CN115117466B - 圆柱形高压镍氢电池生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种圆柱形高压镍氢电池生产工艺，属于镍氢电池技术领域，以解决现有的电池生产方式生产单电芯内部串联的高压镍氢电池，使得其内阻大，散热效果不足，容易产生高温、膨胀甚至爆炸的问题，包括以下步骤：(1)极板制作；(2)单电芯制作；包括①电芯绕制，绕制后的电芯最内层与最外层均为膈膜加负极，②电芯电极焊接，利用激光穿透点焊，使得汇流片内表面与电芯电极的泡沫镍焊接；(3)多电芯组合；包括①电芯连接，按一个电芯正端和另一个电芯的负极相连，形成正电极、电芯1‑N、负电极组成的单电池，②滚动加压，③激光焊接；(4)电池封装；(5)电池注液。

Description

圆柱形高压镍氢电池生产工艺

技术领域

本发明属于镍氢电池技术领域，更具体地说，特别涉及一种圆柱形高压镍氢电池生产工艺。

背景技术

镍氢电池是一种性能良好的蓄电池，其分为高压镍氢电池和低压镍氢电池；镍氢电池正极活性物质为Ni(OH)2(称NiO电极)，负极活性物质为金属氢化物，也称储氢合金(电极称储氢电极)，电解液为6mol/L氢氧化钾溶液。

而目前的一些高压电池通过单电芯内部串联的方式提高电压，但这样的方式用于电池组式高压镍氢电池的生产，使得其内阻大，散热效果不足，容易产生高温、膨胀甚至爆炸，因此高压的镍氢电池都利用贵的其他生产方式制作，导致体积大，成本很高，很难为民用所接受。

于是，有鉴于此，针对现有的结构及缺失予以研究改良，提供一种圆柱形高压镍氢电池生产工艺，以期达到更具有更加实用价值性的目的。

发明内容

本发明提供一种圆柱形高压镍氢电池生产工艺，以解决现有的电池生产方式生产单电芯内部串联的高压镍氢电池，使得其内阻大，散热效果不足，容易产生高温、膨胀甚至爆炸的问题。

本发明圆柱形高压镍氢电池生产工艺的目的与功效，由以下具体技术手段所达成：

一种圆柱形高压镍氢电池生产工艺，包括如下步骤：

(1)极板制作；制作过程中极板中间为电极有效物质，两边预留泡沫镍；

(2)单电芯制作；包括①电芯绕制，绕制后的电芯最内层与最外层均为膈膜加负极，②电芯电极焊接，利用激光穿透点焊，使得正极汇流片内表面与电芯正极的电极泡沫镍焊接，使负极汇流片内表面与电芯负极的电极泡沫镍焊接；

(3)多电芯组合；包括①电芯连接，按一个电芯正端和另一个电芯的负极相连，形成正电极、电芯1-N、负电极组成的单电池，②滚动加压，对放在滚动托架上旋转的单电池两端进行加压，③激光焊接，激光对电芯连接的两个汇流片之间缝隙进行焊接；

(4)电池封装；

(5)电池注液。

进一步的，在电芯电极焊接中，需先将电芯放入整形模具中进行整形，使电芯两端面形成汇流片的相同面端，再进行激光焊接。

进一步的，单电芯制作中的激光焊接时，激光焊接的行走速度为2-12米/分钟，抖动宽度为0.1-0.5毫米，脉冲占空比20％-50％，激光功率300W-2000W。

进一步的，多电芯组合的激光焊接中，激光功率1000W-2000W，正弦抖动，抖动幅度0.2-1毫米，行走速度5-20米/分钟。

进一步的，所述电池封装包括将焊接好的电池内芯组两端加压，套上绝缘环进行热封形成电池内胆，最后套上金属管，正负极两端套上绝缘压环和金属环后进行滚压。

进一步的，施加压力为20兆帕，滚压时先进行45度滚压；滚压后的单电池再放入两端90度的模具中在设计长度的情况下进行冲压。

进一步的，所述电池注液包括将电池内部进行抽真空，再注入氩气，之后进行二次抽真空，再对真空的电池内部进行注液。

进一步的，所述极板制作包括①正负极配料分别搅拌，②基材放滚，③灌浆，④烘干，⑤滚压，⑥分条、分段，⑦真空包装。

进一步的，多电芯组合的电芯连接前，先将单电芯分类，焊接好的电芯按电芯重量进行分类，按＜-3％、-3％～-2％、-2％～+2％、+2％～+3％、＞+3％五类区分，分别存放，再用同类的单电芯进行电芯连接。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

通过电芯绕制使得最外层与最内层均为膈膜加负极，从而可让通液结构中负离子流动，通过汇流片阻隔负离子与正离子交换，减少漏电，而汇流片利用激光点焊，使得泡沫镍能够完全与汇流片焊融，相结合的两个汇流片从边缘缝隙向内进行垂直焊接，而激光焊接的低温环境，有效避免了焊接时膈膜的碳化，焊接更加稳定，减少了汇流片产生的内阻，使得高压镍氢电池的使用寿命更长。

附图说明

图1是本发明所生产的电池的结构示意图。

图2是图1中A区域的放大图。

图中，部件名称与附图编号的对应关系为：

1、汇流片；2、导液塞；3、正极隔离环；4、O型圈；5、内部绝缘套；6、绝缘压环；7、金属环；8、金属管；9、T型密封圈。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”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”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例：

本发明提供一种圆柱形高压镍氢电池生产工艺，

I)包括极板制作：

1、配浆料部分，将按比例配好正极或者负极材料放入的真空恒温配料搅拌桶内，密封真空后进行5-100分钟的搅拌。搅拌好的浆料通过浆泵打入真空搅拌储藏桶内进行搅拌储藏备用。配一次料满足拉浆线120-200分钟的生产需要。

2、基材放滚部分，基材为正极的泡沫镍或者负极泡沫镍或钢带。基材放到带阻尼的放滚架上，通过基材连接机与前面的基材或者引导带对接，通过基材预压机和基材5-10米缓冲设备进入浆槽。

3、灌浆部分，通过浆泵从真空搅拌储藏桶的浆料打到浆槽中，自动保存一定高度，基材进入浆槽进行灌浆，可控制的刮浆滚保证泡沫镍灌浆的厚度，电极清洗刷保证电极在极板中心为无浆区宽度4-12毫米。灌浆后带电极无浆区的极板进入烘干。

4、烘干预压部分，由热风循环部分和预压设备组成。热风循环部分包含热风机、温度控制系统保证温度在110-180度，正常温度变化小于5度，脱水系统组成。极板进入烘干区长度4-6米，极板行走速度每分钟1-4米。在转向轮上同时进行预压，再经下转向轮进入辊压部分。

5、辊压部分，高精度辊压机压力为200-800吨，辊压厚度0.1-1.2毫米，行走速度每分钟1-4米，辊压后经过可保持5-10米的极板缓冲区进入分条分段部分。

6、分条分段部分，从缓冲区来的极板进入极板定位，在进入分条机从无浆区中心进行分条，使极板电极泡沫镍宽度2-6毫米，保证分条误差在0.02毫米，分完条的两条极板再分别进入各自的分段2-10米缓冲区，分别进行分段处理，分段精度要求误差小于2/M毫米，分段长度50-400公分。分条分段后进入真空包装部分。

7、真空包装部分，分条分段好的正极板或负极板按100条分别装入包装箱用真空袋进行真空包装进库。

II)单电池制作：

1.电芯绕制部分，分正极板、隔膜a、负极板、隔膜b共四层进行绕制；与隔膜为中心正负极板分别错开，有浆部分错开1-4毫米，隔膜宽度大于有浆部分2-6毫米。绕制的直径与设计直径误差小于0.1毫米；绕制时先绕制隔膜a和隔膜b在主轴上绕1-1.5圈，再插入负极板绕制1-1.3圈，再插入正极板绕制到设计的圈数，结束绕制时负极板在外应长出正极板2-4公分；再绕上带有极性标志的胶带1.1-1.5圈；电芯脱离主轴绕制完成，该绕制方式可使得电芯最内层与最外层均为膈膜加负极，可为通液结构中提供电解液内可存在阴离子扩散的现象，进一步通过隔绝阳离子而不发生阴阳离子扩散的离子交换现象，阻止了共液电池大量漏电的情况。

2.电芯电极焊接，焊接前先进行电芯整形，将电芯放入整形模具中，在500公斤的气冲下电芯两端形成与汇流片相同的面端，电芯长度与设计误差小于0.01毫米，先将电芯整形能够更好的使汇流片与电芯上电极泡沫镍耦合，进一步的减少内阻，增加结合强度。安装汇流片，在正极汇流片安装导液塞，放到电芯正端，负极也安装没有导液塞的汇流片，导液塞阻止共液结构的电芯中部正离子的扩散；安装好后放到激光焊接模具中分别对正负汇流片进行激光穿透脉冲焊接，使得正极汇流片与电芯正极电极泡沫镍相连，负极汇流片与负极电极泡沫镍相连，穿透脉冲焊接应保证焊接激光能够穿透汇流片，使汇流片融化与泡沫镍焊接，在焊接牢靠的同时又不能焊穿汇流片伤害到电芯的隔膜，严重的焊穿后会导致隔膜碳化造成电芯短路，电芯报废，要求激光焊接的行走速度为2-12米/分钟，抖动宽度为0.1-0.5毫米，脉冲占空比20％-50％，激光功率300W-2000W，避免焊接时汇流片被焊穿，同时保证了激光焊接后汇流片与电芯之间的结合强度。焊接好的电芯，两端平整，高度与设计误差小于0.01毫米。焊接好的电芯按电芯重量进行分类，按＜-3％、-3％～-2％、-2％～+2％、+2％～+3％、＞+3％五类区分，分别存放，根据生产电池的型号进行重量标准参考，具体是大于3％为D类，1.01％至2.99％为B类，-1％至1％的为A类，-2.99％至-0.99％为C类，小于-3％的为E类，电池质量以A>B>C>D>E类排序，D类与E类进行淘汰。

III)多电芯组合：

多电芯合体焊接部分，按同类电芯正端和另同类电芯的负极相连，形成正电极、电芯1-N、负电极组成的单电池，放在多电芯组合台滚动托架上，电芯重量是电芯容量的基本标志，正常情况下重的电芯容量就越大，把相同重量的电芯在一起组装容量误差较小。首先对单电池两端加0.2兆帕的压力，单电池在每秒0.2-10圈的速度下，激光对电芯连接的V槽中心进行焊接；激光功率1000W-2000W，正弦抖动，抖动幅度0.2-1毫米，行走速度5-20米/分钟，控制好激光功率、抖动幅度、行走速度、焊接温度，确保焊接牢靠保证焊接后电芯温度小于140度，避免焊接时膈膜碳化。

IV)单电池封装部分：

焊接好的单电池放到封装台半圆托架上，按设计长度两端加上20兆帕的压力，托架离开使单电池悬空，安装上正极隔离环和O型圈，再套上内部绝缘套，通过热封将内部绝缘套紧密与单电池结合。再包上负极标志后，套上金属管，两端套上绝缘压环和金属环在平台上对金属管同时进行两端45度滚压。滚压后的单电池再放入两端90度的模具中在设计长度的情况下进行冲压，完成单电池封装。

V)单电池注液部分：

单电池在注液前先进行激光打标编号称重记录后，负极电极装入T型密封塞，放入注液平台的半圆托架中，在2兆帕的压力下带辅助套管注液针插入穿透T型密封圈，在辅助套管的作用下密封注液孔。开始注液，先进行抽真空至负0.06-0.08兆帕保持10-20秒后，注入0.02-0.1兆帕的氩气保持10-20秒。再进行二次抽真空至负0.06-0.08兆帕保持10-20秒后注入定量的电解液，同时加0.02-0.1兆帕的氩气保持20-30秒后，再进行三次抽真空至0.01-0.02兆帕保持10-20秒后，卡注辅助套管拔出注液针,再拔出辅助套管旋入密封内六角螺丝，对单电池进行称重记录，单电池两端分别套入正负标志套管，单电池注液完成。

对比方案1，6V10AH圆柱形高压镍氢电池。

汇流片采用现有的普通单汇流片(也可称为隔板)，焊接工艺为点焊机焊接电极泡沫镍，电池正负电极分别用点焊技术焊上电极泡沫镍，电芯连接部分用一片单汇流片两面同时点焊上电极泡沫镍，用压接工艺完成电池组装。进行注液、化成、分容实测电池容量为10211mAh，内阻为2.82mΩ。

实验1，大电流循环实验，先按1C放电，1.1C充电后暂停30分钟，进行5C放电，暂停30分钟，5C90％充电，如此循环10后，进行1C放电，1.1C充电后进行1C放电，测试电池容量为10162mAh。再1C充电后测试内阻为2.98mΩ。

实验2，超大电流连续放电实验，还是该电池先按1C放电，1.1C充电后暂停30分钟，进行30C连续放电至4V，进行1C放电，1.1C充电后进行1C放电，测试电池容量为10181mAh。再1C充电后测试内阻为7.95mΩ。

实验3，漏电实验，还是该电池先按1C放电，1C充电后暂停30分钟，放入55℃的恒温实验箱中7天后，进行容量实验，实测容量为3216mAh。

对比方案2，6V10AH圆柱形高压镍氢电池。

按焊接工艺为点焊机焊接电极泡沫镍，电池芯两端用带有V槽的汇流片，如图2所示，将两个汇流片点焊在一起，在每个汇流片内侧点焊电极泡沫镍，再用压接工艺完成电池组装。进行注液、化成、分容实测电池容量为10192mAh，内阻为2.61mΩ。

实验1，大电流循环实验，先按1C放电，1.1C充电后暂停30分钟，进行5C放电，暂停30分钟，5C90％充电，如此循环10后，进行1C放电，1.1C充电后进行1C放电，测试电池容量为10212mAh。再1C充电后测试内阻为3.18mΩ。

实验2，超大电流连续放电实验，还是该电池先按1C放电，1.1C充电后暂停30分钟，进行30C连续放电至4V，进行1C放电，1.1C充电后进行1C放电，测试电池容量为10211mAh。再1C充电后测试内阻为8.72mΩ。

实验3，漏电实验，还是该电池先按1C放电，1C充电后暂停30分钟，放入55℃的恒温实验箱中7天后，进行容量实验，实测容量为8235mAh。

对比方案3，6V10AH圆柱形高压镍氢电池

按照激光焊接工艺进行电芯焊接和电芯连接焊接，电池芯两端用不带有V槽的平面汇流片，按专利所述的工艺组装电池。再进行注液、化成、分容实测电池容量为10216mAh，内阻为1.62mΩ。

实验1，大电流循环实验，先按1C放电，1.1C充电后暂停30分钟，进行5C放电，暂停30分钟，5C90％充电，如此循环10后，进行1C放电，1.1C充电后进行1C放电，测试电池容量为10212mAh。再1C充电后测试内阻为1.68mΩ。

实验2，超大电流连续放电实验，还是该电池先按1C放电，1.1C充电后暂停30分钟，进行30C连续放电至4V，进行1C放电，1.1C充电后进行1C放电，测试电池容量为10193mAh。再1C充电后测试内阻为1.85mΩ。

实验3，漏电实验，还是该电池先按1C放电，1C充电后暂停30分钟，放入55℃的恒温实验箱中7天后，进行容量实验，实测容量为3317mAh。

本申请，6V10AH圆柱形高压镍氢电池。

按照激光焊接工艺进行电芯焊接和电芯连接焊接，按实施例所述的工艺组装电池。再进行注液、化成、分容实测电池容量为10223mAh，内阻为1.56mΩ。

实验1，大电流循环实验，先按1C放电，1.1C充电后暂停30分钟，进行5C放电，暂停30分钟，5C90％充电，如此循环10后，进行1C放电，1.1C充电后进行1C放电，测试电池容量为10261mAh。再1C充电后测试内阻为1.58mΩ。

实验2，超大电流连续放电实验，还是该电池先按1C放电，1.1C充电后暂停30分钟，进行30C连续放电至4V，进行1C放电，1.1C充电后进行1C放电，测试电池容量为10286mAh。再1C充电后测试内阻为1.69mΩ。

实验3，漏电实验，还是该电池先按1C放电，1C充电后暂停30分钟，放入55℃的恒温实验箱中7天后，进行容量实验，实测容量为8721mAh。

比较方案实验表

结论：

从比较方案实验表中可以看出，激光焊接工艺较大的降低了电池内阻，对于容量影响不大。对于内阻的稳定性有很好效果，特别超大电流放电后的稳定性有数倍的提高。对于漏电主要决定的是V型汇流片和隔离环与导液塞。

本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (9)

1.一种圆柱形高压镍氢电池生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：

(1)极板制作；制作过程中极板中间为电极有效物质，两边预留泡沫镍；

(2)单电芯制作；包括①电芯绕制，绕制后的电芯最内层与最外层均为膈膜加负极，电池芯两端用带有V槽的汇流片；②电芯电极焊接，利用激光穿透点焊，使得汇流片内表面与电芯两电极泡沫镍焊接；

(3)多电芯组合；包括①电芯连接，按一个电芯正端和另一个电芯的负极相连，形成正电极、电芯1-N、负电极组成的单电池，②滚动加压，对放在滚动托架上旋转的单电池两端进行加压，③激光焊接，激光对电芯连接的两个汇流片之间缝隙进行焊接，相结合的两个汇流片从边缘缝隙向内进行垂直焊接；

(4)电池封装；

(5)电池注液。

2.如权利要求1所述的圆柱形高压镍氢电池生产工艺，其特征在于：在电芯电极焊接中，需先将电芯放入整形模具中进行整形，使电芯两端面形成汇流片的相同面端，再进行激光焊接。

3.如权利要求1所述的圆柱形高压镍氢电池生产工艺，其特征在于：单电芯制作中的激光焊接时，激光焊接的行走速度为2-12米/分钟，抖动宽度为0.1-0.5毫米，脉冲占空比20％-50％，激光功率300W-2000W。

4.如权利要求1所述的圆柱形高压镍氢电池生产工艺，其特征在于：多电芯组合的激光焊接中，激光功率1000W-2000W，正弦抖动，抖动幅度0.2-1毫米，行走速度5-20米/分钟。

5.如权利要求1所述的圆柱形高压镍氢电池生产工艺，其特征在于：所述电池封装包括将焊接好的电池内芯组两端加压，套上绝缘环进行热封形成电池内胆，最后套上金属管，正负极两端套上绝缘压环和金属环后进行滚压。

6.如权利要求5所述的圆柱形高压镍氢电池生产工艺，其特征在于：施加压力为20兆帕，滚压时先进行45度滚压；滚压后的单电池再放入两端90度的模具中在设计长度的情况下进行冲压。

7.如权利要求1所述的圆柱形高压镍氢电池生产工艺，其特征在于：所述电池注液包括将电池内部进行抽真空，再注入氩气，之后进行二次抽真空，再对真空的电池内部进行注液。

8.如权利要求1所述的圆柱形高压镍氢电池生产工艺，其特征在于：所述极板制作包括①正负极配料分别搅拌，②基材放滚，③灌浆，④烘干，⑤滚压，⑥分条、分段，⑦真空包装。

9.如权利要求1所述的圆柱形高压镍氢电池生产工艺，其特征在于：多电芯组合的电芯连接前，先将单电芯分类，焊接好的电芯按电芯重量进行分类，按＜-3％、-3％～-2％、-2％～+2％、+2％～+3％、＞+3％五类区分，分别存放，再用同类的单电芯进行电芯连接。

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