2000-改进型电池与常规的2000毫安时镍氢二次电池进行测试比较，结果如下：
型号 容量mAh 内阻(毫欧) IEC寿命 1C/1C寿命
普通AA2000电池 2000 20 500周 300周
AA2000-改进型电池 2000 18 800周 500周
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种长寿命圆柱形镍氢二次电池，包括电池壳、正极片、负极片、隔膜和电解液，由隔膜隔开的正极片和负极片卷绕形成电池芯，所述电池芯置于电池壳内腔，所述电解液充灌于电池壳内腔空间，其特征在于：所述电池芯最外圈的负极片一端设有延伸部，所述延伸部与所述电池壳内壁相连接。
2.根据权利要求1所述的长寿命圆柱形镍氢二次电池，其特征在于：所述延伸部设于负极片在卷绕方向上的一端。
3.根据权利要求1所述的长寿命圆柱形镍氢二次电池，其特征在于：所述延伸部的长度为(π*D+5)毫米至(π*D+10)毫米，其中π为圆周率，D为电池壳的内径。
4.根据权利要求1所述的长寿命圆柱形镍氢二次电池，其特征在于：所述负极片的宽度比所述正极片的宽度大0.1-1毫米。
5.根据权利要求1所述的长寿命圆柱形镍氢二次电池，其特征在于：所述正极片包括正极集流体以及涂覆于所述正极集流体上的正极浆料；所述正极浆料的主要成分为氢氧化亚镍，还包括正极添加剂和粘合剂；所述正极添加剂包括CoO、Y2O3、TiO2或Yb2O3。
6.根据权利要求1所述的长寿命圆柱形镍氢二次电池，其特征在于：所述负极片包括负极集流体以及涂覆于所述负极集流体上的负极浆料；所述负极浆料的主要成分为储氢合金粉，还包括负极添加剂、粘合剂和水；所述负极添加剂包括镍粉和炭黑。
7.根据权利要求1所述的长寿命圆柱形镍氢二次电池，其特征在于：所述正极集流体为铝箔或泡沫状镍网；所述负极集流体为铜网。
8.根据权利要求1所述的长寿命圆柱形镍氢二次电池，其特征在于：所述电解液为LiOH、NaOH或KOH所组成的三元或二元的电解液体系；所述电解液中LiOH、NaOH、KOH和水的比例分别为0％-3％、0％-25％、0％-30％和60％-80％。
9.根据权利要求1-8任一项所述的长寿命圆柱形镍氢二次电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、配制正极浆料和负极浆料；
步骤二、在正极集流体上均匀涂覆正极浆料，并冲压成正极片；在负极集流体上均匀涂覆负极浆料，经过干燥后冲压裁切成负极片；所述负极片在卷绕方向上比正极片长，形成延伸部；
步骤三、将正极片、隔膜及负极片卷绕形成电池芯，装入电池壳内，电池芯最外圈的负极片延伸部与电池壳的内壁相连；
步骤四、在电池壳中添加电解液，封口，化成，得到所述长寿命圆柱形镍氢二次电池。
10.根据权利要求9所述的长寿命圆柱形镍氢二次电池的制备方法，其特征在于：步骤二中所述干燥的具体操作为在100-500℃下烘干。
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