CN1419307A - 多层双极单体电池及制造方法 - Google Patents

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马聪
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Abstract

本发明是一种多层双极单体电池的制造方法。提供制造单体电池的放电平台电压为1.2伏的整数倍的单体电池。选用金属材料作为集流片，在集流片的四周边缘，用绝缘的高分子材料注塑成一个密封圈，在集流片的一侧涂覆正极材料，在集流片的另一侧涂覆负极材料，制造成一个双极片；根据所需电池设计的电压，串联数个双极片，并在首尾分别串联一个正极片和一个负极片，每两个极片间加入一层隔膜，密封住双极片相接的部位，形成一个极组；将此极组放入电池壳中，密封住密封圈相接的部位和外壁；在上盖与壳体之间套入绝缘的高分子材料的密封圈，经密封形成单体电池。这种发明特别适合于高电压的镍氢电池、镉镍电池和锂离子电池的制造和规模化的生产。

Description

多层双极单体电池及制造方法
                            技术领域
本发明属于电池技术，特别涉及一种多层双极单体电池及制造方法。
                            背景技术
目前许多二次镍氢电池的基本制造方法，都是采用将氢氧化镍正极片、隔膜和储氢合金负极片卷绕，或折叠成极组，加入定量的氢氧化钾电解液，装入电池壳内，在上盖与壳体之间套入绝缘的高分子材料的密封圈，经密封形成单体电池
正极的基本制造工艺是泡沫镍等作为集流体，然后将氢氧化镍、粘结剂、水等按一定比例调制为正极浆料，经拉浆或涂敷将正极浆料嵌入集流体内、再经干燥、碾压成一定厚度的极板，这是制造镍氢电池的正极极板的常用方法。
负极的基本制造工艺是将穿孔钢带或着铜网或着泡沫镍等作为储氢合金负极片的集流体，然后将储氢合金、粘结剂、水等按一定比例调制为负极浆料，经拉浆或涂敷将负极浆料涂在集流体上、再经干燥、碾压成一定厚度的极板，这是制造镍氢电池的负极极板的常用方法。
对于柱式镍氢电池，将上述方法生产的负极极板裁剪成一定尺寸，与一定尺寸的正极片和隔膜卷绕成一体，成为极芯放入电池壳中，制造成柱式镍氢单体电池。对于扣式镍氢电池，一般采用折叠极片的方法，即将裁剪成一定尺寸的负极片、正极片和隔膜折叠后放入电池壳中，制造成扣式镍氢单体电池。对于方型镍氢电池，一般采用的方法，即将裁剪成一定尺寸的负极片、正极片和隔膜叠摞后放入电池壳中，制造成方型单体电池。
采用上述方法制造的单体电池的放电平台电压都为1.2伏
                           发明内容
本发明提供了一种全新的多层双极单体电池和这种电池的制造方法，这种单体电池的放电平台电压为1.2伏的整数倍。
本发明制造方法如下：
1.双极片的制作：用可以作为正负极活性物质的导体的金属材料作为集流片10，在集流片的一侧涂覆正极材料2，在集流片的另一侧涂覆负极材料1，在集流片的四周边缘，用绝缘的高分子材料注塑成一个密封环9，其目的是阻止电解液的流出和阻挡集流片的相互接触。
2.多层双极单体电池的制作：根据电池设计所需的电压，串联数个双极片，并在首尾分别串联一个正极片和一个负极片，在每两个极片间加入一层隔膜，并滴加适量的电解液，然后用密封油密封住所有极片的密封环相接的部位，形成一个极组，用密封油密封住极组外壁；将此极组放入电池壳中，极组的负极集流片与电池壳底部接触，正极集流片可以通过金属导体与电池盖相接触；在上盖与壳体之间套入绝缘的高分子材料的密封圈，封口后形成单体电池。
根据上述方法所制造的电极，他是由正极材料，负极材料和集流片组成的双极片电极；双极片电极为三层，一层为正极材料，一层为负极材料，中间层为集流片，集流片为上下边缘均有一圈凸台、剖面为工字形的片状物，在集流片的四周边缘，再用绝缘的高分子材料注塑成一个密封环，将凸台绝缘密封，正极材料和负极材料分别涂敷在集流片的两侧的密封环中。
集流片的形状可以根据需要设计为圆形、方形、椭圆、菱形等，形成的密封环的高度即为双极片高度，集流片厚度范围优选0.05-1mm。
在电池制造过程中，在集流片的两侧的正极材料和负极材料分别且低于密封环边缘的高度，既留出制作电池时放入隔膜的尺寸。
本发明的集流片可以是镀镍钢带或镍带等金属材料；正极材料和负极材料是现有技术中所使用的物质，即正极材料可以是镍氢电池、镉镍电池、锂离子电池等电池所采用的正极材料；负极的材料为镍氢电池、镉镍电池、锂离子电池等电池所采用的负极材料；密封材料是现有技术中电池普遍使用密封材料如绝缘高分子材料。
本发明用多层双极制造的单体电池的结构是：
根据电池设计所需的电压，串联数个双极片，并在首尾分别串联一个正极片和一个负极片，在每两个极片间加入一层隔膜，并滴加适量的电解液，然后用密封油密封住所有极片的密封环相接的部位，形成一个极组，用密封油密封住极组外壁。将此极组放入电池壳中，极组的负极集流片与电池壳底部接触，正极集流片可以通过金属导体与电池盖相接触；在上盖与壳体之间套入绝缘的高分子材料的密封圈，封口后形成单体电池。
同样对于锂离子电池和镉镍电池等其他类型的电池，都可以采用上述双极片结构，即在集流片的两侧分别涂上该类型的正负极活性物质。本发明特别适合生产可以产生高电压的单体电池。本发明集正极片和负极片为一体，使用方便，作为电池使用时，对于镍氢电池、镉镍电池，其单体电池的放电平台电压都为1.2伏的整数倍，对于锂离子电池，其单体电池的放电平台电压都为3.6伏的整数倍。
                              附图说明
图1是双极片结构示意图；
图2是图1中B处的放大图；
图3是多层双极片单体电池内部结构示意图；
图4是双极镍氢电池的充放电特性曲线。
                            具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明：
                      具体步骤如下：
1.  如图1和图2所示的双极片，制造出φ31.2mm的集流片10，集流片的厚度为0.08mm，在集流片的四周边缘，用绝缘的高分子材料9注塑成一个密封圈，双极片的总高为1.5mm。
2.将氢氧化镍、粘结剂、水等按一定比例调制为正极浆料2，将其料涂覆在集流片的一侧，其厚度约为0.7mm，将储氢合金、粘结剂、水等按一定比例调制为负极浆料1，将其料涂覆在集流片的另一侧，其厚度约为0.5mm，经干燥、压制成一定厚度的极板，即制成一个总厚度约为1.5mm的双极片。依此方法，制作出3个双极片。
3.如图3所示，制作一个只在一侧涂有氢氧化亚镍的集流体片的正极片，作为极组的正极，总厚度约为0.9mm，作为极组上端的正极片；一个只在一侧涂有储氢合金的集流体片的负极片，作为极组的负极，总厚度约为0.9mm。
4.将所有极片放入6mol/L浓度的电解液中浸泡2小时，取出后吸干双极片外侧电解液，依次串联叠加极片，每两个极片间加入一层厚度为0.18mm的接枝聚合物聚丙烯隔膜6，并在隔膜上滴加0.1ml电解液。用密封油或稀沥青7密封住双极片的密封圈相接的部位，如图3所示。
5.用密封油或稀沥青密封住所有极片外壁，形成一个极组，将此极组放入内径为φ31.6mm，壁厚0.4mm的电池壳8中，极组的负极集流片与电池壳底部接触。
6.滚槽后，最上层正极集流片通过φ25mm弹簧片3与电池上盖4相接触。在上盖与壳体之间套入绝缘的高分子材料的密封圈5，封口后形成单体电池。
根据上述方法所制造的多层双极单体电池的结构是：在内径为φ31.6mm，壁厚0.4mm的电池壳8内，设置有串联的3个双极片，在双极片组的上面设置有一个正极片，作为极组上端的正极片；在双极片的下面设置有一个负极片作为极组的负极。每个极片之间设置有0.18mm的接枝聚合物聚丙烯隔膜6隔，在电池壳和极组之间及极片相接的部位设置有密封油7，极组的负极集流片与电池壳底部接触，极组上层正极集流片通过φ25mm弹簧片3与电池上盖4相接触，在上盖与壳体之间设置有绝缘的高分子材料的密封圈5。
将上述的多层双极单体电池进行充放电实验：以20mA充电3小时，静置5分钟后，以20mA放至4V。充放电曲线图如图4所示，其放电平台为4.8V左右。
本发明公开和揭示的所有组合和方法可通过借鉴本文公开内容，尽管本发明的组合和方法已通过较佳实施例进行了描述，但是本领域技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和装置进行拼接或改动，或增减某些部件的，更具体地说，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容中。

Claims (6)

1.一种多层双极单体电池的制造方法，其特征是包括以下步骤：
1)选用金属材料作为集流片，在集流片的四周边缘，用绝缘的高分子材料注塑成一个密封圈，在集流片的一侧涂覆正极材料，在集流片的另一侧涂覆负极材料；
2)根据电池设计所需的电压，串联数个双极片，并在首尾分别串联一个正极片和一个负极片，在每两个极片间加入一层隔膜，并滴加适量的电解液，然后用密封油密封住所有极片的密封环相接的部位，形成一个极组，用密封油密封住极组外壁；将此极组放入电池壳中，极组的负极集流片与电池壳底部接触，正极集流片可以通过金属导体与电池盖相接触；在上盖与壳体之间套入绝缘的高分子材料的密封圈，封口后形成单体电池。
2.如权利要求1所述的一种多层双极单体电池的制造方法，其特征是在集流片的两侧正极活性物质和负极活性物质低于密封环边缘的高度，既留出制作电池时放入隔膜的尺寸。
3.如权利要求1所述的一种多层双极单体电池的制造方法，其特征是其特征是所述的集流片的形状可以根据需要设计为圆形、方形、椭圆、菱形等，双极片的厚度是根据电池的放电容量、额定电压及电池总体高度来定。
4.如权利要求1所述的一种多层双极单体电池的制造方法，其特征是其特征是所述的集流片厚度范围是0.05-1mm。
5.一种电极，他是由正极材料，负极材料和集流片组成的双极片电极；其特征是：双极片电极为三层，一层为正极材料，一层为负极材料，中间层为集流片，集流片为上下边缘均有一圈凸台、剖面为工字形的片状物，在集流片的四周边缘，再用绝缘的高分子材料注塑成一个密封环，将凸台绝缘密封，正极活性物质和负极活性物质分别涂敷在集流片的两侧的密封环中。
6.一种双极片电池，根据电池设计所需的电压，串联数个双极片，并在首尾分别串联一个正极片和一个负极片，在每两个极片间加入一层隔膜，并滴加适量的电解液，然后用密封油密封住所有极片的密封环相接的部位，形成一个极组，用密封油密封住极组外壁；将此极组放入电池壳中，极组的负极集流片与电池壳底部接触，正极集流片可以通过金属导体与电池盖相接触；在上盖与壳体之间套入绝缘的高分子材料的密封圈，封口后形成单体电池。
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