CN112133968A - 一种二次圆柱形镍系电池及其制作方法 - Google Patents

Abstract

一种二次圆柱形镍系电池及其制作方法，该二次圆柱形镍系电池包括电池外壳和设置于所述电池外壳内的电芯，所述电池外壳内装有电解液，所述电芯是由电池正极片、电池负极片和电池隔膜卷绕而成圆柱形电芯，所述圆柱形电芯的中心形成有中心孔，所述中心孔中插入有隔膜柱，所述隔膜柱由具有吸液性的另一隔膜卷绕而成。根据本发明的二次圆柱形镍系电池，当电池循环到其本身的电解液慢慢减少时，插入中心孔里的隔膜柱所吸收的电解液相应地从隔膜柱往电芯四周转移扩散，电芯缺失的电解液得到补充，从而使电池寿命得以增加。

Description

一种二次圆柱形镍系电池及其制作方法

技术领域

本发明涉及镍系电池，特别是涉及一种二次圆柱形镍系电池及其制作方法。

背景技术

传统的二次圆柱形镍系电池的寿命提高主要通过如下方法：

一是使电池中的负极活性物质对正极活性物质的过量来确保寿命的循环次数；

二是通过增加注入电解液来增加电池循环寿命。

但是，传统二次镍系电池注入电解液基本靠极片及包覆极片的隔膜吸收，已达到饱和状态，再多注入电池内部就会有流动的电解液，这样往往在活化过程中就会漏液，造成产品不良。

此外，二次圆柱形镍系镍系电池寿命的终止，基本为电解液在正负极和隔膜纸中的分布不均匀，膨胀收缩，膨胀收缩后，隔膜纸的电解液都被挤到正极里面去，从而内阻增大，寿命下降。

因此，目前急需一种提高二次圆柱形镍系电池寿命的方法。

以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的不足，提供一种长寿命的二次圆柱形镍系电池及其制作方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种二次圆柱形镍系电池，包括电池外壳和设置于所述电池外壳内的电芯，所述电池外壳内装有电解液，所述电芯是由电池正极片、电池负极片和电池隔膜卷绕而成圆柱形电芯，所述圆柱形电芯的中心形成有中心孔，所述中心孔中插入有隔膜柱，所述隔膜柱由具有吸液性的另一隔膜卷绕而成。

进一步地：

所述隔膜柱的吸液量与所述隔膜柱自身的重量比大于2:1。

插入所述中心孔的所述隔膜柱的两端与所述中心孔的两端平齐。

所述隔膜柱由磺化的PP材质制成。

所述电池正极片由填充有球镍的发泡镍制成，所述电池负极片由填充有合金粉的铜网制成，所述电池隔膜由磺化的PP材质制成。

一种制作二次圆柱形镍系电池的方法，包括以下步骤：

S1、将电池正极片、电池负极片和电池隔膜经过卷绕后得到圆柱形电芯，将所述圆柱形电芯装入电池外壳后拔出卷绕针，在所述圆柱形电芯的中心留出中心孔；

S2、通过卷绕另一隔膜形成隔膜柱，将所述隔膜柱插入所述中心孔中；

S3、经过滚槽、注液、封口、化成、分容，制得所述二次圆柱形镍系电池。

所述隔膜柱的吸液量与所述隔膜柱自身重量的重量比大于2:1。

插入所述中心孔的所述隔膜柱的两端与所述中心孔的两端平齐。

步骤S1之前还包括如下步骤：

将合金粉填充到铜网，经过辊压成片，裁切得到所述电池负极片；

将球镍填入发泡镍，经过辊压成片，裁切获得所述电池正极片；

使用磺化的PP材质制成所述电池隔膜。

步骤S2之前还包括如下步骤：

使用磺化的PP材质制成所述另一隔膜，卷绕得到所述隔膜柱。

本发明具有如下有益效果：

本发明的二次圆柱形镍系电池中，电芯是由电池正极片、电池负极片和电池隔膜卷绕而成的圆柱形电芯，在所述圆柱形电芯的中心形成有中心孔，有隔膜柱，由具有吸液性的另一隔膜卷绕而成的隔膜柱插入所述中心孔中，由于装配卷绕后电芯的中心孔属于空洞空缺状态，采用一种吸液含量较高的隔膜卷成圆柱状的隔膜柱插入电芯的中心孔中，注液时，插入的隔膜柱对电解液吸收达到饱和状态，使电池注入的电解液的量得到有效增加，且不会造成多余可在电池内部流动的电解液。当电池循环到本身的电解液(即除了被隔膜柱吸收的电解液之外的电解液)慢慢减少时，插入中心孔里的隔膜柱所吸收的电解液相应地从隔膜柱往电芯四周转移扩散，电芯缺失的电解液得到补充，从而使电池寿命得以增加。特别是，本发明将所述另一隔膜卷成隔膜柱后置入中心孔后，利用隔膜柱向外打开扩展的张力，使吸收了电解液的隔膜柱能够沿着电芯的轴线紧密地贴合在中心孔外侧的电芯上，这一设计非常有利于隔膜柱中的电解液转移扩散到电芯的隔膜里，使隔膜柱所吸收的电解液能够被更加高效和充分地利用，从而更好地补充电芯缺失的电解液，延长电池循环寿命。

附图说明

图1为本发明一种实施例的圆柱形电芯的结构示意图；

图2为本发明一种实施例的圆柱形电芯的中心孔中插入隔膜柱的立体示意图；

图3为本发明一种实施例的圆柱形电芯的中心孔中插入隔膜柱的俯视图。

图4为将本发明实施例1、2与对比例制作的二次圆柱形镍系电池在常温25℃环境下进行0.5C寿命测试的测试结果比较图。

具体实施方式

以下对本发明的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

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。另外，连接既可以是用于固定作用也可以是用于耦合或连通作用。

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实施例和简化描述，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该特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

参阅图1至图3，在一种实施例中，一种二次圆柱形镍系电池，包括电池外壳(未图示)和设置于所述电池外壳内的电芯1，所述电池外壳内装有电解液，所述电芯1是由电池正极片、电池负极片和电池隔膜卷绕而成圆柱形电芯1，所述圆柱形电芯1的中心形成有中心孔3，所述中心孔3中插入有隔膜柱2，所述隔膜柱2由具有吸液性的另一隔膜卷绕而成。

在优选的实施例中，所述隔膜柱2的吸液量与所述隔膜柱2自身重量的重量比大于2:1。通过选择隔膜柱的材料，使隔膜柱2在电池外壳内的吸液量满足上述重量比条件，有利于充分利用圆柱形电芯1的中心孔3的容积空间，进一步延长二次圆柱形镍系电池的寿命。

在优选的实施例中，插入所述中心孔3的所述隔膜柱2的两端与所述中心孔3的两端平齐。隔膜柱2与圆柱形电芯1的中心孔3两端平齐的结构同样也有利于充分利用中心孔3的容积空间，进一步延长二次圆柱形镍系电池的寿命。

在优选的实施例中，所述隔膜柱2由磺化的PP材质制成。可以理解的是，用于形成隔膜柱2的所述另一隔膜材料也可以由任意一种适于在放置在电芯内部的吸液性隔膜材料制成。

在一些实施例中，所述电池正极片由填充有球镍的发泡镍制成，所述电池负极片由填充有合金粉的铜网制成，所述电池隔膜由磺化的PP材质制成。

本发明实施例还提供一种制作二次圆柱形镍系电池的方法，包括以下步骤：

S1、将电池正极片、电池负极片和电池隔膜经过卷绕后得到圆柱形电芯1，将所述圆柱形电芯1装入电池外壳后拔出卷绕针，在所述圆柱形电芯1的中心留出中心孔3；

S2、通过卷绕另一隔膜形成隔膜柱2，将所述隔膜柱2插入所述中心孔3中；

S3、经过滚槽、注液、封口、化成、分容，制得所述二次圆柱形镍系电池。

在优选的实施例中，所述隔膜柱2的吸液量与所述隔膜柱自身重量的重量比大于2:1。

在优选的实施例中，插入所述中心孔3的所述隔膜柱2的两端与所述中心孔3的两端平齐。

在一些实施例中，步骤S1之前还包括如下步骤：

将合金粉填充到铜网，经过辊压成片，裁切得到所述电池负极片；

将球镍填入发泡镍，经过辊压成片，裁切获得所述电池正极片；

使用磺化的PP材质制成所述电池隔膜。

在优选的实施例中，步骤S2之前还包括如下步骤：

使用磺化的PP材质制成所述另一隔膜，卷绕得到所述隔膜柱2。

本发明实施例的二次圆柱形镍系电池中，电芯是由电池正极片、电池负极片和电池隔膜卷绕而成的圆柱形电芯，在所述圆柱形电芯的中心形成有中心孔，有隔膜柱，由具有吸液性的另一隔膜卷绕而成的隔膜柱插入所述中心孔中，由于装配卷绕后电芯的中心孔属于空洞空缺状态，采用一种吸液含量较高的隔膜卷成圆柱状的隔膜柱插入电芯的中心孔中，注液时，插入的隔膜柱对电解液吸收达到饱和状态，使电池注入的电解液的量得到有效增加，且不会造成多余可在电池内部流动的电解液。当电池循环到本身的电解液(即除了被隔膜柱吸收的电解液之外的电解液)慢慢减少时，插入中心孔里的隔膜柱所吸收的电解液相应地从隔膜柱往电芯四周转移扩散，电芯缺失的电解液得到补充，从而使电池寿命得以增加。特别是，本发明实施例将所述另一隔膜卷成隔膜柱后置入中心孔后，利用隔膜柱向外打开扩展的张力，使吸收了电解液的隔膜柱能够沿着电芯的轴线紧密地贴合在中心孔外侧的电芯上，这一设计非常有利于隔膜柱中的电解液转移扩散到电芯的隔膜里，使隔膜柱所吸收的电解液能够被更加高效和充分地利用，从而更好地补充电芯缺失的电解液，延长电池循环寿命。

以下进一步描述具体实施例的制作方法。

首先，可按照传统的二次圆柱形镍系电池的制作工艺，将电池正极片、电池负极片和电池隔膜进行卷绕后，得到电芯(1)，电芯入壳后拔出卷绕针，电芯中心漏出中心孔(3)。

通过卷绕吸液量与重量比例大于2:1的隔膜获得隔膜柱(2)，并且与电芯高度尺寸相同，卷出的隔膜柱直径能顺利塞入中心孔(3)，塞入的隔膜柱上下与电芯中心孔平齐。

在电芯(1)的中心孔(3)中塞入隔膜柱后，再同传统的电池制作方法一样，滚槽、注液、封口、化成、分容，得到本发明实施例的长寿命二次圆柱形镍系电池。

一个具体实施例中，提供一种二次圆柱形镍系电池制作方法，包括如下步骤：

①将合金粉填充到铜网，经过辊压成片，裁切得到负极片；

②将球镍填入发泡镍辊压成片裁切获得正极片；

③隔膜(电芯本身和塞入中心孔的隔膜柱)采用磺化的PP材质；

④将负极片、隔膜、正极片进行卷绕，入壳，把卷好的隔膜柱塞入电芯中心孔，注入电解液，然后滚槽、封口、化成、分容获得一种长寿命电池。

以下实施例1-2和对比例分别为制作同一规格的镍系二次电池，型号容量为SC2000mAh。

实施例1

同上述具体实施制作方法，将面密度为55g/m2、厚度为0.15mm、长度为60mm，宽度为35mm的隔膜卷成隔膜柱，重量约为0.11g，注入完正常电芯所需的电解液后，再加注0.2g电解液。

实施例2

同上述具体实施制作方法，将面密度为55g/m2、厚度为0.15mm、长度为108mm，宽度为35mm的隔膜卷成隔膜柱，重量约为0.20g，注入完正常电芯所需的电解液后，再加注0.4g电解液。

对比例

同上述具体实施例的制作方法，但没有使用隔膜柱。

将以上实施例1、实施例2与对比例制作的电池在常温25℃环境下进行0.5C寿命测试，经上述测试得到数据如下表1

表1

从上述表1数据及图4可以看出隔膜柱的使用与否对电池的循环寿命带来显著的变化。实施例1和实施例2的电池循环寿命均长于对比例的的电池循环寿命。实施例1的电池在剩余80％容量时的循环寿命达到533周，比对比例多24周；在剩余60％容量时的循环寿命达到833周，比对比例多73周。实施例2的电池在剩余80％容量时的循环寿命达到636周，比对比例多127周；在剩余60％容量时的循环寿命达到919周，比对比例多159周。

可见，本发明实施例通过在电芯的中心孔里塞入隔膜柱制作的二次圆柱形镍系电池，比传统制作方法制作的二次圆柱形镍系电池，在电池的寿命延长上带来更加良好的表现。

本发明的背景部分可以包含关于本发明的问题或环境的背景信息，而不一定是描述现有技术。因此，在背景技术部分中包含的内容并不是申请人对现有技术的承认。

以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。在本说明书的描述中，参考术语“一种实施例”、“一些实施例”、“优选实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。尽管已经详细描述了本发明的实施例及其优点，但应当理解，在不脱离专利申请的保护范围的情况下，可以在本文中进行各种改变、替换和变更。

Claims (10)

1.一种二次圆柱形镍系电池，其特征在于，包括电池外壳和设置于所述电池外壳内的电芯，所述电池外壳内装有电解液，所述电芯是由电池正极片、电池负极片和电池隔膜卷绕而成圆柱形电芯，所述圆柱形电芯的中心形成有中心孔，所述中心孔中插入有隔膜柱，所述隔膜柱由具有吸液性的另一隔膜卷绕而成。

2.如权利要求1所述的二次圆柱形镍系电池，其特征在于，所述隔膜柱的吸液量与所述隔膜柱自身的重量比大于2:1。

3.如权利要求1所述的二次圆柱形镍系电池，其特征在于，插入所述中心孔的所述隔膜柱的两端与所述中心孔的两端平齐。

4.如权利要求1至3任一项所述的二次圆柱形镍系电池，其特征在于，所述隔膜柱由磺化的PP材质制成。

5.如权利要求1至3任一项所述的二次圆柱形镍系电池，其特征在于，所述电池正极片由填充有球镍的发泡镍制成，所述电池负极片由填充有合金粉的铜网制成，所述电池隔膜由磺化的PP材质制成。

6.一种制作二次圆柱形镍系电池的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将电池正极片、电池负极片和电池隔膜经过卷绕后得到圆柱形电芯，将所述圆柱形电芯装入电池外壳后拔出卷绕针，在所述圆柱形电芯的中心留出中心孔；

S2、通过卷绕另一隔膜形成隔膜柱，将所述隔膜柱插入所述中心孔中；

S3、经过滚槽、注液、封口、化成、分容，制得所述二次圆柱形镍系电池。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述隔膜柱的吸液量与所述隔膜柱自身重量的重量比大于2:1。

8.如权利要求5所述的方法，其特征在于，插入所述中心孔的所述隔膜柱的两端与所述中心孔的两端平齐。

9.如权利要求5至7任一项所述的方法，其特征在于，步骤S1之前还包括如下步骤：

将合金粉填充到铜网，经过辊压成片，裁切得到所述电池负极片；

将球镍填入发泡镍，经过辊压成片，裁切获得所述电池正极片；

使用磺化的PP材质制成所述电池隔膜。

10.如权利要求5至7任一项所述的方法，其特征在于，步骤S2之前还包括如下步骤：

使用磺化的PP材质制成所述另一隔膜，卷绕得到所述隔膜柱。

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