CN114039106A - 镍氢电池制作方法、负电极处理方法、负电极及镍氢电池 - Google Patents

镍氢电池制作方法、负电极处理方法、负电极及镍氢电池 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种镍氢电池制作方法、负电极处理方法、负电极及镍氢电池，包括步骤：制备正电极浆料和负电极浆料；以发泡镍作为基体，将正电极浆料上浆至发泡镍上，上粉后压实、分切、焊接得到正电极；以镀镍钢带作为基体，将负电极浆料上浆至镀镍钢带上，烘干后压实、分切、焊接得到负电极；称取导电剂和聚四氟乙烯粉末，并将导电剂和聚四氟乙烯粉末加入到乙醇中，制成悬浮液；将悬浮液喷涂于负电极表面，形成聚四氟乙烯薄膜和导电网络层；将正电极和负电极植入到钢壳中，并注入电解液、封口，完成电池的制作。

Description

镍氢电池制作方法、负电极处理方法、负电极及镍氢电池
技术领域
本发明涉及镍氢电池技术领域，尤其涉及一种镍氢电池制作方法、负电极处理方法、负电极及镍氢电池。
背景技术
镍氢电池作为一种环保二次可充放电池被广泛应用。随着市场需求量的不断增多以及对镍氢电池性能要求的不断提升，生产效率及生产过程的稳定性及一致性仍需提升。目前，镍氢电池负极制作普遍采用湿法工艺。
聚四氟乙烯(Poly tetra fluoroethylene，PTFE)在镍氢电池中主要用作正负电极材料的粘结剂，其主要作用是将电极中的活性物质材料与其他添加剂粘结在一起形成纤维化结构。聚四氟乙烯因具有疏水性，添加到负电极中可阻止电解液在负电极表面润湿成膜，从而有利于气体在相界面复合，降低电池内压。另一方面，由于聚四氟乙烯耐碱、耐高温，添加在活性物质中，可以减缓活性物质腐蚀，提升电池寿命。导电剂是可充电池重要添加剂，其作用是提高电活性材料间及与集电体之间的电子传输，降低负电极的界面接触电阻，起到去极化的作用。
但是，聚四氟乙烯属于非导电性高分子材料，因此它的加入会引起电池内阻的增加和电池比功率的下降，电池负电极的相界面层阻抗大，放电能力差。
发明内容
本发明的目的是提供一种镍氢电池制作方法、负电极处理方法、负电极及镍氢电池，降低镍氢电池内压，降低负电极的相界面层阻抗，提升放电能力。
本发明公开了一种镍氢电池制作方法，包括步骤：
制备正电极浆料和负电极浆料；
以发泡镍作为基体，将正电极浆料上浆至发泡镍上，上粉后压实、分切、焊接得到正电极；以镀镍钢带作为基体，将负电极浆料上浆至镀镍钢带上，烘干后压实、分切、焊接得到负电极；
称取导电剂和聚四氟乙烯粉末，并将导电剂和聚四氟乙烯粉末加入到乙醇中，制成悬浮液；
将悬浮液喷涂于负电极表面，形成聚四氟乙烯薄膜和导电网络层；
将正电极和负电极植入到钢壳中，并注入电解液、封口，完成电池的制作。
可选地，将导电剂和聚四氟乙烯粉末加入到乙醇中，制成悬浮液包括步骤：
超声分散乙醇中的导电剂和聚四氟乙烯粉末，形成悬浮液。
可选地，加入到乙醇中的导电剂的添加量为6％～10％，聚四氟乙烯粉末的添加量为2％～3％。
可选地，所述将悬浮液喷涂于负电极表面，形成聚四氟乙烯薄膜和导电网络层包括步骤：
控制喷涂于负电极表面的悬浮液的量为0.0059～0.0069mg/mm2。
本发明还公开了一种镍氢电池负电极处理方法，包括步骤：
称取导电剂和聚四氟乙烯粉末；
将导电剂和聚四氟乙烯粉末加入到乙醇中，制成悬浮液；
将悬浮液喷涂于负电极表面，形成聚四氟乙烯薄膜和导电网络层。
可选地，将导电剂和聚四氟乙烯粉末加入到乙醇中，制成悬浮液包括步骤：
超声分散乙醇中的导电剂和聚四氟乙烯粉末，形成悬浮液。
可选地，加入到乙醇中的导电剂的添加量为6％～10％，聚四氟乙烯粉末的添加量为2％～3％。
可选地，所述将悬浮液喷涂于负电极表面，形成聚四氟乙烯薄膜和导电网络层包括步骤：
控制喷涂于负电极表面的悬浮液的量为0.0059～0.0069mg/mm2。
本发明还公开了一种镍氢电池负电极，经过如上所述的电池负电极处理方法处理得到，所述负电极表面形成有聚四氟乙烯薄膜和导电网络层。
本发明还公开了一种镍氢电池，包括如上所述的负电极。
本实施例的镍氢电池负电极处理方法，通过将导电剂和聚四氟乙烯粉末分散于乙醇中，然后喷涂在负电极表面，如图2所示，可使负电极表面形成聚四氟乙烯薄膜和导电网络层，即聚四氟乙烯薄膜和导电网络层。负电极工作时，表面既具有疏水性，从而形成明显的相界面层，降低镍氢电池内压，也可以有效抑制电解液对合金的腐蚀；同时该界面层具有良好的电子导电性，促进了负电极反应进行，降低负电极的界面接触电阻，起到去极化、提升放电能力作用。
附图说明
所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施方式，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。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。在附图中：
图1是本发明实施例镍氢电池负电极喷涂悬浮液之前的示意图；
图2是本发明实施例镍氢电池负电极喷涂悬浮液之后的示意图。
具体实施方式
需要理解的是，这里所使用的术语、公开的具体结构和功能细节，仅仅是为了描述具体实施例，是代表性的，但是本发明可以通过许多替换形式来具体实现，不应被解释成仅受限于这里所阐述的实施例。
下面参考附图和可选的实施例对本发明作详细说明。
作为本发明的一实施例，公开了一种镍氢电池负电极处理方法，其特征在于，包括步骤：
S100：称取导电剂和聚四氟乙烯粉末；
S200：将导电剂和聚四氟乙烯粉末加入到乙醇中，制成悬浮液；
S100：将悬浮液喷涂于负电极表面，形成聚四氟乙烯薄膜和导电网络层。
本实施例的镍氢电池负电极处理方法，通过将导电剂粉末和聚四氟乙烯粉末分散于乙醇中，然后喷涂在负电极表面，如图2所示，可使负电极表面形成聚四氟乙烯薄膜和导电剂网络层，即聚四氟乙烯薄膜和导电剂网络层。负电极工作时，表面既具有疏水性，从而形成明显的相界面层，降低镍氢电池内压，也可以有效抑制电解液对合金的腐蚀；同时该界面层又具有良好的电子导电性，促进了负电极反应进行，降低负电极的界面接触电阻，起到去极化、提升放电能力作用。
本实施例的镍氢电池负电极处理方法采用乙醇作为分散介质，悬浮液喷涂到负极板之后，乙醇可以快速挥发，留下聚四氟乙烯和导电剂，从而形成聚四氟乙烯薄膜和导电剂网络层，省去专门将分散介质去除的步骤。将悬浮液喷涂于负电极表面后，可以仅自然晾干即可。
具体地，导电剂包括但不限于镍粉、钴粉、导电炭黑、石墨等。可选地，导电剂为导电炭黑。聚四氟乙烯粉末的粒径为5～10μm，导电剂的粒径为10～14μm，形成的聚四氟乙烯薄膜和导电剂网络层均匀度好、一致性高，负电极的导电性和疏水性都更好。更具体地，导电剂的粒径为12μm。
具体地，步骤S200将导电剂粉末和聚四氟乙烯粉末加入到乙醇中，制成悬浮液包括步骤：超声分散乙醇中的导电剂粉末和聚四氟乙烯粉末，形成悬浮液。利用超声处理，将导电剂粉末和聚四氟乙烯粉末分散，可以快速形成高度分散的悬浮液，形成的聚四氟乙烯薄膜和导电剂网络层均匀度好、一致性高。
具体地，加入到乙醇中的导电剂粉末的添加量为6％～10％，聚四氟乙烯粉末的添加量为2％～3％。
具体地，所述将悬浮液喷涂于负电极表面，形成聚四氟乙烯薄膜和导电剂网络层包括步骤：控制喷涂于负电极表面的悬浮液的量为0.0059～0.0069mg/mm2。
作为本发明的另一实施例，公开了一种镍氢电池制作方法，包括步骤：
S1：制备正电极浆料和负电极浆料；
S2：以发泡镍作为基体，将正电极浆料上浆至发泡镍上，上粉后压实、分切、焊接得到正电极；以镀镍钢带作为基体，将负电极浆料上浆至镀镍钢带上，烘干后压实、分切、焊接得到负电极；
S3：称取导电剂粉末和聚四氟乙烯粉末，并将导电剂粉末和聚四氟乙烯粉末加入到乙醇中，制成悬浮液；
S4：将悬浮液喷涂于负电极表面，形成聚四氟乙烯薄膜和导电剂网络层；
S5：将正电极和负电极植入到钢壳中，并注入电解液、封口，完成电池的制作。
本实施例的镍氢电池制作方法，通过将导电剂粉末和聚四氟乙烯粉末分散于乙醇中，然后喷涂在负电极表面，如图2所示，可使负电极表面形成聚四氟乙烯薄膜和导电剂网络层，即聚四氟乙烯薄膜和导电剂网络层。负电极工作时，表面既具有疏水性，从而形成明显的相界面层，降低镍氢电池内压，也可以有效抑制电解液对合金的腐蚀；同时该界面层又具有良好的电子导电性，促进了负电极反应进行，降低负电极的界面接触电阻，起到去极化、提升放电能力作用。
本实施例的镍氢电池制作方法，采用乙醇作为分散介质，悬浮液喷涂到负极板之后，乙醇可以快速挥发，留下聚四氟乙烯和导电剂，从而形成聚四氟乙烯薄膜和导电剂网络层，省去专门将分散介质去除的步骤。将悬浮液喷涂于负电极表面后，可以仅自然晾干即可。
对于步骤S1，更具体地，制备正电极浆料时，按重量计，将2％～5％的按粘结剂，2.2％～5.0％的导电剂，2％～3％的添加剂，87％～93.8％的正极球镍，适量纯水，依次加入抽真空搅拌机，控制搅拌速度与时间分散均匀，制成正极浆料。粘结剂包括但不限于PVA、CMC、PTFE；导电剂包括但不限于Ni、Co、CoO、石墨；添加剂包括但不限于ZnO、TiO2、Y2O3、Er2O3、Yb2O3。正极球镍为覆钴加锌球镍，其中，内核钴0.7％，加锌3.5％～4.4％。
制备负电极浆料时，按2％～4％的粘结剂，2％～4.0％的导电剂，1％～2％添加剂，90％～95％的AB5型高镧合金，适量纯水，依次加入抽真空搅拌机，控制搅拌速度与时间，分散均匀，待浆料成浆后，再加入1％～2％的丁苯橡胶(SBR)乳液，低速200～400r/min，搅拌10～30min，控制浆料固含量在82％～86％，转移浆料至拉浆料斗。
粘结剂包括但不限于EMC、CMC、HPMC；导电剂包括但不限于Ni、Co、C；添加剂包括但不限于CoO、Y2O3、Eu2O3、Gd2O3。AB5型高镧合金的计量式可描述为La0.65A0.27Pr0.02Nd0.06Ni3.55Mn0.39B0.34Co0.72，A包含有La、Ce、Pr、Nd、Gd、Sm、Y、Mg中元素一种或以上，B包含有Ni、Co、Mn、Al、Fe、Zr、Si中元素一种或以上。
对于步骤S2，具体地，正电极制作中，选用面密度为320～380g/m2的发泡镍，经过拉浆、烘干、压片、裁切、清粉、点焊等制成正极极板，焊接采用超声波端面焊或超声波极耳焊。负电极制作中，负电极选用退火态镀镍钢带作为基体，进行湿法拉浆，走带速度控制在2.0～3.5m/min。拉浆炉温度控制在85℃～135℃，分温度区域烘干，使烘干后的负极片含水量保持在0.3％～0.8％，再对辊压实，分切，称重，端面焊或焊负极连接片。
对于步骤S3，具体地，将导电剂粉末和聚四氟乙烯粉末加入到乙醇中，制成悬浮液包括步骤：超声分散乙醇中的导电剂粉末和聚四氟乙烯粉末，形成悬浮液。具体地，加入到乙醇中的导电剂粉末的添加量为6％～10％，聚四氟乙烯粉末的添加量为2％～3％。
对于步骤S4，具体地，所述将悬浮液喷涂于负电极表面，形成聚四氟乙烯薄膜和导电剂网络层包括步骤：控制喷涂于负电极表面的悬浮液的量为0.0059～0.0069mg/mm2。
对于步骤S5，具体地，正电极和负电极使用低磺化度且添加超细纤维的隔膜卷绕成型后植入到钢壳中。在钢壳中注入由氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化锂、纯水组成的电解液，完成电池的制作。电解液的OH-浓度在7.5mol/L～8.0mol/L。电池制作完成后进行化成检测。
在镍氢电池性能测试中，控制其它因素相同的条件下，使用步骤S3制成的悬浮液喷涂后的负电极制成本实施例的镍氢电池，不使用步骤S3制成的悬浮液喷涂负电极制成对比的镍氢电池，再按IEC 61951-2/2017 7.5.2.5测试方法进行测试。悬浮液的喷涂量如表1所示：
表1
类别 实施例1 实施例2 实施例3 对比例
喷涂量 0.0048～0.0058mg/mm<sup>2</sup> 0.0059～0.0069mg/mm<sup>2</sup> 0.0070～0.0080mg/mm<sup>2</sup> 未喷涂
将正极片分别与表1实施例1至3及对比例的所述负极片搭配，使用低磺化度且添加超细纤维的隔膜卷绕成型植入钢壳，在钢壳中注入由氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化锂、纯水组成的电解液，电解液的OH-浓度在7.5mol/L～8.0mol/L，封口制作成42SC2200电芯。电池制作完成后进行化成检测，使其容量达到2200mA*h。将对比例和实施例活化稳定后制得的电池各4颗按IEC 61951-2:2017 7.5.2.5条款标准进行测试，测试步骤如下表2所示：
表2
Figure BDA0003302381400000091
对每组4个测试数据取平均值，结果如下表3：
表3
Figure BDA0003302381400000101
从上面测试结果看，本发明对提升镍氢电池性能有显著效果，喷涂导电炭黑粉末(导电剂以导电炭黑粉末为例)和聚四氟乙烯粉末量为0.0059～0.0069mg/mm2效果最佳。
作为本发明的另一实施例，还公开了一种镍氢电池负电极，经过如上所述的电池负电极处理方法处理得到，所述负电极表面形成有聚四氟乙烯薄膜和导电剂网络层。
本实施例的镍氢电池负电极的表面形成有聚四氟乙烯薄膜和导电剂网络层，负电极工作时，表面既具有疏水性，从而形成明显的相界面层，降低镍氢电池内压，也可以有效抑制电解液对负电极合金的腐蚀；同时该界面层又具有良好的电子导电性，促进了负电极反应进行，降低负电极的界面接触电阻，起到去极化、提升放电能力作用。
作为本发明的另一实施例，还公开了一种镍氢电池，包括如上所述的负电极。
以上内容是结合具体的可选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，上述的各实施例之间的内容可以任意组合，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，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种镍氢电池制作方法，其特征在于，包括步骤：
制备正电极浆料和负电极浆料；
以发泡镍作为基体，将正电极浆料上浆至发泡镍上，上粉后压实、分切、焊接得到正电极；以镀镍钢带作为基体，将负电极浆料上浆至镀镍钢带上，烘干后压实、分切、焊接得到负电极；
称取导电剂和聚四氟乙烯粉末，并将导电剂和聚四氟乙烯粉末加入到乙醇中，制成悬浮液；
将悬浮液喷涂于负电极表面，形成聚四氟乙烯薄膜和导电网络层；
将正电极和负电极植入到钢壳中，并注入电解液、封口，完成电池的制作。
2.如权利要求1的镍氢电池制作方法，其特征在于，将导电剂和聚四氟乙烯粉末加入到乙醇中，制成悬浮液包括步骤：
超声分散乙醇中的导电剂和聚四氟乙烯粉末，形成悬浮液。
3.如权利要求1的镍氢电池制作方法，其特征在于，加入到乙醇中的导电剂的添加量为6％～10％，聚四氟乙烯粉末的添加量为2％～3％。
4.如权利要求1的镍氢电池制作方法，其特征在于，所述将悬浮液喷涂于负电极表面，形成聚四氟乙烯薄膜和导电网络层包括步骤：
控制喷涂于负电极表面的悬浮液的量为0.0059～0.0069mg/mm2。
5.一种镍氢电池负电极处理方法，其特征在于，包括步骤：
称取导电剂和聚四氟乙烯粉末；
将导电剂和聚四氟乙烯粉末加入到乙醇中，制成悬浮液；
将悬浮液喷涂于负电极表面，形成聚四氟乙烯薄膜和导电网络层。
6.如权利要求5的镍氢电池负电极处理方法，其特征在于，将导电剂和聚四氟乙烯粉末加入到乙醇中，制成悬浮液包括步骤：
超声分散乙醇中的导电剂和聚四氟乙烯粉末，形成悬浮液。
7.如权利要求5的镍氢电池负电极处理方法，其特征在于，加入到乙醇中的导电剂的添加量为6％～10％，聚四氟乙烯粉末的添加量为2％～3％。
8.如权利要求5的镍氢电池负电极处理方法，其特征在于，所述将悬浮液喷涂于负电极表面，形成聚四氟乙烯薄膜和导电网络层包括步骤：
控制喷涂于负电极表面的悬浮液的量为0.0059～0.0069mg/mm2。
9.一种镍氢电池负电极，其特征在于，经过如权利要求5至8任一项所述的电池负电极处理方法处理得到，所述负电极表面形成有聚四氟乙烯薄膜和导电网络层。
10.一种镍氢电池，其特征在于，包括如权利要求9所述的负电极。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06168719A (ja) * 1992-11-26 1994-06-14 Furukawa Battery Co Ltd:The ニッケル・水素電池用負極板、その製造法並びにニッケル・水素電池
CN103794759A (zh) * 2014-01-27 2014-05-14 中南大学 一种镍氢电池负极片处理方式

Patent Citations (2)

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