CN201556677U - 一种锌镍电池 - Google Patents

Abstract

一种锌镍电池，它包括有电池壳体，盖帽，电极组和电解液，所述的电极组和电解液收纳于密封的电池壳体内，电极组的上部相连有盖帽，所述的电极组包括有柔性卷绕的镍正极，柔性卷绕的锌负极，以及位于镍正极和锌负极内的复合隔膜；所述的电极组上端面形成有由锌负极伸出段由外向内弯曲窝边形成的平整负极导电端面，其上压接并焊连有带刺的负极集流片；所述的电极组下端面形成有由镍正极伸出段由外向内弯曲窝边形成的平整正极导电端面，其上压接并焊连有带刺的正极集流片；所述的电极组外表层完全覆盖有耐碱绝缘胶带层，且该耐碱绝缘胶带层高出电极组端面0.5-50mm；它具有工艺简单、成本低廉、安全可靠、可长期贮存、循环寿命长、抗震动性强、大电流放电性能好等特点。

Description

一种锌镍电池

技术领域

本实用新型涉及的是一种电池，尤其是一种圆柱形的锌镍电池。

背景技术

目前，由于日益严峻的环保形势迫使各国政府出台日益严格的环保法规，而国际油价居高不下以及国际互联网和电子产品的繁荣，给电池市场带来了新的快速增长，比如混合动力汽车，电动汽车，可充电的能量储存系统，数据中心的不间断电源系统等等，随着混合动力汽车(HEV)，可插拔式混合动力汽车(PHEV)，以及纯电动汽车(EV)的繁荣发展，市场上迫切需要一种可以满足未来对于高功率、高储能、高可靠性和安全性、更环保的电池产品。而过去最主要的电池技术，铅酸电池和镍镉电池(NiCd)，无法跟上市场发展的需求，同时它们也不具备环保的要求，锂电子电池虽然在便携式电子设备中获得成功，但是由于功率不足、价格昂贵、安全隐患问题，无法满足大型系统的要求。新兴的锌镍电池技术可以满足以上所有要求；锌镍电池是功率高、能量足(高达铅酸电池的4倍)、无环境污染(不含铅、不含镉、不含汞)、高可靠性和安全性好(不易燃)、成本低廉、使用寿命长的可充电电池。

二十世纪六十年代，人们花费了相当多的努力研发锌镍电池永久取代军事上的银锌电池。七十年代由于能源危机和日益增长的石油价格，电动交通工具的优势日益增长，为此人们又花费了许多努力研究它。但是：(1)由于锌在碱性电解液中易溶解，其寿命有限；(2)在锌电极充电过程中易产生树状枝晶导致短路；(3)循环过程中锌极变形。由于以上原因，锌镍电池多年被阻碍发展。

在锌镍电池中，电流的均衡是减少负极变形以及防止枝晶生长的关键之一。现在的锌镍电池设计中基本上采用将极耳焊接到集流基上然后连接到盖帽和钢壳上。这样做带来的问题是电流分布不均匀，在有极耳位的地方电流密度大，远离极耳位的地方电流密度就小，这样在电池充放电(循环)的情况下就容易引起极片的变形，特别是负极片的变形；由于电流分布不均匀，就更容易长枝晶而造成短路，降低电池的循环寿命。另外，锌镍电池的隔膜纸，特别是防枝膜，不能承受很高的温度，在焊接的过程中容易将隔膜纸烫坏。

圆柱形锌镍电池包括电池壳体，电极组和电解液，所述电极组和电解液收纳于电池壳中，所述电极组包括卷绕的柔性镍正极，柔性锌负极和隔膜，隔膜位于镍正极与锌负极之间，所述锌负极包括负极材料和载有该材料的负极集流体。

圆柱形锌镍电池的电池壳体是由金属尤其是钢铁材料制成，例如，由镀镍钢壳制成，因此锌镍电池的锌负极与铁金属接触会形成严重析氢反应，带来电池内部压力升高，俱有较大安全隐患。

此外，有时圆柱形锌镍电池以钢铁材料制成的电池壳体作为正极端，以电池封口盖帽作为负极端，而且锌负极的集流体与电池封口盖帽焊接，锌负极表面一般由析氢过电位较高的金属镀层覆盖，如Sn，SnCu合金、Ag、Pb、Bi、或合金，一旦两者联接也会发生较严重的析氢反应，导致电池内部压力增加使电池有安全隐患。

在现有技术中，一般将电极组中的Zn电极做得比正极短，从而使电极组在卷绕后，由正极与钢铁材质壳体接触，这种做法会较大降低负极比表面，使电流密度增加而无法大电流放电，同时Zn极很容易发生钝化，而失去活性。另外负极表面过小，镍电极在充电过程中析出的氧气也无法迅速在锌电极被吸附从而导致内压升高，造成比较大的安全隐患。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种工艺简单、成本低廉、安全可靠、可长期贮存、循环寿命长、抗震动性强、大电流放电性能好的锌镍电池。

本实用新型的目的是通过如下技术方案来完成的，它包括有电池壳体，盖帽，电极组和电解液，所述的电极组和电解液收纳于密封的电池壳体内，电极组的上部相连有盖帽，所述的电极组包括有柔性卷绕的镍正极，柔性卷绕的锌负极，以及位于镍正极和锌负极内的复合隔膜；所述的电极组上端面形成有由锌负极伸出段由外向内弯曲窝边形成的平整负极导电端面，其上压接并焊连有带刺的负极集流片；所述的电极组下端面形成有由镍正极伸出段由外向内弯曲窝边形成的平整正极导电端面，其上压接并焊连有带刺的正极集流片；所述的电极组外表层完全覆盖有耐碱绝缘胶带层，且该耐碱绝缘胶带层高出电极组端面0.5-50mm。

所述的负极集流片上方通过至少一尼龙密封圈相连有由盖帽上组件、盖帽下组件以及丁晴橡胶块构成的盖帽；所述的复合隔膜由一层PP或PE，或两种材质共同组成的微孔经亲水处理后的隔膜与一层维尼仑或聚丙烯或无纺布贮液膜通过焊接或由MC、CMC、HPMC、PVA、PV、PTFE其中的一种或多种粘合干燥而成。

所述的负极集流片和正极集流片的一面均带有高0.1-10mm毛刺；其中所述的负极集流片与盖帽下组件焊连；所述的正极集流片与电池壳体焊连在一起；盖帽上组件选用不锈钢或镀镍钢片制成，它以部件为中心，对称分布有用以保障电池在意外情况下可以及时将内部的压力外泄的1-10排气孔。

所述的盖帽下组件与负极集流片之间放置有用PP、PE或其它具有耐碱、耐高温、延展性、弹性、填充性好的材料制成的密封圈，该密封圈的表面涂覆有改性沥青、电解沥青、航空石蜡、液体石蜡、专用密封胶中的一种或多种混合密封剂。

本实用新型属于对现有技术的一种改良，它具有工艺简单、成本低廉、安全可靠、可长期贮存、循环寿命长、抗震动性强、大电流放电性能好等特点。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型的负极集流片示意图。

图3是本实用新型的正极集流片示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型作详细的介绍：图1所示，本实用新型包括有电池壳体7，盖帽，电极组和电解液，所述的电极组和电解液收纳于密封的电池壳体7内，电极组的上部相连有盖帽，所述的电极组包括有柔性卷绕的镍正极10，柔性卷绕的锌负极9，以及位于镍正极10和锌负极9内的复合隔膜8；所述的电极组上端面形成有由锌负极9伸出段由外向内弯曲窝边形成的平整负极导电端面，其上压接并焊连有带刺的负极集流片3；所述的电极组下端面形成有由镍正极10伸出段由外向内弯曲窝边形成的平整正极导电端面，其上压接并焊连有带刺的正极集流片11；所述的电极组外表层完全覆盖有耐碱绝缘胶带层5，且该耐碱绝缘胶带层5高出电极组端面0.5-50mm。

所述的负极集流片3上方通过至少一尼龙密封圈2相连有由盖帽上组件6、盖帽下组件4以及中间的丁晴橡胶块1构成的盖帽；所述的复合隔膜8由一层PP或PE，或两种材质共同组成的微孔经亲水处理后的隔膜与一层维尼仑或聚丙烯或无纺布贮液膜通过焊接或由MC、CMC、HPMC、PVA、PV、PTFE其中的一种或多种粘合干燥而成。

所述的负极集流片3和正极集流片11的一面均带有高0.1-10mm毛刺；其中所述的负极集流片3与盖帽下组件焊连；所述的正极集流片11与电池壳体7焊连在一起；盖帽上组件6选用不锈钢或镀镍钢片制成，它以部件为中心，对称分布有用以保障电池在意外情况下可以及时将内部的压力外泄的1-10排气孔。

所述的盖帽下组件与负极集流片3之间放置有用PP、PE或其它具有耐碱、耐高温、延展性、弹性、填充性好的材料制成的密封圈2，该密封圈的表面涂覆有改性沥青、电解沥青、航空石蜡、液体石蜡、专用密封胶中的一种或多种混合密封剂。

本实用新型所述卷绕后的镍电极未被物质覆盖的边缘伸出电极组端面0.5-50mm，将伸出端用工装加工成由外至里弯曲90度形成一个平整的正极导电端面，两层相邻的隔膜形成袋状将正极完全装于其中。卷绕后的锌电极未被物质覆盖的边缘伸出电极组端面0.5-50mm，同样将伸出端用工装加工成由外至里弯曲90度形成一个平整的负极导电端面，两层相邻的隔膜形成袋状将负极完全装于其中形成一个平整负极导电端面，分别在两端与两极集流片接触或端面焊接保证大电流放电的要求。卷绕后的锌负极最外一层被耐碱绝缘胶带完全覆盖，该耐碱绝缘胶带可以将锌负极与钢铁制的电池壳体完全隔离，从而克服钢铁与锌接触所生的析氢反应发生。

在锌镍电池的装配中，我们采用压极片的装配方式，具体的做法是：先将极片卷绕好，然后进行窝边将极片的顶部压成平状，这样将整个正极组或负极组的集流基都联成了一片；将带有刺的集流片或压簧焊接到盖帽和钢制电池壳体上；然后再将电极组和带刺的集流片片或压簧压在一起。这样整个电极组都能起到传导电流的作用，电流分布非常均匀，并适合大功率放电。

以上所述的电池，由于电流分布均匀，不会因为电流分布不均而引起极化；这样就可以大大减少电池在充放电过程中极片的变形；由于电流分布的均匀性，生长枝晶的机会也大大降低，从而增加电池的循环寿命。

这样组装电池的另外一个好处是：隔膜纸，特别是防枝膜，在组装过程中不会被烫坏，因为防枝膜与焊接的过程是分开的。在电池组装过程中防枝膜与极片一起卷绕组成了电极组，而电极组与盖帽或钢制电池壳体的连接是通过集流片的毛刺压进电极组的。

本实用新型所述的盖帽下部件2表面镀Ag、Cu、In、Pb、Sn、Zn或其中的一种或多种合金，这样可以隔离钢铁组件与负极板9压接点产生微电池而析出氢气。负极集流件3材料可为不锈钢、弹簧钢、镀铜钢带、铜合金、镍、或多种金属覆合带其中的一种或多种，该部件具有较强的弹性。其部件表面可镀Ag、Pb、Bi、Ni、Zn、Sn、Cu、其中的一种或合金这样可以隔离与负极集流端面所产生的微腐析氢反应发生；材料优选自钢片；表面镀层优选自Ag、In与Sn两元合金。

所述结构中，复合隔膜8由一层PP或PE，或两种材质共同组成的微孔经亲水处理后的隔膜与一层维尼仑或聚丙烯或无纺布贮液膜通过焊接或由MC、CMC、HPMC、PVA、PV、PTFE其中的一种或多种粘合干燥而成。其优点在于形成单层后电池装配更易操作，电池一致性得到较好保障，生产效率增加5％-100％。微孔膜优选自PP、PE或PP|PE覆合材料，无纺布优选自聚丙烯毡，两层膜复合方式优选自高频焊。

所述结构中，镍正极采用干法或湿法工艺制成柔性镍正极的极板，极板的基体边缘0.5-50mm未被物质覆盖，形成一条性能优良的集流带，卷绕后外露于极组的其中一个端面0.5-50mm，弯曲后与正极集流片11压接，可满足大电流放电的需要。

所述结构中，锌负极采用干法或湿法工艺制成柔性锌负极的极板，极板的基体边缘0.5-50mm未被物质覆盖，形成一条性能优良的集流带，卷绕后外露于极组的其中一个端面0.5-50mm，弯曲后与负极集流片3压接，可满足大电流放电的需要。

所述结构中，负极集流片3可由表面镀Sb、Se、Ti、Ag、Ni、Cu、Zn、In、Sn其中的一种或多种金属组成的合金镀层，集流片材料可选用不锈钢、弹簧钢、镀镍钢片、渗镍铁片、紫铜、黄铜、硬镍箔、锌箔、锡箔、银箔、铍铜其中的一种或由多种合金共同组成。部件应具有极好弹性、该组件一面或带有高0.1-10mm毛刺，其极大降低电池欧姆内阻，提升电池高倍率特性及可靠性，其首先与盖帽的下组件焊接在一起；优选自弹簧钢、铍铜；其表面镀层优选自Ag、In、Sn。

所述结构中，正极集流片11可由表面镀Ag、Ni、Sb、Se、Ti、Cu、Zn、In、Ni、Sn其中的一种或多种金属组成的合金，集流片材料可选用、不锈钢、弹簧钢、镀镍钢片、渗镍铁片、紫铜、黄铜、镍箔、锌箔、锡箔、银箔、紫铜其中的一种或由多种合金共同组成。该组件一面或带有高0.1-10mm毛刺，其极大降低电池欧姆内阻，提升电池高倍率特性及可靠性，其与钢壳7首先焊接在一起。其中正极上原有1条或多条可由Cr、Cu、Fe、Ni、Sn、Zn、Ag、Bi、Sb、Se、Ti材质加工而成的导线穿过正极集流片与钢壳焊接在一起，从而极大提高电池搞震动特性；优选自镀镍钢片、渗镍铁片。表面镀层优选自Cr、Ni。所述构中，耐碱绝缘胶带5可选自PP、PE、PTFE、尼龙其中和一种或多种材料共同组成，该胶带一面有胶一面为光滑面；同时具有在40％的KOH溶液中80℃环境下放置12小时，其仍具100％憎碱性，收缩变形率小于4％，它可以有效将钢壳与负极进行隔离，避免电池短路或析氢发应发生；优选材料自PP、PE。

所述结构中，镀镍上盖组件6材料可选自不锈钢、镀镍钢片等，以部件为中心，对称分布有1-10排气孔用以保障电池在意外情况下可以及时将内部的压力外泄，保证电池安全。部件表面镀层可选用Cu、Ni、Sn、Ag、B、Zn、Pb、Pt、Sb、Se、Ti其中的一种或多种金属组成的合金镀层，可以保证电池长贮期间外观不受环境影响而锈蚀；优选镀镍钢片、不锈钢。

所述结构中，负极基体可选用冲孔、三维、切拉网、编织金属网、泡沫绵Ag、Zn、Sn、Bi、Ni、Fe、黄Cu、紫Cu其中的一种或由其中的几种合金或复合材料组成，其表面镀层可选析氢过是位较高的Sn、Ag、Cu、Bi、Pb、Pt、Sb、Se、Ti、Ga、Cr、Ge其中的一种或多钟合金镀层，其镀层可降低电池在长期贮存与使用期间基体与锌发生析氢反应，大大降低电池内部压力，从而保证电池的安全、容量可恢复性、锌极的可逆性；优选三维Ag、Cu、Zn作为基体。表面镀层优选Ag、Bi、Sn、。

所述结构中，密封圈2材料可选自PP、PE其他具有耐碱、耐高温、延展性、弹性、填充性好的材料，其表面涂附如改性沥青、电解沥青、航空石蜡、液体石蜡、专用密封胶其中的一种或多种混合密封剂，他能很好保证电池在长期贮存、使用过程碱液不会外泄。优选PP、PE作为密封圈加工原料。

所述结构中，盖帽防爆阀1材料可选自丁睛橡胶、聚胺脂、三元乙丙其材料应具有较好弹性、填充性、耐碱性、耐高温性、抗氧化性好等特征；优选三元乙丙橡胶或丁晴橡胶。

Claims (4)

1.一种锌镍电池，它包括有电池壳体，盖帽，电极组和电解液，所述的电极组和电解液收纳于密封的电池壳体内，电极组的上部相连有盖帽，其特征在于所述的电极组包括有柔性卷绕的镍正极，柔性卷绕的锌负极，以及位于镍正极和锌负极内的复合隔膜；所述的电极组上端面形成有由锌负极伸出段由外向内弯曲窝边形成的平整负极导电端面，其上压接并焊连有带刺的负极集流片；所述的电极组下端面形成有由镍正极伸出段由外向内弯曲窝边形成的平整正极导电端面，其上压接并焊连有带刺的正极集流片；所述的电极组外表层完全覆盖有耐碱绝缘胶带层，且该耐碱绝缘胶带层高出电极组端面0.5-50mm。

2.根据权利要求1所述的锌镍电池，其特征在于所述的负极集流片上方通过至少一尼龙密封圈相连有由盖帽上组件、盖帽下组件以及丁晴橡胶块构成的盖帽；所述的复合隔膜由一层PP或PE制成的隔膜与一层维尼仑或聚丙烯或无纺布制成的贮液膜焊接而成；或所述的复合隔膜由MC、CMC、HPMC、PVA、PV、PTFE其中的一种干燥制成。

3.根据权利要求1或2所述的锌镍电池，其特征在于所述的负极集流片(3)和正极集流片(11)的一面均带有高0.1-10mm毛刺；其中所述的负极集流片(3)与盖帽下组件焊连；所述的正极集流片(11)与电池壳体(7)焊连在一起；盖帽上组件(6)选用不锈钢或镀镍钢片制成，它以部件为中心，对称分布有用以保障电池在意外情况下可以及时将内部的压力外泄的1-10排气孔。

4.根据权利要求3所述的锌镍电池，其特征在于所述的盖帽下组件与负极集流片(3)之间放置有用PP、PE或其它具有耐碱、耐高温、延展性、弹性、填充性好的材料制成的密封圈(2)，该密封圈的表面涂覆有改性沥青、电解沥青、航空石蜡、液体石蜡、专用密封胶中的一种密封剂。

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