CN201022092Y - 一种电池正极和使用该正极的碱性二次电池 - Google Patents

一种电池正极和使用该正极的碱性二次电池 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种电池正极和使用该正极的碱性二次电池，该正极包括正极导电基体和涂覆在该正极导电基体上的正极材料，该电池正极的导电基体包括两个卷绕边和两个非卷绕边，其中，所述导电基体沿正极卷绕方向设有一个未涂覆正极材料区，未涂覆正极材料区设置于导电基体的边缘区域。当电池装配完毕后，盖帽直接抵顶在电极组的该端部，由于没有点焊极耳，本实用新型的碱性二次电池不需要在电极组端面放置面垫，提高了电池的纵向装配比，节约了空间。同时此电极在卷绕后还可以起到加强基体强度的作用，利于集流，降低内阻，提高碱性二次电池的大电流放电性能。

Description

一种电池正极和使用该正极的碱性二次电池
技术领域
本实用新型涉及一种电池正极和使用该正极的电池，特别涉及到一种电池正极和使用该正极的碱性二次电池。
背景技术
碱性二次电池，如镍镉二次电池或镍氢二次电池，一般包括密封在电池壳体内的电极组和碱性电解液，所述电极组包括正极、负极及隔板，正负极包括正负极材料和负载正负极材料的导电基体。
在现有技术中，电池正极一般采用泡沫镍进行涂覆正极浆料烘干后进行压制，再裁成相应规格尺寸进行清粉、点焊极耳，因为点焊极耳，所以在电池装配过程中要采用放置面垫或其它措施保护极耳，以防极耳接触电池外壳或负极电极而导致电池短路，对于高容量电池来说，容易导致电池装配空间紧张、电池纵向装配比偏低，同时电池集流效果和电池的大电流放电性能差。
发明内容
本实用新型的目的是为了克服现有的电池正极制得的高容量碱性二次装配空间紧张、电池纵向装配比偏低的缺点，提供一种能够节约内部空间、提高电池纵向装配比的正极。
上述目的可以通过以下技术方案实现：
一种电池正极，包括正极导电基体和涂覆在该正极导电基体上的正极材料，该电池正极的导电基体包括两个卷绕边和两个非卷绕边，其中，所述导电基体沿正极卷绕方向设有一个未涂覆正极材料区，未涂覆正极材料区设置于导电基体的边缘区域。
上述技术方案可进一步改进为：
所述未涂覆正极材料区与非卷绕边的距离为正极导电基体长度的15％-25％。
所述非涂覆正极料区的宽度为电池正极宽度的0.5％-4.5％。
所述非涂覆正极料区的厚度为电池正极厚度的10％-50％。
本实用新型的另外一个目的是提供一种使用该正极电极的碱性二次电池。
上述目的可以通过以下技术方案实现：
一种碱性二次电池，该电池包括电极组、碱性电解液和电池外壳，所述电极组和碱性电解液设置在电池外壳内，电池外壳由盖帽封口而密封，所述电极组包括卷绕的正极、负极和隔板，隔板位于正极和负极之间，正极包括正极导电基体和涂覆在该正极导电基体上的正极材料，负极包括负极导电基体和涂覆在该负极导电基体上的负极材料，该电池正极的导电基体包括两个卷绕边和两个非卷绕边，其特征在于，所述导电基体沿正极卷绕方向设有一个未涂覆正极材料区，未涂覆正极材料区设置于导电基体的边缘区域，盖帽直接抵顶在卷绕后未涂覆正极材料区的一端而实现电流的传输。
本实用新型的有益效果是：由于正极导电基体沿卷绕方向设有非涂覆正极料区，并且该区域设置在导电基体的边缘区域，所以在卷绕后非涂覆正极料区位于电极组的一端，当电池装配完毕后，盖帽直接抵顶在电极组的该端部，也就是说非涂覆浆料区的导电基体直接与盖帽接触，由于没有点焊极耳，本实用新型的碱性二次电池不需要在电极组端面放置面垫，提高了电池的纵向装配比，节约了空间。同时此电极在卷绕后还可以起到加强基体强度的作用，利于集流，降低内阻，提高碱性二次电池的大电流放电性能。
附图说明
图1为本实用新型电池正极导电基体结构示意图；
图2为本实用新型碱性二次电池电极组剖视示意图；
图3为本实用新型碱性二次电池剖视示意图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型提供的电池正极的导电基体1包括两个卷绕边11和两个非卷绕边12，所述导电基体1沿电极卷绕方向设有一个未涂覆正极材料区13，未涂覆正极材料区13设置于导电基体的边缘区域。
正极与负极、隔膜一起卷绕，为避免导电基体非涂覆正极材料区13在卷绕后堵住电池盖帽的防爆孔和非涂覆正极材料区13的导电基体在封口时因下压接触电池外壳而短路，优选非涂覆正极材料区13距离非卷绕边12为正极基体长度的10％-25％，更优选为15％-25％。
为了使电池结构更加紧凑，电池纵向装配比更高，优选非涂覆正极料区的宽度为电池正极宽度的0.5％-4.5％，更优选0.6％-2.5％。
正极基体采用泡沫镍时，为了防止涂覆正极材料渗透入非涂覆正极材料区13，优选将该非涂覆正极材料区13的厚度变薄，厚度为电池正极厚度的10％-50％，更优选15％-35％。
如图2和3所示，本实用新型提供的碱性二次电池包括电极组2、碱性电解液和电池外壳4，所述电极组2和碱性电解液设置在电池外壳4内，电池外壳4由盖帽3封口而密封，所述电极组2包括卷绕的正极21、负极22和隔板23，隔板23位于正极21和负极22之间，正极21包括正极导电基体1和涂覆在该正极导电基体上的正极材料，负极包括负极导电基体和涂覆在该负极导电基体上的负极材料，该电池正极的导电基体1包括两个卷绕边11和两个非卷绕边12，其中，所述导电基体1沿正极卷绕方向设有一个未涂覆正极材料区13，未涂覆正极材料区13设置于导电基体1的边缘区域，盖帽3直接抵顶在卷绕后未涂覆正极材料区13的一端而实现电流的传输。
所述正极材料含有作为正极活性物质的氢氧化镍和粘合剂。所述粘合剂的种类和含量为本领域技术人员所公知，例如，所述粘合剂可以选自羧甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、甲基纤维素、聚丙烯酸钠、聚四氟乙烯中一种或几种；一般来说，粘合剂的含量为氢氧化镍的0.01-4重量％，优选为0.05-3重量％。
所述正极材料中还可以含有添加剂，所述添加剂的种类和含量为本领域技术人员所公知。例如，所述添加剂可以选自钴、所述钴、锌、镉、锰的金属和化合物中的一种或几种。一般来说，以金属元素计，所述添加剂的含量为氢氧化镍的0-15重量％，优选为2-10重量％。在正极材料中加入钴添加剂可以提高正极活性物质之间及正极活性物质与导电基体之间的导电性。在正极材料中引入锌、镉、锰等添加剂可以改善电池在充放电过程中结构的稳定性，从而提高电池的循环寿命。
本实用新型提供的正极可通过如下方法制得，通过在现有的常规泡沫镍的表面的冲压一凹槽，然后在凹槽的正反两面贴上市售胶布，按照常规的方法进行涂覆正极材料和压片工艺后，撕掉胶布，沿极片卷绕方向将极片从凹槽的中间裁开(凹槽所在的部位即非涂覆正极材料区)，将未涂覆正极材料区按照需要尺寸进行裁剪得到需要尺寸的电池正极。
按照本实用新型所提供的碱性二次电池，所述隔板设置于正极和负极之间，它具有电绝缘性能和液体保持性能，并使所述电极组和碱性电解液一起容纳在电池壳中。所述隔板可以选自碱性二次电池中所用的各种隔板，如聚烯烃纤维无纺布且表面引入亲水性纤维或经磺化处理的片状元件。所述隔板的位置、性质和种类为本领域技术人员所公知。
所述负极材料的组成已为本领域技术人员所公知。一般来说，所述负极材料含有主组分和粘合剂，如镍-镉二次电池的主组分为镉的单质、氧化物和/或氢氧化物，镍-氢二次电池的主组分为储氢合金。
所述储氢合金可以选自能作为碱性二次电池负极主要组分的任何储氢合金，该储氢合金可以将碱性电解液在电化学反应中产生的氢吸收，并且，在放电时能够使吸收的氢可逆地解析。
所述粘合剂的种类和含量为本领域技术人员所公知，例如，所述粘合剂可以选自羧甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、甲基纤维素、聚丙烯酸钠、聚四氟乙烯中一种或几种；一般来说，根据所用粘合剂种类的不同，粘合剂的含量为主组分的0.01-5重量％，优选为0.02-3重量％。
所述负极材料还可以含有添加剂，添加剂的种类和含量为本领域技术人员所公知。例如，所述添加剂选自石墨、炭黑、镍粉、钴粉等中的一种或几种。一般来说，所述添加剂的含量为主组分的0.1-15重量％，优选为0.5-10重量％。
所述负极可以采用本领域公知的制备方法进行制备。例如，将负极材料和溶剂混合得到负极浆料，然后将负极浆料涂覆和/或填充在负极导电基体上，干燥，压模或不压模，即可得到所述负极。其中，所述溶剂优选为水。溶剂的用量能够使所述负极浆料具有粘性和流动性，能够涂覆到负极导电基体上即可。一般来说，所述溶剂的含量为主组分的10-30重量％，优选为15-25重量％。其中，干燥，压模的方法和条件为本领域技术人员所公知。
所述电解液为碱性二次电池所用的常规电解液，如氢氧化钾水溶液、氢氧化钠水溶液、氢氧化锂水溶液中的一种或几种。电解液的浓度一般为6-8摩/升，电解液的注入量一般为0.9-4.5g/Ah。
电池的组装按照如下步骤进行：将所述制备好的正极和负极之间设置隔板，正极基体的未涂覆正极材料区13外露于隔膜纸外进行卷绕，构成一个电极组，将该电极组放置在电池外壳中，注入电解液，然后在电池外壳开口处压入盖帽进行密封，使盖帽直接抵顶在卷绕后未涂覆正极材料区的一端，即可得到本实用新型提供的碱性二次电池。
下面通过实施例来更详细地描述本实用新型。
实施例1
该实施例用于说明本实用新型提供的正极和碱性二次电池。
(1)制作泡沫镍
取电镀镍后的泡沫聚氨酯条带(日本石桥的孔密度110PPI的市售商品，孔密度为44个/厘米，厚度1.9毫米)裁切成长400000毫米、宽650毫米，先将其在氧气中于300-700℃处理0.2小时，烧除其中的聚氨酯，然后在氢气还原气氛中于800-950℃还原0.6小时使其中被氧化的镍还原。然后，将还原后的泡沫镍条带制作成长118毫米、宽83毫米的泡沫镍基片。然后，如图1所示，用冲压模具在泡沫镍1表面的非卷绕边12的中间位置，冲压出一条长度为118毫米、宽度为2毫米、厚度为0.2毫米的凹槽，其中凹槽垂直于泡沫镍1的非卷绕边12，再在凹槽处正反两面贴一块市售透明胶布。
(2)制作正极
在步骤(1)制得的泡沫镍1将重量比为60∶4∶8∶3∶25的氢氧化镍、CoO、Ni、羧甲基纤维素和水混合并充分搅拌，混合成糊状浆料，将该浆料涂覆泡沫镍1上，然后烘干(80-90摄氏度)、辊压、裁切成长118毫米、宽45.5毫米、厚0.65毫米的电池正极。其中，未涂覆正极材料区的发泡镍宽度为0.3毫米，未涂覆正极材料区的发泡镍距一非卷绕边12的距离为正极长度的15％，未涂覆正极材料区的另一端距另一非卷绕边12的距离为正极基体长度的20％。
(3)制作负极
采用连续冲孔SPCC镀镍冲孔钢带(孔径1.77毫米、厚度0.035毫米、宽度186毫米)作为负极导电基体，在负极导电基体上涂覆负极浆料涂浆、150℃下烘干、刮片、碾压成型，制得长为149毫米、宽为45毫米、厚为0.29毫米的电池负极，其中负极浆料由重量比为85∶6∶9的合金粉、Hpmc、水配制而成。
(4)组装电池
将上述正极和负极之间设置隔板，正极导电基体的未涂覆正极材料区13外露于隔膜纸外进行卷绕，卷绕好的电极组装进电池外壳内，注入2毫升电解液(电解液含有5摩尔/升KOH和5克/升LiOH)，在电池外壳开口处压入盖帽进行密封，使盖帽直接抵顶在卷绕后未涂覆正极材料区的一端，制作成50支AA-2500mAh镍氢电池A1。
实施例2
该实施例用于说明本实用新型提供的电池正极和碱性二次电池。
按照与实施例1相同的方法，制得镍氢电池A2，不同的是，在制作电池正极时，导电基体未涂覆正极材料区的发泡镍宽度为0.5毫米.。
实施例3
该实施例用于说明本实用新型提供的电池正极和碱性二次电池。
按照与实施例1相同的方法，制得镍氢电池A3，不同的是，在制作正极电极基体时，未涂覆正极材料区的发泡镍宽度为1毫米。
实施例4
该实施例用于说明本实用新型提供的电池正极和碱性二次电池。
按照与实施例1相同的方法，制得镍氢电池A4，不同的是，电池正极时，未涂覆正极材料区的发泡镍距两非卷绕边12的距离均为正极长度的10％。
实施例5
该实施例用于说明本实用新型提供的电池正极和碱性二次电池。
按照与实施例1相同的方法，制得镍氢电池A5，不同的是，电池正极时，未涂覆正极材料区的发泡镍距两非卷绕边12的距离均为正极长度的25％。
对比例1
该对比例用于说明现有技术的电池正极和碱性二次电池。
按照与实施例1相同的方法，制得镍氢电池DA1，不同的是，在制作正极时，直接在正极导电基体上与卷绕方向垂直点焊长为23毫米、宽为2.0毫米、厚为0.12毫米极耳，极耳方向与基体非卷绕方向平行，电池正极的宽度尺寸为45毫米.。
性能测试
该测试例用于测定上述实施例和对比例制得的电池的性能。
按照IEC285：1993标准中规定的方法分别测定实施例1-5制得的电池A1-A5、以及对比例1制得的电池DA1的容量、内阻和1C、2C、3C放电容量，结果如表1所示。
表1
  实施例编号 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 对比例1
  电池编号 A1 A2 A3 A4 A5 DA1
  平均容量(mAh) 2482 2475 2468 2484 2479 2416
  平均内阻(mΩ) 16.1 15.8 15.2 15.6 16.8 18.6
  1C初始放电容量 2298 2297 2308 2302 2295 2203
  2C初始放电容量 2236 2235 2227 2231 2233 2195
  3C初始放电容量 2196 2180 2185 2187 2183 2135
从表1所示的测定结果可以看出，与对比例1制得的电池DA1相比，实施例1-5制得的电池A1-A5的内阻显著降低，并且提高了纵向装配比，容量有所提高，大电流放电性能也有较大改善。因此，本实用新型提供的电池正极能节约电池内部空间、减少高容量电池的装配难度，加强基体强度、利于集流、降低内阻，提高碱性二次电池的大电流放电性能。

Claims (10)

1.一种电池正极，包括正极导电基体和涂覆在该正极导电基体上的正极材料，该电池正极的导电基体包括两个卷绕边和两个非卷绕边，其特征在于，所述导电基体沿正极卷绕方向设有一个未涂覆正极材料区，未涂覆正极材料区设置于导电基体的边缘区域。
2.根据权利要求1所述的电池正极，其特征在于，所述未涂覆正极材料区与非卷绕边的距离为正极导电基体长度的15％-25％。
3.根据权利要求1所述的电池正极，其特征在于，所述非涂覆正极料区的厚度为电池正极厚度的10％-50％。
4.根据权利要求1所述的电池正极，其特征在于，所述非涂覆正极料区的宽度为电池正极宽度的0.5％-4.5％。
5.根据权利要求1-5任一项所述的电池正极，其特征在于，所述导电基体为泡沫镍或泡沫铜。
6.一种碱性二次电池，该电池包括电极组、碱性电解液和电池外壳，所述电极组和碱性电解液设置在电池外壳内，电池外壳由盖帽封口而密封，所述电极组包括卷绕的正极、负极和隔板，隔板位于正极和负极之间，正极包括正极导电基体和涂覆在该正极导电基体上的正极材料，负极包括负极导电基体和涂覆在该负极导电基体上的负极材料，该电池正极的导电基体包括两个卷绕边和两个非卷绕边，其特征在于，所述导电基体沿正极卷绕方向设有一个未涂覆正极材料区，未涂覆正极材料区设置于导电基体的边缘区域，盖帽直接抵顶在卷绕后末涂覆正极材料区的一端而实现电流的传输。
7.根据权利要求6所述的碱性二次电池，其特征在于，所述未涂覆正极材料区与非卷绕边的距离为正极导电基体长度的15％-25％。
8.根据权利要求6所述的碱性二次电池，其特征在于，所述非涂覆正极料区的厚度为电池正极片厚度的10％-50％。
9.根据权利要求6所述的碱性二次电池，其特征在于，所述非涂覆正极料区的宽度为电池正极宽度的0.5％-4.5％。
10.根据权利要求7所述的碱性二次电池，其特征在于，所述导电基体为泡沫镍或泡沫铜。
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