CN111193078B - 一种锌镍电池的化成工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及锌镍电池化成技术领域，公开了一种锌镍电池的化成工艺，包括以下步骤：将待化成的锌镍电池注液后浸泡静置，而后对该锌镍电池进行两次化成过程，每一次所述化成过程均包括充电阶段及放电阶段，所述充电阶段采用变电流充电模式；该锌镍电池的化成工艺采用变电流模式充电能够避免强极化对电池的损伤，又避免强过充对电池的伤害，同时又可保证电池容量的充分开发。

Description

一种锌镍电池的化成工艺
技术领域
本发明涉及锌镍电池化成技术领域，具体涉及一种锌镍电池的化成工艺。
背景技术
化成就是电池刚生产出来后，对其做一次充电，借以激活电池，其作用类似于对软盘的“格式化”；化成完成后电池才能开始正常的充放电。原理简单说，就是对电池第一次充电，让电池内的活性物质激活。
锌镍电池的能量密度较高，可达到80-90Wh/kg，远远高于铅酸电池和镉镍电池，接近于目前的磷酸铁锂商品电池。且锌镍电池成本较低，加上锌镍电池优异的倍率性能、低温性能及对环境的绝对安全，使其成为动力电池领域最具潜力的电池之一。
现有锌镍电池的化成制度主要参考铅酸电池或镉镍电池，化成时间长达六七十小时，耗时较长；而现有技术中，如中国发明专利申请公布号为CN109546233A公开了一种锌镍电池充放电化成工艺，通过静置阶段、一充阶段、一放阶段、二充阶段、二放阶段、三充阶段、三放阶段、四充阶段、及再次静置。该锌镍电池充放电化成工艺相对于铅酸蓄电池化成工艺，化成时间缩短了30～50％，提高了生产效率；锌镍电池化成工艺充电量为额定容量的5.25倍，正常铅酸内化成的充电量约为额定容量的10倍，在此基础上降低了能耗和缩减了生产成本。但该化成工艺中每一充电阶段均为恒流充电，即在同一强电流下充电十几小时，易造成电池的损伤。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种锌镍电池的化成工艺，该锌镍电池的化成工艺采用变电流模式充电能够避免强极化对电池的损伤，又避免强过充对电池的伤害，同时又可保证电池容量的充分开发。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种锌镍电池的化成工艺，包括以下步骤：将待化成的锌镍电池注液后浸泡静置，而后对该锌镍电池进行两次化成过程，每一次所述化成过程均包括充电阶段及放电阶段，所述充电阶段采用变电流充电模式；
第一次化成过程中充电阶段采用0.02-0.06C恒流充电1-3h，转0.08-0.12C恒流充电8-10h，再转0.02-0.06C恒流充电6-10h；
当第一次化成过程中充电阶段结束后，静置0.5-4h，再进行第一次化成过程的放电阶段，在电流为0.2C放电至1.10*nV；
第二次化成过程中充电阶段采用0.08-0.12C恒流充电9-11h，控制电压1.95*nV转0.02-0.06C恒流充电3-8h，控制电压1.95*nV；
当第二次化成过程中充电阶段控制电压1.95*nV结束后，静置0.5-4h，再进行第二次化成过程的放电阶段，在电流为0.2C放电至1.30*nV。
电池注液后的浸泡是为了极板充分浸润电液，降低化成时的充放电极化，防止极板夹生，无法充放电；保证化成时极板化成彻底，容量完全开发出来；第一次化成后放电电压至1.10V，是为了电池彻底放电，充分活化；第二次化成放电时，电池已基本活化完成，控制1.30V是常规截止电压，保证电池不过放电。
注入电池的溶液为电解质溶液，电解质溶液为KOH、NaOH、LiOH中的两种及三种和添加剂组成的混合水溶液，密度为1.295-1.320g/l；所述浸泡静置时间为4h到24h。
所述添加剂为ZnO、In2O3和十二烷基磺酸钠，三者比例为3:1:0.1-0.5，且所述添加剂占所述电解质溶液的质量比为0.01-0.1％。
在本发明中，进一步的，经过两次化成过程后进行恒流恒压充电阶段，静置后放电。具体的，所述恒流恒压充电阶段采用电流为0.2C，电压为1.90*nV，截止电流0.04-0.05C，充电总时间为7h；所述静置时间为0.5-4h，并在电流为0.2C放电至1.30*nV。
在本发明中，进一步的，所述化成工艺用于激活新生产的锌镍电池。
本发明的锌镍电池化成工艺采用变电流模式充电，具有以下优点：
1、化成速度快，化成效果好，一次化成可以保证电池设计容量的98％以上被开发；二次化成可以使设计容量被100％开发；
2、一次化成的变电流和二次化成的变电流充电模式与最高电压限制，既保证了电池容量的很好开发，又避免强过充对电池的损伤，保证了电池优良性能和长寿寿命。
附图说明
图1为实施例3中锌镍电池在第一次化成时的电流电压曲线。
图2为实施例3中锌镍电池在第二次化成时的电流电压曲线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种锌镍电池的化成工艺，包括以下步骤：(1)将待化成的锌镍电池注液后浸泡静置4h到24h；(2)第一次化成过程：0.02-0.06C恒流充电1-3h，转0.08-0.12C恒流充电8-10h，再转0.02-0.06C恒流充电6-10h，静置0.5-4h，0.2C放电至1.10*nV；(2)第二次化成过程：0.08-0.12C恒流充电9-11h，控制电压1.95*nV转0.02-0.06C恒流充电3-8h，控制电压1.95*nV，静置0.5-4h，0.2C放电至1.30*nV；(3)恒流恒压充电：电流0.2C，电压1.90*nV，截止电流0.04-0.05C，充电总时间为7h，静置0.5-4h，0.2C放电至1.30*nV。
实施例1：
一种锌镍电池的化成工艺，包括以下步骤：
(1)将待化成的锌镍电池注液后浸泡静置24h，注入电解质溶液密度为1.295g/l；(2)第一次化成过程：0.02C恒流充电3h，转0.08C恒流充电10h，再转0.05C恒流充电10h，静置4h，0.2C放电至1.10*nV；(2)第二次化成过程：0.08C恒流充电11h，控制电压1.95*nV转0.03C恒流充电8h，控制电压1.95*nV，静置4h，0.2C放电至1.30*nV；(3)恒流恒压充电：电流0.2C，电压1.90*nV，截止电流0.04C，充电总时间为7h，静置4h，0.2C放电至1.30*nV化成结束，耗时85h，两次化成总充电时间42h。
实施例2：
一种锌镍电池的化成工艺，包括以下步骤：
(1)将待化成的锌镍电池注液后浸泡静置12h，注入电解质溶液密度为1.300g/l；(2)第一次化成过程：0.03C恒流充电3h，转0.09C恒流充电10h，再转0.04C恒流充电8h，静置3h，0.2C放电至1.10*nV；(2)第二次化成过程：0.09C恒流充电10h，控制电压1.95*nV转0.03C恒流充电8h，控制电压1.95*nV，静置3h，0.2C放电至1.30*nV；(3)恒流恒压充电：电流0.2C，电压1.90*nV，截止电流0.04C，充电总时间为7h，静置3h，0.2C放电至1.30*nV化成结束，耗时67h，两次化成总充电时间39h。
实施例3：
一种锌镍电池的化成工艺，包括以下步骤：
(1)将待化成的锌镍电池注液后浸泡静置10h，注入电解质溶液密度为1.300g/l；(2)第一次化成过程：0.04C恒流充电2h，转0.10C恒流充电9h，再转0.05C恒流充电8h，静置0.5h，0.2C放电至1.10*nV；(2)第二次化成过程：0.10C恒流充电10h，控制电压1.95*nV转0.05C恒流充电3.2h，控制电压1.95*nV，静置0.5h，0.2C放电至1.30*nV；(3)恒流恒压充电：电流0.2C，电压1.90*nV，截止电流0.04C，充电总时间为7h，静置2h，0.2C放电至1.30*nV化成结束，耗时52.2h，两次化成总充电时间32.2h。
通过附图1和附图2可以看出，一次化成可以保证电池设计容量的98％以上被开发；二次化成可以使设计容量被100％开发，化成速度快，化成效果好；同时，一次化成的变电流和二次化成的变电流与最高电压限制，能够避免强过充对电池的损伤，保证了电池优良性能和长寿寿命。
实施例4：
一种锌镍电池的化成工艺，包括以下步骤：
(1)将待化成的锌镍电池注液后浸泡静置4h，注入电解质溶液密度为1.320g/l；(2)第一次化成过程：0.06C恒流充电1h，转0.12C恒流充电8h，再转0.06C恒流充电6h，静置0.5h，0.2C放电至1.10*nV；(2)第二次化成过程：0.12C恒流充电9h，控制电压1.95*nV转0.06C恒流充电3h，控制电压1.95*nV，静置0.5h，0.2C放电至1.30*nV；(3)恒流恒压充电：电流0.2C，电压1.90*nV，截止电流0.05C，充电总时间为7h，静置0.5h，0.2C放电至1.30*nV化成结束，耗时40.5h，两次化成总充电时间28h。
实施例1-4中，注入电池电解质溶液为KOH、NaOH和添加剂组成的混合水溶液，KOH与NaOH两者摩尔比为1:1；所述添加剂为硫酸铋，占所述电解质溶液的质量比为0.1％。
实施例5：一种锌镍电池充放电化成工艺，其化成步骤与实施例3相同，其与实施例3的区别仅在于，注入电池电解质溶液为KOH、NaOH、LiOH和添加剂组成的混合水溶液，KOH、NaOH与LiOH三者摩尔比为1:1:0.2，电解质溶液密度为1.300g/l；所述添加剂为硫酸铋，占所述电解质溶液的质量比为0.1％。
实施例6：一种锌镍电池充放电化成工艺，其化成步骤与实施例3相同，其与实施例3的区别仅在于，注入电池电解质溶液为KOH、NaOH和添加剂组成的混合水溶液，KOH与NaOH两者摩尔比为1:1，电解质溶液密度为1.300g/l；所述添加剂为In2O3、ZnO和十二烷基磺酸钠，三者比例为3:1:0.1-0.5，占所述电解质溶液的质量比为0.05％。
实施例7：一种锌镍电池充放电化成工艺，其化成步骤与实施例3相同，其与实施例3的区别仅在于，注入电池电解质溶液为KOH、NaOH、LiOH和添加剂组成的混合水溶液，KOH、NaOH与LiOH三者摩尔比为1:1:0.2，电解质溶液密度为1.300g/l；所述添加剂为ZnO、In2O3和十二烷基磺酸钠，三者比例为3:1:0.1-0.5，占所述电解质溶液的质量比为0.05％。
对比例1：一种锌镍电池充放电化成工艺，其为现有技术，具体为申请公告号为CN109546233A中实施例3的化成工艺，耗时56h，两次化成总充电时间26h。
对比例2：一种锌镍电池充放电化成工艺，其与实施例3采用的电解质溶液、及基本工艺过程相同，但第一次化成过程时，0.10C恒流充电19h，静置2h，0.2C放电至1.10*nV；及第二次化成过程时：0.10C恒流充电13.2h，静置2h，0.2C放电至1.30*nV，耗时52.2h，两次化成总充电时间32.2h。
选择90个待化成的锌镍电池，随机分成9组，分别采用上述实施例1-7及对比例1-2的化成工艺对锌镍电池进行化成；并对上电池的各项指标进行检测，具体数据如表1所示：
表1
Figure GDA0002600889600000071
由表1可知，本实施例1-4两次化成的总充电时间小于42h，且充电总容量小于电池额定容量的2.7倍，提高了化成效率，降低了能耗及化成成本；
对实施例3与实施例5-7可知，注入不同电解液的电池，采用相同的化成制度，也能保证电池设计容量的完全开发。
对比实施例3与对比例2可知，实施例3在化成过程中充电阶段采用变电流充电模式，充电总容量与电池额定容量的倍率关系由3.22降至2.54，且电池的设计容量开发率一样可以达到100％，同时，采用实施例1-5的工艺进行100次试验中，成品率高达到96％，比对比例1-2的成品率高10％左右；说明在化成过程中充电阶段采用变电流充电模式能够避免强极化对电池的损伤，有避免强过充对电池的伤害，同时又可保证电池容量的充分开发。
上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。

Claims (6)

1.一种锌镍电池的化成工艺，包括以下步骤：将待化成的锌镍电池注液后浸泡静置，而后对该锌镍电池进行两次化成过程，其特征在于，每一次所述化成过程均包括充电阶段及放电阶段，其中充电阶段采用变电流充电模式；
第一次化成过程中充电阶段采用0.02-0.06C恒流充电1-3h，转0.08-0.12C恒流充电8-10h，再转0.02-0.06C恒流充电6-10h；
当第一次化成过程中充电阶段结束后，静置，再进行第一次化成过程的放电阶段，在电流为0.2C放电至1.10*nV；
第二次化成过程中充电阶段采用0.08-0.12C恒流充电9-11h，控制电压1.95*nV转0.02-0.06C恒流充电3-8h，控制电压1.95*nV；
当第二次化成过程中充电阶段控制电压1.95*nV结束后，静置，再进行第二次化成过程的放电阶段，在电流为0.2C放电至1.30*nV。
2.根据权利要求1所述的一种锌镍电池的化成工艺，其特征在于，经过两次化成过程后进行恒流恒压充电阶段，静置后放电。
3.根据权利要求2所述的一种锌镍电池的化成工艺，其特征在于，所述恒流恒压充电阶段采用电流为0.2C，电压为1.90*nV，截止电流0.04-0.05C，充电总时间为7h。
4.根据权利要求2所述的一种锌镍电池的化成工艺，其特征在于，所述恒流恒压充电阶段中静置时间为0.5-4h，并在电流为0.2C放电至1.30*nV。
5.根据权利要求1所述的一种锌镍电池的化成工艺，其特征在于，注入电池的溶液为电解质溶液，所述电解质溶液为KOH、NaOH、LiOH中的两种及三种和添加剂组成的混合水溶液，密度为1.295-1.320g/l。
6.根据权利要求1所述的一种锌镍电池的化成工艺，其特征在于，所述浸泡静置时间为4h到24h。
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