CN109326772B - 镍氢电池及镍氢电池的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了负极片、负极片的制作方法及镍氢电池。一种负极片，包括钢带、以及覆盖于所述钢带两侧的储氢合金层；所述储氢合金层包括位于所述钢带的其中一端或所述钢带的两端的减料层、以及与所述减料层相连的常料层；所述减料层的厚度小于所述常料层的厚度。负极片的两端在制成镍氢电池时卷绕后分别为最内圈和最外圈，由于负极卷绕后的最内圈的内侧与最外圈的外侧无正极片对应，也即负极片的单侧与正极片对应，因此在储氢合金层的其中一端或者两端设置减料层，厚度小于常料层的厚度，所需的储氢合金材料减少，同时还能满足单侧对应正极片的工作需求，有效降低了储氢合金用量，提升了储氢合金的利用率。

Description

镍氢电池及镍氢电池的制作方法

技术领域

本发明涉及镍氢二次电池技术领域，尤其涉及负极片、负极片的制作方法及镍氢电池。

背景技术

镍氢电池是一种工艺成熟的二次电池，目前已经得到了广泛应用。镍氢电池的制作工艺非常成熟，其为将正极片、负极片、隔膜等部件卷绕制成镍氢电池；卷绕过程负极片要全部覆盖正极片，即正极片的两面都会有负极片对应，而只有正负极对应的位置，活性物质才能充分发挥作用，而负极片卷绕时的最内圈和最外圈无正极片对应；现有技术中的负极片的制作工艺一般是将储氢合金粉均匀的涂覆到镀镍冲孔钢带的两侧，因此无正极对应的负极片位置的合金粉不能得到充分利用，使得储氢合金粉利用率较低。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种负极片，旨在解决现有技术中，负极片上的储氢合金粉利用率不高的问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

负极片，包括钢带、以及覆盖于所述钢带两侧的储氢合金层；所述储氢合金层包括位于所述钢带的其中一端或所述钢带的两端的减料层、以及与所述减料层相连的常料层；所述减料层的厚度小于所述常料层的厚度。

进一步地，所述减料层的厚度与所述常料层的厚度之比的范围为[0.5，1）。

进一步地，所述储氢合金层包括储氢合金、以及与所述储氢合金混合设置的羧甲基纤维素。

进一步地，所述减料层的厚度范围为0.01毫米-1毫米。

进一步地，所述常料层的厚度范围为0.01毫米-1毫米。

本发明的另一个目的在于提供一种负极片的制作方法，包括如下步骤：

S11、在所述钢带的两侧涂覆储氢合金浆料；

S12、将涂覆有所述储氢合金浆料的所述钢带通过刮浆模具，调节所述刮浆模具的刮浆间隙使得所述储氢合金浆料形成所述减料层和所述常料层；

S13、烘干。

进一步地，所述步骤S12具体为：

先将所述刮浆模具的刮浆间隙调整为第一间隙，将涂覆有所述储氢合金浆料的所述钢带通过所述第一间隙，使得所述储氢合金浆料形成所述减料层；

然后将所述刮浆模具的刮浆间隙调整为第二间隙，涂覆有所述储氢合金浆料的所述钢带继续移动并通过所述第二间隙，使得所述储氢合金浆料形成所述常料层。

进一步地，所述步骤S12具体为：

先将所述刮浆模具的刮浆间隙调节为第一间隙，将涂覆有所述储氢合金浆料的所述钢带通过所述第一间隙，使得所述储氢合金浆料形成所述减料层；

然后将所述刮浆模具的刮浆间隙调节为第二间隙，涂覆有所述储氢合金浆料的所述钢带继续移动并通过所述第二间隙，使得所述储氢合金浆料形成所述常料层；

最后再将所述刮浆模具的刮浆间隙调节为所述第一间隙，涂覆有所述储氢合金浆料的所述钢带继续移动并通过所述第一间隙，使得所述储氢合金浆料形成所述减料层。

本发明的又一个目的在于提供一种负极片的制作方法，包括如下步骤：

S21、在所述钢带的两侧涂覆储氢合金浆料；

S22、将涂覆有所述储氢合金浆料的所述钢带穿过刮浆模具的刮浆间隙，使得所述储氢合金浆料形成厚度与所述常料层的厚度相同的过渡层；

S23、烘干；

S24、去除所述过渡层的其中一端或所述过渡层的两端的部分储氢合金浆料以减小所述过渡层的厚度，在所述过渡层上形成所述减料层。

本发明的还一个目的在于提供一种镍氢电池，包括上述的负极片，所述镍氢电池还包括正极片、设于所述正极片与所述负极片之间的隔膜、外壳、以及设于所述外壳内的电解液。

本发明的有益效果：负极片的两端在制成镍氢电池时卷绕后分别为最内圈和最外圈，由于负极卷绕后的最内圈的内侧与最外圈的外侧无正极片对应，也即负极片的单侧与正极片对应，因此在储氢合金层的其中一端或者两端设置减料层，厚度小于常料层的厚度，所需的储氢合金材料减少，同时还能满足单侧对应正极片的工作需求，有效降低了储氢合金用量，提升了储氢合金的利用率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的实施例中负极片的两端均设有减料层时的结构示意图；

图2为本发明的实施例中负极片的减料层位于负极片卷绕时的最外圈时的负极片的结构示意图；

图3为本发明的实施例中负极片的减料层位于负极片卷绕时的最内圈时的负极片的结构示意图；

图4为实施例一中的负极片的结构示意图；

图5为1.2V AAA600mAh电池1C充放电寿命曲线；

图中：

1、钢带；2、储氢合金层；21、减料层；22、常料层。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细的描述。

如图1-图3所示，本发明实施例提出了一种负极片，包括钢带1、以及覆盖于钢带1两侧的储氢合金层2；储氢合金层2包括位于钢带1的其中一端或钢带1的两端的减料层21、以及与减料层21相连的常料层22；减料层21的厚度小于常料层22的厚度。

在本发明的实施例中，常料层22的厚度为负极两侧均对应有正极的情况下所需的储氢合金材料的正常厚度；减料层21的厚度小于常料层22的厚度，负极片的两端在制成镍氢电池时卷绕后分别为最内圈和最外圈，由于负极卷绕后的最内圈的内侧与最外圈的外侧无正极片对应，也即负极片的单侧与正极片对应，因此在储氢合金层2的其中一端或者两端设置减料层21，厚度小于常料层22的厚度，所需的储氢合金材料减少，同时还能满足单侧对应正极片的工作需求，有效降低了储氢合金用量，提升了储氢合金的利用率。

于本发明的实施例中，如图1所示，当在储氢合金层2的两端设置减料层21时，可减少负极片卷绕时的体积，降低了卷绕后的松紧度，与电池的外壳装配时的椭圆度也有所改善。

于本发明的实施例中，在储氢合金层2的其中一端或者两端设置减料层21，使得负极片的的其中一端或者两端的厚度减小的情况下，负极片的钢带1的两侧均覆盖有储氢合金，因此负极片压片及卷绕时不会发生储氢合金粉掉落的问题，压片后也不易弯曲，在生产过程中不易发生弯折，保证了生产出的镍氢电池的合格率进而提升了生产效率。

进一步地，请参阅图1，作为本发明提供的负极片的一种具体实施方式，减料层21的厚度与常料层22的厚度之比的范围为[0.5，1）。也即减料层21的厚度与常料层22的厚度之比的范围为大于或等于0.5且小于1。

进一步地，请参阅图1，作为本发明提供的负极片的一种具体实施方式，储氢合金层2包括储氢合金、以及与储氢合金混合设置的羧甲基纤维素。储氢合金层2包括稀土系的储氢合金粉末添加包括CMC（羧甲基纤维素，Carboxymethyl Cellulose）水溶液的分散剂制成浆料涂覆于钢带1的两侧形成储氢合金层2。

进一步地，请参阅图1，作为本发明提供的负极片的一种具体实施方式，减料层21的厚度范围为0.01毫米-1毫米。当然，于本发明的实施例中，减料层21的厚度也可为0.01毫米、0.04毫米……0.12毫米或1毫米，此处不作唯一限定。

进一步地，请参阅图1，作为本发明提供的负极片的一种具体实施方式，常料层22的厚度范围为0.01毫米-1毫米。当然，于本发明的实施例中，常料层22的厚度也可为0.01毫米、0.07毫米……0.24毫米或1毫米，此处不作唯一限定。

本发明实施例提出了一种上述的负极片的制作方法，包括如下步骤：

S11、在钢带1的两侧涂覆储氢合金浆料；

S12、将涂覆有储氢合金浆料的钢带1通过刮浆模具，调节刮浆模具的刮浆间隙使得储氢合金浆料形成减料层21和常料层22；

S13、烘干。

储氢合金粉末添加包括CMC（羧甲基纤维素，Carboxymethyl Cellulose）水溶液的分散剂制成储氢合金浆料，然后涂覆在钢带1的两侧，将涂覆有储氢合金浆料的钢带1通过刮浆模具，钢带1通过刮浆模具的刮浆间隙时涂覆在钢带1的两侧的部分储氢合金浆料被刮除，通过调整刮浆间隙的宽度可调节剩余在钢带1两侧的储氢合金浆料的厚度，因此在需要设置减料层21的位置将刮浆间隙的宽度设置为与减料层21的厚度相同，在需要设置常料层22的位置将刮浆间隙的宽度设置为与常料层22的厚度相同，进而实现在钢带1的两侧形成包括减料层21和常料层22的储氢合金层2。再通过后续碾压成型裁切等完成负极片的制作。

进一步地，作为本发明提供的负极片的制作方法及镍氢电池的一种具体实施方式，步骤S12具体为：

先将刮浆模具的刮浆间隙调整为第一间隙，第一间隙的宽度与减料层21的厚度相同，将涂覆有储氢合金浆料的钢带1通过第一间隙，当钢带1通过第一间隙后钢带1上的储氢合金浆料的厚度与第一间隙的宽度相同，因此钢带1通过第一间隙的部分（此时为其中一端的端部）就形成了减料层21，使得储氢合金浆料形成减料层21；

然后将刮浆模具的刮浆间隙调整为第二间隙，第二间隙的宽度与常料层22的厚度相同，涂覆有储氢合金浆料的钢带1继续移动并通过第二间隙，当钢带1通过第二间隙后钢带1上的储氢合金浆料的厚度与第二间隙的宽度相同，因此钢带1通过第二间隙的部分就形成了常料层22，使得储氢合金浆料形成常料层22；最终在负极片的其中一端制成减料层21，其余部分为常料层22。上述过程简要说明为：刚带1的端部先通过第一间隙，余下部分通过第二间隙。

进一步地，作为本发明提供的负极片的制作方法及镍氢电池的一种具体实施方式，步骤S12具体为：

先将刮浆模具的刮浆间隙调节为第一间隙，第一间隙的宽度与减料层21的厚度相同，将涂覆有储氢合金浆料的钢带1部分通过第一间隙，钢带1通过第一间隙的部分的储氢合金浆料的厚度与第一间隙的宽度相同，因此钢带1通过第一间隙的部分（此时为其中一端的端部）就形成了减料层21，使得储氢合金浆料形成减料层21；

然后将刮浆模具的刮浆间隙调节为第二间隙，第二间隙的宽度与常料层22的厚度相同，涂覆有储氢合金浆料的钢带1继续移动并通过第二间隙，当钢带1未经过第一间隙的部分通过第二间隙后钢带1上的储氢合金浆料的厚度与第二间隙的宽度相同，因此钢带1通过第二间隙的部分就形成了常料层22，使得储氢合金浆料形成常料层22；

最后再将刮浆模具的刮浆间隙调节为第一间隙，第一间隙的宽度与减料层21的厚度相同，涂覆有储氢合金浆料的钢带1继续移动并通过第一间隙，当钢带1通过第一间隙后钢带1上的储氢合金浆料的厚度与第一间隙的宽度相同，因此钢带1通过第一间隙的部分（此时为另一端的端部）就形成了减料层21，使得储氢合金浆料形成减料层21；最终在负极片的两端制成减料层21，在负极片中部制成常料层22。上述过程简要说明为：钢带1的一端先通过第一间隙，钢带1的中部通过第二间隙，然后钢带1的另一端通过第一间隙。

如图所示，本发明实施例提出了一种上述的负极片的制作方法，包括如下步骤：

S21、在钢带1的两侧涂覆储氢合金浆料；

S22、将涂覆有储氢合金浆料的钢带1穿过刮浆模具的刮浆间隙，使得储氢合金浆料形成厚度与常料层22的厚度相同的过渡层；

S23、烘干；

S24、去除过渡层的其中一端或过渡层的两端的部分储氢合金浆料以减小过渡层的厚度，在过渡层上形成减料层21。

储氢合金粉末添加包括CMC（羧甲基纤维素，Carboxymethyl Cellulose）水溶液的分散剂制成储氢合金浆料，然后涂覆在钢带1的两侧，将涂覆有储氢合金浆料的钢带1通过刮浆模具，钢带1通过刮浆模具的刮浆间隙时涂覆在钢带1的两侧的部分储氢合金浆料被刮除，通过调整刮浆间隙的宽度可调节剩余在钢带1两侧的储氢合金浆料的厚度。具体可先将刮浆间隙的宽度设置为与常料层22的厚度相同，然后将储氢合金浆料烘干，再以刮除或者打磨的方式将过渡层的其中一端或过渡层的两端的部分储氢合金浆料去除，以减小过渡层的其中一端或过渡层的两端的储氢合金层2的厚度，该减小部分即为储氢合金层2的减料层21，其余部分为储氢合金层2的常料层22。

当然，于本发明的实施例中也可先将刮浆模具的刮浆间隙的宽度调整为大于常料层22的厚度，烘干后再将钢带1的其中一端或两端的储氢合金浆料刮成或打磨成与减料层21的厚度相同以形成减料层21，同时将余下部分刮成或打磨成与常料层22的厚度相同以形成常料层22。

本发明实施例提出了一种镍氢电池，包括上述的负极片，镍氢电池还包括正极片、设于正极片与负极片之间的隔膜、外壳、以及设于外壳内的电解液。

在本发明的实施例中，当负极片上的减料层21为与负极片卷绕后的最外圈相对应时，该减料层21的长度小于或等于卷绕后正极片的结束位置到正极片的起始位置的长度；当负极片上的减料层21为与负极片卷绕后的最内圈对应时，该减料层21的长度小于或等于卷绕后负极片的起始位置到正极片的起始位置的长度；以最大限度的减小储氢合金的用量。

于本发明的实施例中，镍氢电池的负极片采用常用的稀土系储氢合金，添加分散剂包括但不限于CMC水溶液，将混合好的浆料涂覆到钢带1两侧，通过刮浆模具后烘干，然后进入对辊机压制到合适厚度，再裁成合适的极片尺寸；或烘干后裁切成合适大片尺寸进入对辊机压制到合适厚度再裁成合适的极片尺寸。

正极片采用球形Ni(OH)2，添加适量的添加剂、分散剂，如CoO，Ca(OH)2，ZnO等，将混合好的材料填充到发泡镍中或三维钢带1上，进入对辊机压制到合适厚度，然后裁成合适的正极片的尺寸。

电解液是碱性水溶液，电解质包含0-10mol/L的KOH，0-10mol/L的NaOH，0-3mol/L的LiOH。

隔膜为无纺布中的一种，可为聚丙烯磺化隔膜。

将正极片、上述的负极片与隔膜搭配卷绕成圆筒状装入电池的外壳，注入电解液、封口。封口后的电池经过常温高温陈化后对电池正常充放电激活。

对比例一

本对比例提供一种1.2V AAA600mAh的镍氢电池进行测试；具体参数如下：

负极片的制作：将普通储氢合金粉100份与23份3%的CMC水溶液混合均匀后涂覆到0.044mm厚度的冲孔镀镍钢带1两侧通过缝隙均匀的刮浆模具，烘干后辊压成型，将其裁切为65.0mm长×36.5m宽×0.250mm厚规格的负极片，负极片的储氢合金粉量为3.40g。上述份数为以质量衡量的份数。

正极片的制作：按质量比将球形Ni(OH)2 100份，CoO 5份，ZnO 2份，在混合均匀后，然后过150目筛两次，然后将其填充进发泡镍基体中，辊压成片状，将其裁切为40.0mm长×36.0mm宽×0.66mm厚规格的正极片。正极片在长度方向居中位置预压发泡镍8.0mm长×3.0mm宽用于点焊镍带，镍带在后续装配中与盖帽点焊在一起作为正极的引出端。

电解液、隔膜：电解液使用普通的5mol/LKOH、3mol/LNaOH、2mol/L LiOH三元电解液1.22g，以聚丙烯为材质后期进行磺化处理的无纺布为隔膜；

电池组装：用普通卷绕机将正极片、负极片、隔膜卷绕成筒状，装入镀镍钢壳中，注电解液封口组装成电池；

电池活化：电池用二次电池检测设备以120mA（0.2C）的电流进行充放，放电电压限制在1.0V，循环3次，让其充分活化容量达到600mAh。然后进行充放电测试。

实施例一

如图4所示，本实施例提供一种1.2V AAA600mAh 电池进行测试，具体参数如下：

负极片的制作：将普通储氢合金粉100份与23份3%的CMC水溶液混合均匀后涂覆到0.044mm厚度的冲孔镀镍钢带1两侧通过刮浆模具，烘干后辊压成型，将其裁切为如下尺寸的负极片：负极片的长度为65毫米，负极片的两端均设有减料层21，其中一端的减料层21的长度为7毫米，另一端的减料层21的长度为25毫米，减料层21的厚度为0.0515毫米；常料层22的厚度为0.103毫米；其中减料层21的储氢合金粉的含量为常料层22的储氢合金粉的65%，负极片的储氢合金粉的的重量为：3.40/65*33+3.40/65*(25+7)*0.65=2.81g。

正极片的制作：同对比例一；

电解液、隔膜：同对比例一；

电池组装：同对比例一；

电池活化：同对比例一。

对比例一与实施例一制成的电池的基本电性能如表1：

表1

其中1C充放电寿命测试方法：1C放电到1.0V，搁置30min，1C充电72min，-ΔV=5mV，搁置10min。充放循环至初始容量的80%。充放电循环测试曲线如图5所示（图5中示出了对比例一和实施例一中的多个电池的测试曲线）。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (5)

1.镍氢电池，其特征在于，所述镍氢电池包括正极片、负极片、设于所述正极片与所述负极片之间的隔膜、外壳、以及设于所述外壳内的电解液；

所述正极片的制作如下：按质量比将球形Ni(OH)2 100份，CoO 5份，ZnO 2份，在混合均匀后，然后过150目筛两次，然后将其填充进发泡镍基体中，辊压成片状，将其裁切为40.0mm长×36.0mm宽×0.66mm厚规格的正极片；

所述负极片包括钢带、以及覆盖于所述钢带两侧的储氢合金层；所述储氢合金层包括位于所述钢带的减料层、以及与所述减料层相连的常料层；所述减料层的厚度小于所述常料层的厚度；所述储氢合金层包括储氢合金、以及与所述储氢合金混合设置的羧甲基纤维素；所述储氢合金为稀土系的储氢合金粉末；所述钢带为0.044mm厚的镀镍钢带，所述储氢合金层由包括有100份的储氢合金粉和23份的溶液烘干形成；所述负极片的长度为65毫米，所述负极片的两端均设有所述减料层，其中一端的所述减料层的长度为7毫米，另一端的所述减料层的长度为25毫米，所述减料层的厚度为0.0515毫米；所述常料层的厚度为0.103毫米；所述减料层中的储氢合金粉的含量为所述常料层中的储氢合金粉的65%；所述负极片中的储氢合金粉的的重量为2.81克；

所述电解液为5mol/LKOH、3mol/LNaOH、2mol/L LiOH三元电解液1.22g，所述隔膜为以聚丙烯为材质后期进行磺化处理的无纺布；

用卷绕机将正极片、负极片、隔膜卷绕成筒状，装入镀镍钢壳中，注电解液封口组装成电池；

其中，与负极片卷绕后的最外圈相对应的减料层的长度小于卷绕后正极片的结束位置到正极片的起始位置的长度；与负极片卷绕后的最内圈相对应的减料层的长度小于卷绕后负极片的起始位置到正极片的起始位置的长度；

用二次电池检测设备以120mA的电流进行充放电，放电电压限制在1.0V，循环3次，让其充分活化容量达到600mAh，得到所述镍氢电池；将所述镍氢电池1C放电到1.0V，搁置30min，1C充电72min，-ΔV＝5mV，搁置10min，充放循环至初始容量的80％，最终所述镍氢电池的充放电寿命为300-320周。

2.权利要求1所述的镍氢电池的制作方法，其特征在于，所述负极片的制作方法包括如下步骤：

S11、在所述钢带的两侧涂覆储氢合金浆料；

S12、将涂覆有所述储氢合金浆料的所述钢带通过刮浆模具的刮浆间隙，调节所述刮浆间隙的宽度使得所述储氢合金浆料形成所述减料层和所述常料层；

S13、烘干。

3.根据权利要求2所述的镍氢电池的制作方法，其特征在于，所述步骤S12具体为：

先将所述刮浆模具的刮浆间隙调整为第一间隙，将涂覆有所述储氢合金浆料的所述钢带通过所述第一间隙，使得所述储氢合金浆料形成所述减料层；

然后将所述刮浆模具的刮浆间隙调整为第二间隙，涂覆有所述储氢合金浆料的所述钢带继续移动并通过所述第二间隙，使得所述储氢合金浆料形成所述常料层。

4.根据权利要求2所述的镍氢电池的制作方法，其特征在于，所述步骤S12具体为：

先将所述刮浆模具的刮浆间隙调节为第一间隙，将涂覆有所述储氢合金浆料的所述钢带通过所述第一间隙，使得所述储氢合金浆料形成所述减料层；

然后将所述刮浆模具的刮浆间隙调节为第二间隙，涂覆有所述储氢合金浆料的所述钢带继续移动并通过所述第二间隙，使得所述储氢合金浆料形成所述常料层；

最后再将所述刮浆模具的刮浆间隙调节为所述第一间隙，涂覆有所述储氢合金浆料的所述钢带继续移动并通过所述第一间隙，使得所述储氢合金浆料形成所述减料层。

5.权利要求1所述的镍氢电池的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：

S21、在所述钢带的两侧涂覆储氢合金浆料；

S22、将涂覆有所述储氢合金浆料的所述钢带穿过刮浆模具的刮浆间隙，使得所述储氢合金浆料形成厚度与所述常料层的厚度相同的过渡层；

S23、烘干；

S24、去除所述过渡层的其中一端或所述过渡层的两端的部分储氢合金浆料以减小所述过渡层的厚度，在所述过渡层上形成所述减料层。

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