CN106654075A - 一种改善动力型镍氢电池抗震性能的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种改善动力型镍氢电池抗震性能的方法，从如下几个方面进行改进：(1)制备高强度电极板；(2)采用高温耐碱胶带缠绕卷绕后的电芯最外圈；(3)采用中心处豁口马蹄形设计的负极集流片；(4)在电芯顶端的正极集流片上采用边壁变薄加高设计的正极保护圈。有效解决了现有技术导致电池失效的各种安全隐患问题，大幅度提高了低容量空极组镍氢电池的抗震性能。
Description
技术领域
本发明涉及镍氢电池领域，具体涉及一种改善动力型镍氢电池抗震性能的方法，尤其是低容量动力型镍氢电池。
背景技术
近年来，随着我国小家电市场的不断发展壮大，作为小家电能源动力的提供者，镍氢电池尤其是动力型镍氢电池(普遍应用的动力型镍氢电池为SC型、C型和D型)的需求也随之不断增加。目前，动力型镍氢电池分为高容量动力型镍氢电池，其容量为SC型镍氢电池2.5Ah及其以上，C型镍氢电池4.0Ah及其以上，D型镍氢电池5.0Ah及其以上和低容量动力型镍氢电池，其容量为SC型镍氢电池2.5Ah以下，C型镍氢电池4.0Ah以下，D型镍氢电池5.0Ah以下。对于高容量动力型镍氢电池，一般采用正负极集流片焊接技术，增加电池导电性，降低电池内阻，提高功率性能。其制作工艺简便，成本较低。对于低容量动力型镍氢电池，一般采用由AAA型或AA型电池并联组合后装配在SC型、C型或D型电池壳里制作完成。其制作工艺繁琐，电池成本高，人工成本高，并且要求其组合用的AAA型或AA型电池一致性好，稳定性好，均一性高。如果对低容量动力型镍氢电池也采用正负极集流片焊接技术，由于其容量低，极组较细，壳内剩余空间较大，在电池运输或工作过程中，由于振动，电池轻者有不同程度的发热现象，壳身发烫并且摇晃电池时电池内部电芯晃动，电池电压及内阻大幅度变动；严重者着火，爆炸，泄气冒碱。这些现象表明对于动力型镍氢电池尤其是低容量空极组动力型镍氢电池的抗震性能很差，电池存在高风险的安全隐患。
发明内容
本发明针对现有技术不足，提供一种改善动力型镍氢电池抗震性能的方法，主要针对低容量空极组动力型镍氢电池，有效解决了现有技术导致电池失效的各种安全隐患问题，大幅度提高了低容量空极组镍氢电池的抗震性能。
本发明采用的技术方案为：
一种改善动力型镍氢电池抗震性能的方法，所述镍氢电池包括正极板、负极板、夹设于正极板和负极板之间的隔膜、电池盖帽和电池壳；所述正极板、负极板以及隔膜卷绕成电芯，所述电芯设置于所述电池壳内，电芯顶端装有正极集流片，电芯底端装有负极集流片，从如下几个方面进行改进：
(1)制备高强度电极板；
(2)采用高温耐碱胶带缠绕卷绕后的电芯最外圈；
(3)采用中心处设置马蹄形豁口式设计的负极集流片；
(4)在电芯顶端的正极集流片上采用边壁变薄加高设计的正极保护圈。
所述的方法，方面(1)中高强度电极板为高强度正极板，是采用在正极浆料中加入复配式黏合剂的方式进行高强度正极板的制作。
所述的方法，所述复配式黏合剂为复配式CMC黏合剂，所述复配式CMC黏合剂是以黏度为300-400mpa.s的低黏度CMC黏合剂和黏度为2000-2200mpa.s的高黏度CMC黏合剂进行复配。
所述的方法，所述低黏度CMC黏合剂的质量浓度为1％；所述高黏度CMC黏合剂的质量浓度为1％。
所述的方法，所述低黏度CMC黏合剂按照重量比为20％-40％的比例添加到正极浆料中；所述高黏度CMC黏合剂按照重量比为60％-80％的比例添加正极浆料中。
所述的方法，方面(3)中所述负极集流片的中心处具有突起的马蹄形豁口。
所述的方法，方面(4)中正极保护圈具有环形座和与环形座相接的环形边壁；所述环形边壁的内径从与环形座的相接处逐渐增大，即环形边壁从与环形座的相接处逐渐变薄；所述正极保护圈的外径不变；所述环形座设置在正极集流片上，环形边壁的外围与电池壳内部相抵。
一种动力型镍氢电池的制备方法，采用所述的改善动力型镍氢电池抗震性能的方法，具体包括如下步骤，
1)制作电池高强度正极板：将复配式CMC黏合剂、去离子水和正极粉均匀搅拌进行正极和浆、正极拉浆；
2)制作电池负极板；
3)裁剪隔膜；
4)电极板整理：按所需尺寸对正极板和负极板进行裁剪，并软化正极板；
5)卷绕电芯：将高强度正极板、负极板和隔膜进行卷绕；
6)缠绕高温耐碱胶带：采用高温耐碱胶带缠绕在已卷绕好的电芯的最外圈；
7)正极抿边；
8)点焊正、负极集流片；
9)装配电池正极保护圈；
10)入壳焊底、滚槽涂油、电焊盖帽；
11)配制碱液、注液封口、化成分选、组合包装。
所述的制备方法，步骤8)点焊负极集流片具体为，先在电芯底部采用6点焊接方式将负极集流片点焊在电芯底部，电芯入壳后，再将负极集流片中心突起的马蹄形豁口与电池壳底采用1点焊接。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明高强度正极板制作：正极浆料均匀分散在泡沫镍基体孔隙内与泡沫镍基体表面，正极浆料与泡沫镍基体浸润性较好；正极板烘干后表面颜色均一，无气泡造成的坑点；正极板轧膜后，表面光滑、颜色均一、无浮粉，并且正极板柔韧性较高，正极浆料与泡沫镍基体粘附力较高，轻微抖动无正极粉掉落。
2、本发明的高温耐碱胶带：低容量动力型镍氢电池极组较细，壳内剩余空间较大，采用高温耐碱胶带缠绕卷绕好的电芯，有效防止电芯松卷，起到固定电芯的作用。
3、本发明的负极集流片：负极集流片中心豁口马蹄形设计，有效增加负极集流片的柔韧性和弹性，同时增加电芯底部负极与负极集流片，负极集流片与钢壳间的焊接强度，起到固定极组电芯的作用。
4、本发明的正极保护圈：(1)保护住正极集流片，使得正极集流片与电池钢壳隔离开，避免由于正极集流片与电池钢壳接触造成短路引起的安全性隐患。(2)固定电芯，防止电芯在钢壳内部产生晃动造成短路。
附图说明
图1为本发明空极组镍氢电池截面图。
图2为本发明负极集流片设计图。
图3为本发明正极保护圈设计图。
图4为实施例1低容量动力电池的制作流程示意图。
具体实施方式
本发明主要通过下述4种技术方案有效结合实现提高低容量动力型镍氢电池的抗震性能，如图1所示。(1)采用高强度电极板尤其是高强度正极板2；(2)采用高温耐碱胶带3缠绕卷绕后的极组电芯最外圈；(3)采用中心处豁口马蹄形设计的负极集流片4；(4)采用边壁变薄加高设计的正极保护圈1。
具体阐述如下：
(1)采用高强度电极板尤其是高强度正极板2：正极是构成镍氢电池的主要要素之一，正极板的好坏不仅直接影响电池容量，寿命，荷电，大电流放点平台等基本性能，正极板2强度不够即正极浆料与正极泡沫镍相互渗透、浸润、粘附力差还直接影响电池的安全性能。本发明通过采用复配式黏合剂实现高强度正极板的制作。被选作电池极板用的粘合剂应具有在碱液中稳定，有一定的黏结强度和柔韧性，做成电极后在电解液中不膨胀、不松散、不脱粉，有一定的透气性。本发明优先选用复配式CMC黏合剂，CMC是一种亲水性黏合剂，易溶于水，有良好的分散性与结合力，并有吸附和保持水分的能力，以1％浓度的CMC为例，CMC粘度较高，正极浆料与泡沫镍粘附力较好，但正极浆料与泡沫镍孔隙内部的浸润程度较差，正极浆料不能均匀的分散在泡沫镍基体孔隙内；CMC粘度较低，正极浆料与泡沫镍的浸润程度较好，正极浆料能很好的均匀分散在泡沫镍孔隙内，但正极浆料与泡沫镍的粘附力较差，使得正极板在碱液中容易膨胀而脱粉，因此本发明采用1％浓度的低黏度CMC优选型号为WS-C，黏度为300-400mpa.s和1％浓度的高黏度CMC优选型号为2200，黏度为2000-2200mpa.s，按比例添加到正极浆料中，使得正极浆料既能够很好的均匀浸润到泡沫镍基体孔隙内及表面又能够使正极浆料与泡沫镍基体有很好的粘附力，提高正极板2的柔韧性及强度，使得正极板2表面光滑无浮粉并且在碱液中不易膨胀和脱粉，提高电池寿命及大电流放电平台等基本性能的同时，降低由于正极脱粉导致的电池低压、短路等引起的安全隐患。
(2)采用高温耐碱胶带3缠绕卷绕后极组电芯的最外圈，低容量动力型镍氢电池极组较细，装配在电池壳内时壳内剩余空间较大，极组最外圈缠绕高温耐碱胶带3能有效防止电芯极组松卷，起到固定电芯的作用。
(3)采用中心处豁口马蹄形设计的负极集流片4，如图2所示，负极集流片4中心采用有突起的豁口马蹄形4.1设计，增加负极集流片4的柔韧性，有效防止由于振动导致的负极集流片4与电池壳底部焊接处焊点松动或负极集流片4在与电池壳底部焊接处的断裂现象，并能保证电池电压、内阻在振动前后保持一致。
(4)采用边壁变薄加高设计的正极保护圈1，如图3所示，有效的隔离由于振动导致的正极集流片5脱离护圈保护与电池壳的接触，降低电池短路发烫引起的安全隐患。
实施例1低容量动力电池D型号
如图1所示以低容量动力电池D型号，容量3.0Ah电池为例实施说明。采用本发明改善动力型镍氢电池抗震性能的方法，其制备方法如下：
1)电池高强度正极板2的制作
制作容量为3.0Ah的D型动力电池，正极粉重量设计为12g，正极尺寸设计为150mmx50mmx0.595mm。
正极黏合剂的选用：采用复配式CMC黏合剂。具体为：选用1％浓度的低黏度(黏度为300-400mpa.s)CMC(优选型号为WS-C)、1％浓度的高黏度(黏度为2000-2200mpa.s)CMC(优选型号为2200)；其中，1％浓度低黏度CMC(优选型号为WS-C)按照重量比为20％-40％的比例添加到正极浆料中，1％浓度的高黏度CMC(优选型号为2200)按照重量比为60％-80％的比例添加正极浆料中。
正极和浆：将复配式CMC黏合剂、去离子水和正极粉均匀搅拌40min。
正极拉浆：搅拌均匀后进行拉浆，正极浆料流动性好，浆料内部无气泡鼓出，浆料细腻程度高。
2)电池负极板的制作
负极粉重量设计为13g，负极尺寸设计为205mmx48mmx0.28mm。
负极合浆：将合金粉，粘合剂，去离子水均匀搅拌40min。
负极拉浆：搅拌均匀后进行负极拉浆。(负极的和浆与拉浆可采用常规制备方法)
3)隔膜
选用吸液及保液性能较好的国产磺化隔膜。
隔膜裁剪：隔膜分两段式裁剪，隔膜Ⅰ和隔膜Ⅱ，隔膜Ⅰ尺寸设计为250mmx50mm，隔膜Ⅱ尺寸设计为220mmx50mm。
4)电极板整理
正极负极按上述尺寸进行裁剪，软化正极板。
5)卷绕电芯
将高强度正极板、负极板和隔膜进行卷绕；由于步骤1)制备的高强度正极板表面光滑，平整度好，柔韧性好，因此卷绕的电芯圆度较好。
6)缠绕高温耐碱胶带
采用高温耐碱胶带缠绕在已卷绕好电芯的最外圈，保证卷绕好电芯不松卷，并固定电芯圆度及松紧度。
7)正极抿边
对固定好的电芯进行正极抿边。
8)点焊正、负极集流片
采用电芯顶部点焊正极集流片-电芯底部点焊负极集流片进行装配，电芯底部点焊负极集流片采用如图2所示的负极集流片焊接，焊点采用6点焊接，电芯入壳后再采用1点焊接，具体为如图2中所示电芯底部与负极集流片采用6个焊点Ⅰ4.2的焊接形式，负极集流片突起的马蹄形豁口处与电池钢壳底采用1个焊点Ⅱ4.3的焊接形式。
9)装配电池正极保护圈
将上述电芯底部焊接到电池壳底部后，电芯顶部采用如图3所示的正极保护圈1进行装配。
10)入壳焊底、滚槽涂油、电焊盖帽。
11)配制碱液、注液封口、化成分选、组合包装。
实施例2电池振动测试
将实施例1经过焊帽-注液-封口-化成-老化-活化-分选后的电池充满电。将充满电的电池按照国家标准IEC62133《便携式密封二次单体电池及应用于便携设备中由它们制造的电池的安全要求》标准中关于电池振动性能的测试方法进行测试，测试后各测量20支电池的电压，内阻，观察表观现象及解刨电池。
实施例制作的电池经过测试后表明，电池的电压、内阻测试前后无变化，电池内部电芯无晃动，解刨5支电池发现电芯底部和负极集流片上部无正极粉堆积，拆解后正极板无掉粉现象，粘附力较好。如表2所示，通过采用本发明改善动力型镍氢电池抗震性能的方法对低容量空极组动力型镍氢电池进行串动保护，达到提高低容量空极组动力型镍氢电池的抗震性能，有效解决了低容量空极组动力型镍氢电池由于各种振动导致的安全隐患问题。
表1本发明制作的其中20支电池测试数据表
Claims (9)
1.一种改善动力型镍氢电池抗震性能的方法，所述镍氢电池包括正极板、负极板、夹设于正极板和负极板之间的隔膜、电池盖帽和电池壳；所述正极板、负极板以及隔膜卷绕成电芯，所述电芯设置于所述电池壳内，电芯顶端装有正极集流片，电芯底端装有负极集流片，其特征在于，从如下几个方面进行改进：
(1)制备高强度电极板；
(2)采用高温耐碱胶带缠绕卷绕后的电芯最外圈；
(3)采用中心处设置马蹄形豁口式设计的负极集流片；
(4)在电芯顶端的正极集流片上采用边壁变薄加高设计的正极保护圈。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，方面(1)中高强度电极板为高强度正极板，是采用在正极浆料中加入复配式黏合剂的方式进行高强度正极板的制作。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述复配式黏合剂为复配式CMC黏合剂，所述复配式CMC黏合剂是以黏度为300-400mpa.s的低黏度CMC黏合剂和黏度为2000-2200mpa.s的高黏度CMC黏合剂进行复配。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述低黏度CMC黏合剂的质量浓度为1％；所述高黏度CMC黏合剂的质量浓度为1％。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述低黏度CMC黏合剂按照重量比为20％-40％的比例添加到正极浆料中；所述高黏度CMC黏合剂按照重量比为60％-80％的比例添加正极浆料中。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，方面(3)中所述负极集流片的中心处具有突起的马蹄形豁口。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，方面(4)中正极保护圈具有环形座和与环形座相接的环形边壁；所述环形边壁的内径从与环形座的相接处逐渐增大，即环形边壁从与环形座的相接处逐渐变薄；所述正极保护圈的外径不变；所述环形座设置在正极集流片上，环形边壁的外围与电池壳内部相抵。
8.一种动力型镍氢电池的制备方法，其特征在于，采用如权利要求1-7所述的改善动力型镍氢电池抗震性能的方法，具体包括如下步骤，
1)制作电池高强度正极板：将复配式CMC黏合剂、去离子水和正极粉均匀搅拌进行正极和浆、正极拉浆；
2)制作电池负极板；
3)裁剪隔膜；
4)电极板整理：按所需尺寸对正极板和负极板进行裁剪，并软化正极板；
5)卷绕电芯：将高强度正极板、负极板和隔膜进行卷绕；
6)缠绕高温耐碱胶带：采用高温耐碱胶带缠绕在已卷绕好的电芯的最外圈；
7)正极抿边；
8)点焊正、负极集流片；
9)装配电池正极保护圈；
10)入壳焊底、滚槽涂油、电焊盖帽；
11)配制碱液、注液封口、化成分选、组合包装。
9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤8)点焊负极集流片具体为，先在电芯底部采用6点焊接方式将负极集流片点焊在电芯底部，电芯入壳后，再将负极集流片中心突起的马蹄形豁口与电池壳底采用1点焊接。
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