CN1217588A - 一种箔式电池负极及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种箔式电池负极及其制造方法,所述的电池负极包括有泡沫型金属铜骨架,以及着附于泡沫型金属铜骨架上的填充剂和添加剂;其制造方法是将填充剂和添加剂混合制成膏状,填充在泡沫型金属铜中,经烘干、辗压、裁片制成。所述的电池负极性能良好,造价低,具有较高的性能价格比。
Description
本发明涉及一种箔式电池负极及其制造方法。
目前，在镍镉、镍氢等箔式电池中，选用泡沫镍作电极骨架材料，加入填充剂和添加剂，其充放电性能良好。但，使用泡沫镍的成本较高，因此人们努力寻求一种低成本而且性能好骨架材料。后来，有人发明泡沫型金属铜及其制造方法，如CN1147030A所示，所述的泡沫金属铜呈多孔隙，孔率为80％以上，泡沫型金属铜(以下间称泡沫铜)的表面复合一层或多层其他金属。
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种箔式电池负极，所述的负极性能良好，成本低，可与泡沫镍负极性能相媲美。
又，本发明的另一目的在于提供一种箔式电池负极制造方法。
为达到上述目的，本发明采用如下方案：
一种箔式电池负极，包括有泡沫型金属铜骨架，以及着附于泡沫型金属铜骨架上的填充剂和添加剂。
上述的箔式电池负极，其中填充剂为Cd(OH)2，添加剂为镍粉，粘合剂。其中Cd(OH)2与镍粉按90∶10-95∶5(重量比)混合，粘合剂的量为Cd(OH)2、镍粉混合粉重量的2％。
上述的箔式电池的负极，其中填充剂为储氢合金粉，添加剂为镍粉、钴粉、粘合剂；其中储氢合金粉、镍粉、钴粉按90∶5∶5-95∶2.5∶2.5(重量)混合，粘合剂的量为储氢合金粉、镍粉，钴粉混合粉总量(重量)2％。
上述的箔式电池负极，其中泡沫型金属铜为三维网状结构，孔径为110-120PPI，孔率为80％以上，厚度为1、2±0.1mm-1.3±0.1mm，粘合剂包括有HPMC、PTFE、MC、CMC其中一种或多种。
一种上述箔式电池负极的制造方法，其步骤为：将填充剂和添加剂混合制成膏状，填充在泡沫型金属铜中，经烘干、辗压、裁片制成。
在箔式电池中，采用上述负极制成的电池在充放电性能、自放电性能上上均可达到或超过IEC标准，与以泡沫镍为骨架的电池的性能无异，由于金属铜的价格为金属镍的1/4，因而采用上述电池的负极会降低电池的成本，从而提高性能价格比。
下面结合附图、实施例对本发明进一步说明：
图1(a、b、c)：以泡沫铜为骨架和泡沫镍为骨架的负极的镍镉电池分别在0.2C、1C、3C下(充电制度：25±2℃下，0.2C充8小时)的放电曲线图，其中曲线1指泡沫铜负极，曲线2指泡沫镍负极(以下同)；
图2a以泡沫铜为骨架和泡沫镍为骨架的负极的镍镉电池在充电制度为25±2℃下，0.1C充16小时的充电曲线图；
图2b：以泡沫铜为骨架和泡沫镍为骨架的负极的镍镉电池在充电制度为25±2℃下，0.2C充8小时的充电曲线图；
图2c：以泡沫铜为骨架和泡沫镍为骨架的负极的镍镉电池在充电制度为25±2℃下，1.0C充至-ΔV=25mV的充电曲线图；
图2d：以泡沫铜为骨架和泡沫镍为骨架的负极的镍镉电池在充电制度为25±2℃下，3.0C充至-ΔV=25mV的充电曲线图；
图3：以泡沫铜为骨架和泡沫镍为骨架的负极的镍镉电池循环寿命曲线图；
图4(a、b、c)：以泡沫铜为骨架和泡沫镍为骨架的负极的镍氢电池分别在0.2C、1C、3C下(充电制度：25±2℃下，0.4C充至3.5小时或-ΔV=25mV)的放电曲线图；
图5a：以泡沫铜为骨架和泡沫镍为骨架的负极的镍氢电池在充电制度为25±2℃下，0.2C充8小时的充电曲线图；
图5b：以泡沫铜为骨架和泡沫镍为骨架的负极的镍氢电池在充电制度为25±2℃下，0.4C充至3.5小时或-ΔV=25mV的充电曲线图；
图5c：以泡沫铜为骨架和泡沫镍为骨架的负极的镍氢电池在充电制度为25±2℃下，1.0C充至-ΔV=25mV的充电曲线图；
图5d：以泡沫铜为骨架和泡沫镍为骨架的负极的镍氢电池在充电制度为25±2℃下，2.0C充至-ΔV=25mV的充电曲线图；
图6：以泡沫铜为骨架和泡沫镍为骨架的负极的镍氢电池循环寿命曲线图。
实施例1：箔式电池中镍镉电池的负极及其制造方法，选用泡沫铜的规格为：孔径为110PPI，孔率为85-90％，厚度为1.2±0.1mm，填充剂为Cd(OH)2，添加剂为镍粉、粘合剂。电极制备的具体过程为：将活性物质填充剂Cd(OH)2与镍粉按重量比90∶10的比例称量并混合均匀，按上述混合粉重量2％称取粘合剂CMC(也可为HPMC、PTFE、MC中的一种或多种)，按上述混合粉重量30％称取纯净水，将CMC与纯净水混合并搅拌至半透明的胶状溶液，将混合将加入其中并搅拌均匀，得到浆料。将此浆料填充进泡沫铜中，在80℃下烘干，辗压至厚度为0.40±0.02mm，裁切为90mm×40mm的负极片。同时为取得与泡沫镍为骨架的负极在性能上的比较，将相同规格的泡沫镍按上述条件和制备过程制成相同规格的的负极片，而且在上述制作过程中控制填充剂和添加剂的填充量基本相同。将这两种镉负极分别与泡沫镍正极(AA型700mAh)、PA隔膜共同卷绕在一个带有泄气阀的容器中，加注KOH(7N)+LiOH(20g/L)碱液2.5g，密封之后经过几次活化充放电循环，即制备成两种AA型700mAh的镍镉电池。将这两种电池作充电性能、放电性能、自放电及循环寿命测试，结果为：
A：放电性能：实验温度为25±2℃，采用0.2C(C=700mA)充电8小时，搁置一小时后对上述两种电池用0.2C(140mA)、1C(700mA)、3C(2100mA)放电，截止电压1.0V，测试结果见图1(a、b、c)中，可以看出，在0.2C和1C两种放电制度下，两种电池在放电容量和放电电位方面基本相同，而在3C放电时，两种电池的放电容量基本相同，但以泡沫铜为负极骨架的电池在中后期的放电电压要高于采用泡沫镍为骨架的电池的放电电压。
B：充电性能：实验温度为25±2℃，对两种电池采用0.1C充电16小时，0.2C充电8小时，1C充电至-ΔV=25mV,3C充电至-ΔV=25mV，搁置一小时后，均采用0.2C、进行放电，终止电压为1.0V，图2(a、b、c、d)给出两种电池在不同倍率下的充电曲线，表1给出两种电池经不同倍率充电后0.2C放电曲线，可以看出，两种电池在0.1C、0.2C、1C充电条件下其充电电压、放电电压及放电容量基本相同，在3C条件下，泡沫铜负极的最高充电电压低于泡沫镍负极，说明采用泡沫铜负极的电池的充电性能不差于泡沫镍负极的电池。
表1
| 0.1C | 0.2C | 1C | 3C | |||||
| 铜负极 | 镍负极 | 铜负极 | 镍负极 | 铜负极 | 镍负极 | 铜负极 | 镍负极 | |
| 容量(mAh) | 756 | 763 | 756 | 763 | 770 | 784 | 770 | 784 |
| 放电电压(V) | 1.23 | 1.23 | 1.23 | 1.23 | 1.22 | 1.22 | 1.22 | 1.22 |
C：自放电性能：实验温度为25±2℃，实验方法如下：
(1)采用0.1C充电16小时，搁置一小时后用0.2C放电、终止电压为1.0V，计算放电容量C1。
(2)0.1C充电16小时，在温度为25±2℃环境下，搁置28天。
(3)将上述电池取出，0.2C放电，终止电压为1.0V，计算放电容量C2。
(4)按荷电保持率=C2/C1×100％，计算两种电池的荷电保持率为：结果以泡沫铜作负极骨架的电池，荷电保持率为81.2％，以泡沫镍为负极骨架的电池荷电保持率为81.6％，两者均符合IEC标准，且相差无几。
D、循环寿命：按照IEC标准作两种电池的循环寿命，所得结果见图3，由图中看出，两种电池的寿命都超过300周，而且在第300周，镍负极电池的放电容量为额定容量的75％，而铜负极电池的放电容量为额定容量的80％。
实施例2：箔式电池中镍氢电池的负极及其制造方法。选用泡沫铜的规格为：孔径为120PPI，孔率为90-95％，厚度为1.3±0.1mm，填充剂为储氢合金粉，添加剂为镍粉、钴粉、粘合剂。电极制备的具体过程为：将作为活性物质的填充剂储氢合金粉与添加剂镍粉、钴粉(或氧化钴粉)按重量比95∶2.5∶2.5的比例称量并混合均匀，按上述混合粉重量2％称取HPMC，按上述混合将重量30％称取纯净水，将HPMC与纯净水混合并搅拌至半透明的胶状溶液，将混合粉加入其中并搅拌均匀，得到浆料。将此浆料填充进泡沫铜中，在80℃下烘干，辗压至厚度为0.38±0.02mm，裁切为110mm×40mm的负极片。同时为取得与泡沫镍为骨架的负极在性能上的比较，将相同规格的泡沫镍按上述条件和制备过程制成相同规格的负极片，而且在上述制作过程中控制活性物质的填充量基本相同。将这两种氢负极分别与泡沫镍正极(AA型1100mAh)、PA隔膜共同卷绕在一个带有泄气阀的容器中，加注KOH(7N)+LiOH(20g/L)碱液2.8g，密封之后经过几次活化充放电循环，即制备成两种AA型1100mAh的镍氢电池。将这两种电池作充电性能、放电性能、自放电及循环寿命测试，结果为：
A：放电性能，实验温度为25±2℃，采用0.4C充电3.5小时或充至-ΔV=25mV，搁置一小时后用0.2C、1C、3C放电至终止1.0V，图4(a、b、c)可以看出，采用泡沫铜的电池在三种情况下放电容量均高于采用泡沫镍电池的容量，而且放电平台略好于泡沫镍电池。
B：充电性能：实验温度为25±2℃，充电制度分别为0.2C充8小时，0.4C充电3.5小时或充至-ΔV=25mV，1C充电至-ΔV=25mV搁置一小时后均采用0.2C放电，终止电压为1.0V，图5(a、b、c、d)为不同制度下的充电曲线。表2为各种充电制度下0.2C放电容量及放电电压，可以看出，泡沫铜电池的放电容量略高于泡沫镍电池，两种电池放电电压相同，充电最高电压基本相同。
表2
| 0.1C | 0.2C | 1C | 3C | |||||
| 铜负极 | 镍负极 | 铜负极 | 镍负极 | 铜负极 | 镍负极 | 铜负极 | 镍负极 | |
| 容量(mAh) | 1122 | 1100 | 1122 | 1100 | 1100 | 1100 | 1122 | 1100 |
| 放电电压(V) | 1.28 | 1.28 | 1.27 | 1.27 | 1.26 | 1.26 | 1.26 | 1.26 |
C：自放电性能：实验温度为25±2℃，实验方法如下：
(1)采用0.4C充电3.5小时或充至-ΔV=25mV，搁置一小时后用0.2C放电、终止电压为1.0V，放电容量为C1。
(2)0.4C充电3.5小时或-ΔV=25mV，控制温度为25±2℃环境下，搁置28天。
(3)将电池采用0.2C放电，终止电压为1.0V，计算放电容量C2。
(4)按荷电保持率=C2/C1×100％，计算两种电池的荷电保持率为：泡沫铜电池为67.5％。泡沫镍电池为69.2％，两者几乎相同，且达到IEC标准要求。
D：循环寿命：按照IEC标准进行两种电池的循环寿命实验，结果见图6，从图中可以看出，两种电池都能工作到350周，在第350周时，镍负极及铜负极电池的放电容量基本无衰减。
Claims (10)
1：一种箔式电池负极，其特征在于包括有泡沫型金属铜骨架，以及着附于泡沫型金属铜骨架上的填充剂和添加剂。
2：如权利要求1所述的箔式电池负极，其特征在于填充剂为Cd(OH)2，添加剂为镍粉，粘合剂。
3：如权利要求1所述的箔式电池的负极，其特征在于填充剂为储氢合金粉，添加剂为镍粉、钴粉、粘合剂。
4：如权利要求1所述的箔式电池负极，其特征在于泡沫型金属铜为三维网状结构，孔径为110-120PPI，孔率为80％以上，厚度为1.2±0.1mm-1.3±0.1mm。
5：如权利要求2或3所述的箔式电池负极，其特征在于粘合剂包括有HPMC、PTFE、MC、CMC其中一种或多种。
6：如权利要求2所述的箔式电池的负极，其特征在于Cd(OH)2与镍粉按90∶10-95∶5(重量比)混合。
7：如权利要求3所述的箔式电池的负极，其特征在于储氢合金粉、镍粉、钴粉按90∶5∶5-95∶2.5∶2.5(重量)混合。
8：如权利要求2所述的箔式电池负极，其特征在于粘合剂的量为Cd(OH)2、镍粉混合粉重量的2％。
9：如权利要求3所述的箔式电池的负极，其特征在于粘合剂的量为储氢合金粉、镍粉、钴粉混合粉总量(重量)2％。
10：一种权利要求1所述的箔式电池负极的制造方法，其特征在于将填充剂和添加剂混合制成膏状，填充在泡沫型金属铜中，经烘干、辗压、裁片制成。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN98113247A CN1217588A (zh) | 1998-06-12 | 1998-06-12 | 一种箔式电池负极及其制造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CN98113247A CN1217588A (zh) | 1998-06-12 | 1998-06-12 | 一种箔式电池负极及其制造方法 |
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| CN1217588A true CN1217588A (zh) | 1999-05-26 |
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| CN (1) | CN1217588A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108084897A (zh) * | 2017-12-26 | 2018-05-29 | 成都新柯力化工科技有限公司 | 一种动力锂离子电池专用粘结剂 |
-
1998
- 1998-06-12 CN CN98113247A patent/CN1217588A/zh active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108084897A (zh) * | 2017-12-26 | 2018-05-29 | 成都新柯力化工科技有限公司 | 一种动力锂离子电池专用粘结剂 |
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