CN109802091B - 一种镍电极的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种镍电极的制备方法，包括以下步骤：S1、取多孔镍基体进行一次辊压；S2、使用填充设备进行一次填充；S3、使用至少一组刮刀A进行二次填充，每一组刮刀A包括与所述多孔镍基体的中轴平面对称设置的两片刮刀A，所述刮刀A连接有弹性元件，使得工作状态下刮刀A能够在垂直于多孔镍基体表面的方向上运动且使得刮刀A施加到所述多孔镍基体上的效应满足P_d/P₀≤10％；S4、进行二次辊压，得到目标厚度的镍电极。在刮刀A的近似等压填充的“二次填充”作用下，能够使得活性物质处于一种“稳定的充实状态”，利用本发明的制备方法得到的镍电极片单位面积上填充均匀度且高重量波动小，在电池领域具有广阔的应用前景。

Description

一种镍电极的制备方法

技术领域

本发明涉及电极领域，尤其是涉及一种镍电极的制备方法。

背景技术

镍电极作为一个电化学性能能优良的可逆电极，被广泛应用于碱性二次电池的正极，如常见的镍氢电池、镍锌电池、镍镉电池等。目前被广泛应用的镍电极，大多是以含氢氧化亚镍为主的混合氢氧化物粉体作为活性物质填充于发泡型镍基体中压实而成，其中活性物质粒径以5—25μm范围内为主，发泡型镍基体是等效孔径(即镍丝编织的空间立体孔的平均直径，而编织空间孔每一个面上的孔穴直径更小，约为空间孔直径的1/4)约400—800μm、编织孔穴的镍丝直径约80—120μm的空间立体结构，即较小的活性物质颗粒，需要填充到数十万倍体积的发泡镍孔穴中，并在填充过程中要受到径向对比度约数倍的镍丝阻碍，即活性物质填充容易出现局部不均，尤其是发泡型镍基体较厚的时候，中间层的填充比表层困难，加剧填充的不均匀性，造成上粉量的不稳定。

对于确定厚度的镍电极而言，其单位面积的重量受活性物质密度、镍基体密度影响。对于发泡型镍基体，因采用较精准的恒速电镀方式生产，单位面积上沉积的镍的物质的量比较均匀，即镍基体的面密度较均匀，一般而言，可以达到±3％以内的精度，短程范围内，甚至可以达到±1％以内的精度。镍基体占镍电极的重量比约10％以内，因此，镍基体的面密度波动，对镍电极的重量波动影响，一般在±0.3％以内，而一般电池制作商，镍电极的重量控制区间高达±2％左右，即镍基体的面密度波动，对镍电极的重量波动影响居于次要地位。另一方面，发泡型镍基体是以发泡的聚氨酯一类泡棉为模板制造出来的，而泡棉发泡过程，会受到重力影响，造成气泡分布按重力梯度变化，即下层泡泡体积小，上层泡泡体积大，因此，以之为模板制造的镍基体，在纵向上孔穴结构会有一定的梯度变化，尤其是长程上甚至出现周期性变化，伴随着这样的变化梯度，生产出来的镍电极的重量也随之变化明显，尤其在不同段镍基体的衔接位置前后，因孔穴结构的阶跃，镍电极的重量也会阶跃，超出控制范围，造成不良品的产生甚至报废。因此，镍基体会明显影响镍电极的重量波动，而镍基体本身的面密度影响又仅仅居于次要地位，主要是镍基体的空间孔穴结构，影响活性物质填充均匀性，从而造成镍电极重量的波动。

对于镍电极常用的活性物质β型球形氢氧化亚镍，其粉体的松装密度一般高于1.7g/mL，振实密度高于2.2g/mL，而在镍电极压实前，其活性物质的平均填充密度一般低于1.7g/mL甚至低于1.6g/mL，即活性物质在发泡型镍基体中的填充，有低于松装密度的区域，即填充不均匀。为了提升填充的均匀性，目前的主要方式是采取湿法填充，水性浆料的流动性会优于干粉，缓解一部分填充不均匀的问题。然而，无论是干法填充还是湿法填充，仅仅是填充活性物质的流动性不一样，并没有改变发泡型镍基体的空间孔穴结构，所以填充均匀性并没有得到根本性的改善，尤其是基体过接头前后的阶跃性波动仍在。另一方面，干法填充依赖活性物质干粉的粉体流动性，因为取决于球形氢氧化亚镍的球形度和表面光滑程度，所以干粉的粉体流动性虽然低但相对稳定；湿法填充依赖活性物质和增稠剂、水等调制的悬浊液或湿膏的流动性，该水性浆料状态复杂多变，若干指标如含水率、悬浮能力、聚沉或凝胶速度、触变性、流变性、成膜性等，受多因素影响，且都会强烈影响到填充的均匀性，所以水性浆料的状态差异巨大，只有控制的非常精细，才有可能得到填充性能优良的浆料，即湿法有可能填充均匀性优于干法，但不一定所有湿法都优于干法，一旦湿法出现异常的时候，填充均匀性大幅恶化，甚至会严重到无法填充的程度，比如浆料凝胶化。因此，对于填充均匀性而言，干法和湿法各有优劣，且都不能根本性解决填充均匀性问题，同样以纤维镍为基体的镍电极在填充活性物质时同样存在填充不均匀的问题。

综上，基于发泡镍、镍纤维等多孔镍基体的镍电极，其以重量波动为表现的上料均匀性差的问题，主因是镍基体的空间孔穴结构影响活性物质的填充均匀性，需要寻求一种理想的解决手段。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种镍电极的制备方法，最终得到单位面积上重量波动小的均匀性极高的镍电极。

本发明所采取的技术方案是：

本发明提供一种镍电极的制备方法，包括以下步骤：

S1、取多孔镍基体，使用辊轮进行一次辊压；

S2、使用填充设备进行一次填充，将活性物质初步填充至所述多孔镍基体内；

S3、使用至少一组刮刀A对所述多孔镍基体进行二次填充，每一组刮刀A包括与所述多孔镍基体的中轴平面对称设置的两片刮刀A，所述刮刀A连接有弹性元件，使得工作状态下刮刀A能够在垂直于多孔镍基体表面的方向上运动且使得刮刀A施加到所述多孔镍基体上的效应满足P_d/P₀≤10％，具体为：使刮刀A与所述多孔镍基体呈面接触，利用刮刀A与所述多孔镍基体的相对移动使所述多孔镍基体表面粘附的活性物质受挤压而填充至所述多孔镍基体内；

刮除所述多孔镍基体表面的多余活性物质；

S4、进行二次辊压，得到目标厚度的镍电极。

本申请中定义，每组刮刀A施加到多孔镍基体时，两片刮刀A与多孔镍基体的接触面的间距为最小间距D时，对多孔镍基体造成的压强为P₀，当接触面的间距增加了d时，对多孔镍基体增加的压强为P_d。即刮刀A接触面最小间距为D时，接触面压强为P＝P₀，工作状态下间距增大为D+d，则接触面实际压强P＝P₀+P_d。通过调整弹性元件使得刮刀A施加到所述多孔镍基体上的效应满足P_d/P₀≤10％，即可调控该动态平衡下的实际压强P、最大设定压强P₀、额外压强P_d，使得接触面上各处的压强基本恒定，确保了所述二次填充近似为等压填充，使得二次填充后活性物质的填充密度相比一次填充后的密度得到提高且稳定。

上述步骤S3中每一组刮刀A的两片刮刀A与所述多孔镍基体形成的两个接触面以多孔镍基体的中轴平面为对称面，工作状态下所述弹性元件能够使刮刀A在垂直于该对称面的方向上运动，使接触面上各处压强近似不变，且等压线垂直于行进方向，接触面和等压线都始终关于所述对称面对称，所述多孔镍基体表面粘附的部分活性物质受此压强作用而进一步填充至所述多孔镍基体内。

在一些优选的实施例中，所述弹性元件与所述刮刀A的刀片连接，所述刮刀A的刀片与所述多孔镍基体呈面接触。定于所述刮刀A与所述多孔镍基体接触的面为工作表面，该工作表面可以是刚性表面，如刮刀A的刀片的材料由不具有弹性的刚性材料制成，可以对该刚性材料加工使得工作表面为平面或曲面，此时刮刀A施加到所述多孔镍基体上的效应由弹性元件决定，所述弹性元件达到的效应满足关系：P_d/P₀≤10％；该工作表面还可以是弹性表面，如刮刀A的工作表面处的材料由弹性钢等材料制成，此种情况下工作表面为曲面，此时刮刀A施加到所述多孔镍基体上的效应由弹性元件和弹性的工作表面共同决定，所述弹性元件和弹性的工作表面达到的总效应满足关系：P_d/P₀≤10％。

进一步地，所述刮刀A沿相对移动方向的面接触宽度L为所述多孔镍基体等效孔径的1～10倍，优选2～5倍。当面接触宽度L过窄时容易导致在相对运动过程中，刮刀对多孔镍基体造成较大损伤，当L小于多孔镍基体的等效孔直径时，甚至会发生刮破或者断裂；当L过宽时，相同P₀条件下，接触面上摩擦阻力增大，所述多孔镍基体在行进过程受阻力影响发生形变，影响填充稳定性，甚至过大的阻力能将所述多孔镍基体拉伸形变至断裂。

在另一些优选的实施例中，所述弹性元件与所述刮刀A的刀片连接，所述刮刀A的刀片的表面还包覆有弹性材料，所述弹性材料形成的弹性表面与所述多孔镍基体呈曲面接触。该弹性表面的弹性与所述弹性元件组成二重弹性结构，接触面上的压强由弹性元件的弹力和刮刀A弹性表面接触面积的变化共同影响实际压强P，所述弹性元件的弹力和弹性材料形成的弹性表面达到的总效应满足关系：P_d/P₀≤10％，弹力和接触面积二元互逆，可以更加灵敏、精细地缓冲P_d的变化，即实现更小的P_d/P₀值，从而达到更加理想的等压填充状态。

所述刮刀A通过包覆在刀片表面的弹性材料提供部分弹性，所述弹性材料包含但不限于硅胶、橡胶等弹性材料。刮刀A施加到多孔镍基体表面的压强由弹性元件的总形变量和弹性表面的曲面接触面积的形变量共同影响，优选所述弹性表面的曲率半径R≥20mm，即刮刀A与多孔镍基体接触的工作表面为曲面时的曲率半径R≥20mm，能够使得刮刀A与所述多孔镍基体形成的间隙具备较小的间隙夹角和较长的长度，当工作表面具备弹性时，等效于降低了局部曲率，使得间隙夹角降低。

优选地，步骤S3中使用至少一组刮刀B刮除所述多孔镍基体表面的多余活性物质，每一组刮刀B包括与所述多孔镍基体的中轴平面对称设置的两片刮刀B，所述刮刀B连接在刚性结构上，使刮刀B与所述多孔镍基体表面呈平面接触，利用刮刀B与所述多孔镍基体的相对移动刮除所述多孔镍基体表面粘附的多余活性物质。步骤S3中利用刮刀B刮除所述多孔镍基体表面的多余活性物质，所述刮刀B连接在刚性结构上，使刮刀B与所述多孔镍基体表面呈面接触，利用刮刀B与所述多孔镍基体的相对移动刮除所述多孔镍基体表面粘附的多余活性物质。使用刮刀B对所述多孔镍基体表面进行刮除，将所述多孔镍基体表面多余部分的活性物质以多孔镍基体表平面为界限完全刮除干净，刮除后活性物质的填充厚度D₄＝多孔镍基体厚度＝刮刀B接触面间距D₃，使得能通过刮刀B接触面面间距的活性物质填充厚度确定且恒定，加之通过刮刀A后活性物质填充密度恒定，即通过刮刀B的活性物质通量确定且恒定，从而达到镍电极片重量稳定的目的。

所述刮刀B及连接件组成严格的刚性结构，且刮刀B与所述多孔镍基体呈面接触，且此接触面为平面，左右两片刮刀B组成的两个接触面以镍基体中轴平面为对称面，工作状态下所述刚性结构能够确保刮刀B在垂直于该对称面方向上的平面间距恒定，且所述接触面始终关于所述对称面对称，所述多孔镍基体表面粘附的多余部分的活性物质在行进过程受到刮刀B阻碍而被刮刀B刮除。经过刮刀A的二次填充后，活性物质在所述多孔镍基体中的平均填充密度可以达到ρ₂＝1.8～2.2g/mL。控制刮刀B刮除后的多孔镍基体厚度即活性物质的填充厚度D₄，即能够有效地控制通过刮刀B的活性物质的通量D₄·ρ₄，即可控制步骤S5制备的镍电极片的单位面积上的重量D₅·ρ₅，即实现镍电极片的目标厚度D₅和目标填充密度ρ₅，满足如下关系：D₅·ρ₅×(100％+η)＝D₄·ρ₄＝D₃·ρ₃，D₄＝D₃≤D₁₂≤D₂≤D₁，ρ₄＝ρ₃≈ρ₂＞ρ₁，其中η为填充有活性物质的多孔镍基体在二次辊压过程中的实际面积延伸率，经过间距为D₂的刮刀A后厚度为D₁的多孔镍基体厚度形变为D₁₂，优选D₁₂＝(90～99％)·D₁，ρ₂≥1.8g/mL，且D₃、ρ₂的控制精度在±1％以内，以上各参数的含义可参见具体实施例的描述。

步骤S3中使用刮刀A进行二次填充的步骤和使用刮刀B进行刮除的步骤可以依次进行也可以同时进行，优选刮刀A与刮刀B同时工作，步骤S3中多孔镍基体为行进状态，所述刮刀A的刀口方向与所述多孔镍基体的行进方向反向，所述刮刀B的刀口方向与所述多孔镍基体的行进方向同向。刮刀B的刀口方向与多孔镍基体的行进方向同向，是指沿着多孔镍基体的行进方向刮刀B与多孔镍基体表面呈逐渐增大的间隙，刮刀B与多孔镍基体表面接触处的间隙为零。

在一些优选的实施例中，步骤S3中使刮刀A与所述多孔镍基体表面呈倾斜状面接触以形成逐渐缩小的间隙，即刮刀A与所述多孔镍基体表面呈逐渐缩小的间隙，接触面位置间隙为零，间隙夹角和长度会影响二次填充的效果，间隙夹角越小、长度越长、行进速度越慢，填充效果越好，即缓慢的长时间的二次填充，有利于实现更高的二次填充后的填充密度。优选间隙夹角∠α＝5°～31°，进一步优选∠α＝5°～14°。

优选地，步骤S3中使用刮刀A对所述多孔镍基体进行二次填充后，所述活性物质在所述多孔镍基体中的填充密度≥1.8g/mL。

优选地，所述多孔镍基体为发泡镍或纤维镍。优选所述多孔镍基体的孔隙结构等效孔径为80～800μm，所述多孔镍基体的纵向抗拉强度T≥0.8N/mm，且本发明相比现有行业方式，等效孔径越小则优势越明显。

本发明中填充的活性物质包括但不限于普通型氢氧化亚镍、覆钴型氢氧化亚镍、氧化亚钴粉体、氢氧化亚钴粉体、镍电极用金属氧化物或氢氧化物添加剂粉体、其它非金属添加剂粉体、PTFE乳液等一种或多种的混合物，对于湿法型镍电极，活性物质中还需加入必要的水、增稠剂、流体改性剂等，使之具备适宜的粘度和流动性。

优选地，当选择刮刀A的所述接触面为平面时，设计刮刀A和刮刀B具有相同结构，基于该发明中，刮刀B的精度要求高于刮刀A，即所述刮刀B工作表面平面度≥刮刀A所述工作表面平面度，则当刮刀B轻微磨损后能够淘汰下来作为刮刀A使用，降低成本，同时轻微的自然磨损曲面，能改善刮刀A的阻力情况及对多孔镍基体的损伤。优选地，所述刮刀B材质为高刚性高耐磨且可被精密加工的材质，包含但不限于工业陶瓷如氧化锆陶瓷、氮化硅陶瓷、氮化硅陶瓷等，合金钢如钨钢等，特殊功能性材料如微孔陶瓷、透气钢、耐磨陶瓷和钢的复合结构等。

本发明的有益效果是：

1、本发明中刮刀A连接有弹性元件，通过所述弹性元件使得刮刀A施加到多孔镍基体的效果满足关系：P_d/P₀≤10％，确保了刮刀A与接触面上各处压强基本恒定、不易卡死，达到近似为等压填充的状态。P_d的大小即反映二次填充过程的等压程度，P_d越小，等压程度越高，填充越稳定，即填充密度ρ₂越稳定；P₀越大，实际工作状态下的P也越大，所述活性物质在所述多孔镍基体中的填充密度ρ₂就越大，同时所述接触面上摩擦阻力越大，所述多孔镍基体在行进过程受阻力影响发生形变，影响填充稳定性，甚至过大的阻力能将所述多孔镍基体拉伸形变至断裂，故所述P₀的取值受限于所述多孔镍基体的抗拉强度T，T越大，允许的P₀也越大，能达到的填充密度ρ₂也越高。所述填充密度ρ₂即反映活性物质在多孔镍基体内部的填充饱和程度，ρ₂越大，填充饱和程度越高，即未被充分填充的部分越少，活性物质在多孔镍基体内部的分布越均匀。刮刀A的二次填充实现了较高的ρ₂，弹性结构实现了近似等压填充，综合效果就是ρ₂更高更稳定，即活性物质在多孔镍基体内部分布达到了一种“稳定的充实状态”，确保经过刮刀A后，任意垂直于行进方向的横截面上，活性物质的通量确定且稳定，从而确保最终得到的镍电极片重量确定且稳定。

本发明在刮刀A的“二次填充”作用下，同时，刮刀A连接的弹性元件，等效于使得二次填充过程近似成为等压填充过程，使得填充密度超过活性物质本身的松装密度(如1.7g/mL)，甚至接近其振实密度(如2.2g/mL)，即填充饱和度接近100％，从而使得活性物质处于一种“稳定的充实状态”，在该状态下，活性物质均匀而稳定的充满多孔镍基体内的所有空间，填充表层和里层的密度几乎一致，填充密度越接近活性物质本身的振实密度，该状态越稳定。所述“二次填充”的过程，并非将活性物质和多孔镍基体被同步压薄，而是在保持多孔镍基体基本不发生形变的状态下利用较小的压强和倾斜角将附着在镍基体表面的活性物质进一步压入其孔穴内空间，使其填充更充实且均匀稳定。作为本发明进一步的有益效果，利用第二道刮刀B刀口贴合多孔镍基体表面，使得多孔镍基体表面粘附的活性物质全部被刮除，即以多孔镍基体表面为界，使得填充厚度刚好等于被精确控制的多孔镍基体的厚度，通过控制多孔镍基体的厚度即可等效于控制活性物质的填充厚度，最终使得制得的镍电极片单位面积上填充均匀度高且重量波动小。

2、本发明提高了镍电极片的厚度、密度、重量的一致性，进而提高相应电池容量的一致性，达到不需要分容挑选也能够确保容量一致性足够高的制程能力，简化了电池化成后的容量挑选工序，既降低了工序成本，也降低了挑选工序对电池的额外干扰，如漏液、衰减等。

3、对于高容量镍氢电池而言，本发明制作的一致性高的镍电极片还有额外的重要意义：受制片能力制约的设计粉量范围缩窄，即减少了偏重部分粉量，降低了对高容量电池紧缺的空间的占用，可以降低装配难度，并可将节约的空间用于增加电解液的注入量，从而大幅缓解因极度贫液带来的性能缺陷，明显改善高容量镍氢电池的综合性能。以AA2600为例，活性物质最小需要量为10.0g，现有制片能力能达到±2％的波动，即设计需要填充10.0-10.4g的活性物质，本发明能降低波动至±(0.5～1％)，以±1％计算，设计需要填充10.0-10.2g的活性物质即可，等效于减少了0.2g活性物质及其对空间的占用，可增加碱液注入量0.04g～0.08g。

附图说明

图1为实施例1中多孔镍基体的空间孔穴结构SEM示意图；

图2为实施例1中刮刀A和刮刀B配合使用图；

图3为实施例1中刮刀A的横截面图；

图4为实施例1中制备的镍电极片重量分布图；

图5为实施例2中制备的镍电极片重量分布图；

图6为对比例1中制备的镍电极片重量分布图。

具体实施方式

以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。

实施例1

本实施例提供一种镍电极，按照以下步骤制备：

S1、取103mm宽、纵向抗拉强度为T≥1.8N/mm、厚度D₀＝1.8±0.1mm的发泡镍作为多孔镍基体，其空间孔穴结构SEM图如图1所示，使用辊轮将其辊压至D₁＝1.30±0.01mm；

S2、使用常规上粉机对活性物质(本实施例中以β型球形氢氧化亚镍为例)进行一次填充，使得活性物质在所述多孔镍基体内平均填充密度为ρ₁，其中ρ₁接近活性物质本身的松装密度，即一般行业填充水平1.3～1.8g/mL；

S3、参见图2，图2为刮刀A和刮刀B配合使用图，粗箭头方向代表多孔镍基体行进方向，工作状态下刮刀A的刀口方向与所述多孔镍基体的行进方向同向，所述刮刀B的刀口方向与所述多孔镍基体的行进方向反向。利用刮刀A对多孔镍基体进行二次填充，具体为：取两片刮刀A与所述多孔镍基体呈面接触，以所述多孔镍基体纵向中剖线为对称面，两片刮刀A与多孔镍基体呈面接触且以所述对称面对称，设置两片刮刀A接触面之间的间距为D₂＝1.25～1.26mm，刮刀A与多孔镍基体表面的夹角∠α＝11.3°，利用刮刀A与所述多孔镍基体的相对移动使所述多孔镍基体表面粘附的活性物质受挤压而填充至所述多孔镍基体内，此时活性物质在所述多孔镍基体内平均填充密度为ρ₂，多孔镍基体的厚度为D₁₂；

S4、利用刮刀B刮除多孔镍基体表面的多余活性物质，所述刮刀B连接在刚性结构上，该刚性结构能够确保刮刀B的刀片接触面之间的间距为D₃精确且稳定，从而保证经刮刀B后的多孔镍基体厚度、活性物质填充厚度都精确等于D₃，具体为：取两片刮刀B与所述多孔镍基体表面呈面接触，以所述多孔镍基体纵向中剖线为对称面，两片刮刀B与多孔镍基体呈面接触且以所述对称面对称，两片刮刀B的刀片接触面之间的间距为D₃＝1.250±0.002mm，利用刮刀B与所述多孔镍基体的相对移动刮除所述多孔镍基体表面粘附的多余活性物质，此时活性物质在所述多孔镍基体内平均填充密度为ρ₄，多孔镍基体的厚度为D₄；

S5、最后用对辊机辊压至目标厚度D₅＝0.72±0.01mm，测得辊压面积延伸率η＝6％，裁切至103×44.5mm的目标尺寸即可得到厚度0.72±0.01mm、压实密度ρ₅＝3.05g/mL、活性物质填充量≥10.0g的目标镍电极片。加上多孔镍基体重量1.42g，得到镍电极片重的目标区间≥11.42g。

计算得填充密度ρ₂＝1.86g/mL，实测得D₁₂/D₁＝96％。

其中，刮刀A与刮刀B相同尺寸结构，采用氧化锆陶瓷制成，参见图3，图3为刮刀A的横截面图，刀口尺寸：a＝0.400±0.002mm，b＝2.000±0.002mm，则面接触宽度L＝2.04mm，所用发泡镍等效孔径约0.6mm，即L约为3～4倍镍基体的等效孔径。刮刀A与多孔镍基体的接触面积S_A恒定，故压强与弹性元件的弹力成正比，测得最小限位间距为D₂＝1.25mm时，弹力约为20N，间距为D₂+d＝1.45mm时，弹力约为21N，即P_d/P₀＝(21N-20N)/20N＝5％。镍基体行进速度3m/min时，测得镍基体纵向张力约50N，即行进总阻力约为50N，所用发泡镍抗拉强度T＝185N，即f/T＝27％。

实施例2

本实施例提供一种镍电极，其制备步骤与实施例1相同，不同之处在于各步骤中控制的具体参数值不同，具体按照以下步骤制备：

S1、取103mm宽、纵向抗拉强度为T≥1.8N/mm、厚度D₀＝1.8±0.1mm的发泡镍作为多孔镍基体，其空间孔穴结构SEM图如图1所示，使用辊轮将其辊压至D₁＝1.30±0.01mm；

S2、使用常规上粉机对活性物质(本实施例中以β型球形氢氧化亚镍为例)进行一次填充，使得活性物质在所述多孔镍基体内平均填充密度为ρ₁，其中ρ₁接近活性物质本身的松装密度，即一般行业填充水平1.3～1.8g/mL；

S3、参见图2，图2为刮刀A和刮刀B配合使用图，粗箭头方向代表多孔镍基体行进方向，工作状态下刮刀A的刀口方向与所述多孔镍基体的行进方向同向，所述刮刀B的刀口方向与所述多孔镍基体的行进方向反向。利用刮刀A对多孔镍基体进行二次填充，具体为：取两片刮刀A与所述多孔镍基体呈面接触，以所述多孔镍基体纵向中剖线为对称面，两片刮刀A与多孔镍基体呈面接触且以所述对称面对称，设置两片刮刀A接触面之间的间距为D₂＝1.20～1.21mm，刮刀A与多孔镍基体表面的夹角∠α＝11.3°，利用刮刀A与所述多孔镍基体的相对移动使所述多孔镍基体表面粘附的活性物质受挤压而填充至所述多孔镍基体内，此时活性物质在所述多孔镍基体内平均填充密度为ρ₂，多孔镍基体的厚度为D₁₂；

S4、利用刮刀B刮除多孔镍基体表面的多余活性物质，所述刮刀B连接在刚性结构上，该刚性结构能够确保刮刀B的刀片接触面之间的间距为D₃精确且稳定，从而保证经刮刀B后的多孔镍基体厚度、活性物质填充厚度都精确等于D₃，具体为：取两片刮刀B与所述多孔镍基体表面呈面接触，以所述多孔镍基体纵向中剖线为对称面，两片刮刀B与多孔镍基体呈面接触且以所述对称面对称，两片刮刀B的刀片接触面之间的间距为D₃＝1.200±0.002mm，利用刮刀B与所述多孔镍基体的相对移动刮除所述多孔镍基体表面粘附的多余活性物质，此时活性物质在所述多孔镍基体内平均填充密度为ρ₄，多孔镍基体的厚度为D₄；

S5、最后用对辊机辊压至目标厚度D₅＝0.72±0.01mm，测得辊压面积延伸率η＝6％，裁切至103×44.5mm的目标尺寸即可得到厚度0.72±0.01mm、压实密度ρ₅＝3.05g/mL、活性物质填充量≥10.0g的目标镍电极片。加上多孔镍基体重量1.42g，得到镍电极片重的目标区间≥11.42g。

计算得填充密度ρ₂＝1.94g/mL，实测得D₁₂/D₁＝93％。

其中，刮刀A与刮刀B相同尺寸结构，采用氧化锆陶瓷制成，参见图3，图3为刮刀A的横截面图，刀口尺寸：a＝0.400±0.002mm，b＝2.000±0.002mm，则面接触宽度L＝2.04mm，所用发泡镍等效孔径约0.6mm，即L约为3～4倍镍基体的等效孔径。刮刀A与多孔镍基体的接触面积S_A恒定，故压强与弹性元件的弹力成正比，测得最小限位间距为D₂＝1.20mm时，弹力约为20N，间距为D₂+d＝1.40mm时，弹力约为21N，即P_d/P₀＝(21N-20N)/20N＝5％。镍基体行进速度3m/min时，测得镍基体纵向张力约65N，即行进总阻力约为65N，所用发泡镍抗拉强度T＝185N，即f/T＝35％。

对比例1

取103mm宽、纵向抗拉强度为T≥1.8N/mm、厚度D₀＝1.8±0.1mm的发泡镍作为多孔镍基体，辊压至D₁＝1.40±0.01mm，以常规上粉机进行填充活性物质，再以原有常规刮刀刮除表面附着的活性物质，最后用对辊机辊压至0.72±0.02mm，测得辊压面积延伸率η＝6％，裁切至103×44.5mm的目标尺寸，即可得到厚度0.72±0.02mm、压实密度3.05g/mL、活性物质填充量≥10.0g的目标镍电极片。加上镍基体重量1.42g，得到镍电极片重的目标区间≥11.42g。

计算得：经过常规刮刀后的活性物质填充密度ρ₄＝ρ₂＝1.66g/mL。

其中，常规刮刀为对错结构的白钢刮刀，对错的竖直间距10mm，工作状态下水平间距1.0～1.5mm不等，刮除表面附着的部分活性物质后，总的填充厚度约1.40±0.05mm，需要频繁地根据片重结果相应调整刮刀的水平间距和厚度D₁。相同辊压条件下，辊压后的厚度波动范围更大，即填充不均匀。

取实施例1-2和对比例1中制备得到的镍电极片，测定其重量，即可得到不同实施例制作的设计面积下(上述实施例中选取的设计面积为103×44.5mm)的镍电极片的重量分布，结果如图4-6所示，图4为实施例1中填充密度ρ₂＝1.86g/mL时的镍电极片重量分布图(正态)，图5为实施例2中填充密度ρ₂＝1.94g/mL时的镍电极片重量分布图(正态)，图6为对比例1中填充密度ρ₄＝ρ₂＝1.66g/mL时的镍电极片重量分布图(正态)。

从图中可以看出，ρ₂越大，即填充达到的“稳定的充实状态”越高，最终制得的镍电极片重量分布的标准差越小，即重量波动越小，越利于实际生产控制得到一致性高的镍电极片，实验结果表明相较于现有的镍电极的制备方法，利用本发明的制备方法制备到的镍电极片单位面积上重量波动小且均匀性极高。

Claims (16)

1.一种镍电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、取多孔镍基体，使用辊轮进行一次辊压；

S2、使用填充设备进行一次填充，将活性物质初步填充至所述多孔镍基体内；

S3、使用至少一组刮刀A对所述多孔镍基体进行二次填充，每一组刮刀A包括与所述多孔镍基体的中轴平面对称设置的两片刮刀A，所述刮刀A连接有弹性元件，使得工作状态下刮刀A能够在垂直于多孔镍基体表面的方向上运动且使得刮刀A施加到所述多孔镍基体上的效应满足P_d/P₀≤10％，具体为：使刮刀A与所述多孔镍基体呈面接触，利用刮刀A与所述多孔镍基体的相对移动使所述多孔镍基体表面粘附的活性物质受挤压而填充至所述多孔镍基体内，每组刮刀A施加到多孔镍基体时，两片刮刀A与多孔镍基体的接触面的间距为最小间距D时，对多孔镍基体造成的压强为P₀，当接触面的间距增加了d时，对多孔镍基体增加的压强为P_d；

刮除所述多孔镍基体表面的多余活性物质；

S4、进行二次辊压，得到目标厚度的镍电极。

2.根据权利要求1所述的镍电极的制备方法，其特征在于，所述弹性元件与所述刮刀A的刀片连接，所述刮刀A的刀片与所述多孔镍基体呈面接触。

3.根据权利要求2所述的镍电极的制备方法，其特征在于，所述刮刀A的刀片沿相对移动方向的面接触宽度L为所述多孔镍基体等效孔径的1～10倍。

4.根据权利要求2所述的镍电极的制备方法，其特征在于，所述刮刀A的刀片沿相对移动方向的面接触宽度L为所述多孔镍基体等效孔径的2～5倍。

5.根据权利要求1所述的镍电极的制备方法，其特征在于，所述弹性元件与所述刮刀A的刀片连接，所述刮刀A的刀片的表面还包覆有弹性材料，所述弹性材料形成的弹性表面与所述多孔镍基体呈曲面接触。

6.根据权利要求4所述的镍电极的制备方法，其特征在于，所述弹性表面的曲率半径R≥20mm。

7.根据权利要求1-5任一项所述的镍电极的制备方法，其特征在于，步骤S3中使用至少一组刮刀B刮除所述多孔镍基体表面的多余活性物质，每一组刮刀B包括与所述多孔镍基体的中轴平面对称设置的两片刮刀B，所述刮刀B连接在刚性结构上，使刮刀B与所述多孔镍基体表面呈平面接触，利用刮刀B与所述多孔镍基体的相对移动刮除所述多孔镍基体表面粘附的多余活性物质。

8.根据权利要求6所述的镍电极的制备方法，其特征在于，步骤S3中多孔镍基体为行进状态，所述刮刀A的刀口方向与所述多孔镍基体的行进方向反向，所述刮刀B的刀口方向与所述多孔镍基体的行进方向同向。

9.根据权利要求1-6、8任一项所述的镍电极的制备方法，其特征在于，步骤S3中使刮刀A与所述多孔镍基体表面呈倾斜状面接触以形成逐渐缩小的间隙，间隙夹角∠α＝5°～31°。

10.根据权利要求1-6、8任一项所述的镍电极的制备方法，其特征在于，步骤S3中使刮刀A与所述多孔镍基体表面呈倾斜状面接触以形成逐渐缩小的间隙，间隙夹角∠α＝5°～14°。

11.根据权利要求7所述的镍电极的制备方法，其特征在于，步骤S3中使刮刀A与所述多孔镍基体表面呈倾斜状面接触以形成逐渐缩小的间隙，间隙夹角∠α＝5°～31°。

12.根据权利要求7所述的镍电极的制备方法，其特征在于，步骤S3中使刮刀A与所述多孔镍基体表面呈倾斜状面接触以形成逐渐缩小的间隙，间隙夹角∠α＝5°～14°。

13.根据权利要求1-6、8任一项所述的镍电极的制备方法，其特征在于，步骤S3中使用刮刀A对所述多孔镍基体进行二次填充后，所述活性物质在所述多孔镍基体中的填充密度≥1.8g/mL。

14.根据权利要求7所述的镍电极的制备方法，其特征在于，步骤S3中使用刮刀A对所述多孔镍基体进行二次填充后，所述活性物质在所述多孔镍基体中的填充密度≥1.8g/mL。

15.根据权利要求13所述的镍电极的制备方法，其特征在于，所述多孔镍基体的等效孔径为80～800μm，所述多孔镍基体的纵向抗拉强度T≥0.8N/mm。

16.根据权利要求14所述的镍电极的制备方法，其特征在于，所述多孔镍基体的等效孔径为80～800μm，所述多孔镍基体的纵向抗拉强度T≥0.8N/mm。

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