CN218957862U - 壳体以及使用该壳体的镍锌电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种壳体，包括圆柱型槽体结构的钢壳和设置在所述钢壳的槽底面上的介子，所述钢壳包括基材层，所述基材层的表面镀覆有金属层，在所述钢壳的内侧的所述金属层的表面涂覆包含有超疏水材料的涂层，所述涂层的厚度为10‑500nm。本实用新型还涉及一种镍锌电池，该镍锌电池包括如上的壳体。

Description

壳体以及使用该壳体的镍锌电池

技术领域

本实用新型涉及镍锌电池技术领域，特别是涉及一种壳体以及使用该壳体的碱性镍锌电池。

背景技术

本部分提供了与本申请相关的背景信息，这些信息并不必然构成现有技术。

碱性镍锌电池作为二次可充放电池，具有高能量密度、高倍率、高安全性和环境友好等特点，可以被广泛应用于动力电源和储能等领域。现有的碱性镍锌电池存在如下技术问题：镍锌电池所采用的电解液为碱性电解液，电解液的主要组分一般包括：氢氧化钾(KOH)、氢氧化钠(NaOH)和氢氧化锂(LiOH)，而镍锌电池的壳体一般直接采用镍氢电池的钢壳，通常钢壳的表面镀覆有金属镍层或包含金属镍的合金层。在电池充放电过程中，由于锌负极极片中的活性成分，尤其是充电态的锌金属，在碱性电解液存在的情况下，可以直接与镀镍钢壳发生电化学副反应。电解液中的水份在电化学副反应的作用下发生分解，并产生大量气体，主要包括氢气和氧气。这不仅产生由于电池内部压力增加引起的“爬碱”现象，而且导致电池内部的电解液干涸。可见，直接采用镍氢电池的钢壳会极大地影响镍锌电池的使用寿命。为了避免电芯中的锌负极极片与钢壳内侧壁发生电化学副反应，通常需要使用特定的金属箔材(镀锡铜箔、锡箔)对电芯的最外圈进行严密包裹。最外圈的金属箔材不仅起到电子传输的作用，而且可以避免碱性电解液直接与钢壳内侧壁接触，发生电化学副反应。因此，当强碱性的电解液和钢壳的内侧壁上的镀覆层大面积接触时，存在电解液和钢壳及其表面金属镀覆层发生电化学副反应的风险，极大地影响镍锌电池的使用寿命。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案为：

一种壳体，包括圆柱型槽体结构的钢壳和设置在钢壳的槽底面上的介子，钢壳包括基材层，基材层的表面镀覆有包含镍、锡、铟或者铋及其合金的金属层，在所述钢壳的内侧的金属层的表面涂覆包含有超疏水材料涂层，在所述介子的表面涂覆包含有超疏水材料的涂层。介子在所述钢壳的槽底面上的投影覆盖所述钢壳的槽底面，所述钢壳的槽底面的中部向远离所述钢壳的槽口方向凸出形成凸出部，所述凸出部和所述介子之间存在间隙。

所述疏水材料包括但不限于氟树脂。

在一实施例中，所述疏水材料为聚四氟乙烯(Poly tetra fluoroethylene，PTFE)。

所述钢壳的内部用于容纳电芯和强碱性的电解液，钢壳的槽口用于和盖帽连接从而形成封口结构，所述介子主要是为了防止所述钢壳的槽底面与电芯接触从而防止电池短路。

在一实施例中，所述涂层的面密度为0.1-10g/m²。

在一实施例中，介子采用聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)中的至少一种聚合物材料制成。

在一实施例中，出于提升涂层和介子的表面的结合力的观点，对介子进行表面酸化处理得到酸化介子，具体为：将介子放到加热的硫酸中进行一定时间的酸化处理后将介子用水清洗干净并烘干。

本实用新型还公开了一种镍锌电池，包括如上所述的壳体，所述镍锌电池的碱性电解液在所述涂层的表面的接触角为不小于150°，因此碱性电解液在所述涂层表面较难浸润。

有益效果：

本实用新型提供的壳体中，在钢壳的内侧壁的金属层表面形成超疏水性的薄膜，在介子的表面形成超疏水性的薄膜，可以有效抑制强碱性的电解液与钢壳及其镀覆的金属层直接接触，可以避免电化学副反应的发生，能显著提升使用该壳体的镍锌电池的使用寿命。

附图说明

附图对本实用新型作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本实用新型的任何限制。

图1为本实用新型一实施例提供的壳体结构示意图；

图2为本实用新型一实施例提供的壳体结构示意图；

图3为本实用新型一实施例提供的壳体的剖视图；

图4为本实用新型一实施例提供的壳体的剖视图。

其中，附图标记为：10.钢壳；11.凸出部；12.基材层；13.金属层；14.涂层；20.介子。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体地限定。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“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，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

如图1-2所示，本实施例提供一种壳体，包括钢壳10，钢壳10为圆柱型槽体结构，钢壳10的槽底面的中部向远离钢壳10的槽口方向凸出形成凸出部11。

如图3-4所示，本实施例提供的壳体还包括圆柱体结构介子20，介子20设置在钢壳10的槽底面上，介子20的侧壁和钢壳10的内侧壁接触，介子20的底端面和钢壳10的槽底面接触，介子20和凸出部11之间存在间隙。

如图3所示，本实施例提供的壳体的钢壳10包括基材层12，基材层12的两个端面均镀覆有金属层13，位于钢壳10的内侧的金属层13表面涂覆包含有超疏水材料的涂层14,超疏水涂层的厚度是10-500nm,碱性电解液在其表面的接触角是≥150°，表明碱性电解液较难浸润钢壳10的内侧壁。介子20的表面涂覆包含有超疏水材料的涂层(附图中未显示)。疏水涂层的厚度是10-500nm,碱性电解液在其表面的接触角是≥150°，表明碱性电解液较难浸润钢壳10的槽底面。

介子20可以通过粘结剂连接在钢壳10的槽底面上，粘结剂包括但不限于聚乙烯醇(PVA)、羧甲基纤维素钠(CMC)、丁苯橡胶(SBR)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚氧化乙烯(PEO)、海藻酸钠(SA)、聚偏二氟乙烯(PVDF)。

本实施例提供的壳体的钢壳10的涂层14的制备方法包括如下步骤：

S100、将钢壳10的内侧壁的金属层13依次用除油剂和去离子水进行表面清洁；

S200、将钢壳10的内侧壁的金属层13用等离子清洗机进行彻底清洁和活化；

S300、将PTFE粉末以1:10重量比例超声分散到乙醇中(乙醇作为分散介质)，制成悬浮液；

S400、将悬浮液喷涂于钢壳10的内侧壁的金属层13的表面，然后将钢壳10在80-120℃条件下进行鼓风烘干1-2小时，形成具有PTFE薄膜的涂层14。

本实施例提供的壳体的介子20的涂层的制备方法包括如下步骤：

S100、将介子20依次用除油剂和去离子水进行表面清洁；

S200、将介子20用等离子清洗机进行彻底清洁和活化；

S300、将PTFE粉末以1:10重量比例超声分散到乙醇中(乙醇作为分散介质)，制成悬浮液；

S400、将悬浮液喷涂于介子20的表面，然后将介子20在80-120℃条件下进行鼓风烘干1-2小时，形成具有PTFE薄膜的涂层14。

聚四氟乙烯薄膜赋予了钢壳10的内侧的表面的超疏水性，从而形成明显的相界面层，可以有效抑制碱性电解液对钢壳10的金属层13和基材层12的腐蚀，同时该涂层14的厚度是10-500nm,因此钢壳10仍然具有良好的电子导电性，因此电芯可通过极片或者极耳直接和钢壳10电性连接。聚四氟乙烯薄膜赋予了介子20表面的超疏水性，可以有效抑制碱性电解液透过介子20对钢壳10的槽底面产生腐蚀。

本实施例中，使用的聚四氟乙烯粉末的粒径为5-10μm，形成的聚四氟乙烯薄膜均匀度好、一致性高，钢壳10的内侧壁的表面的导电性和超疏水性都更好。聚四氟乙烯粉末加入到乙醇中后可以采用超声处理将聚四氟乙烯粉末分散。

本实施例还提供了采用了上述实施例提供的壳体的镍锌电池，该镍锌电池的制作方法包括如下步骤：

S100、制备正极电池浆料和负极电池浆料；

S200、以发泡镍作为基体，将正极电池浆料上浆至发泡镍上，上浆后经过烘烤、压实、分切、焊接得到正电极；以镀锡铜箔作为基体，将负极电池浆料上浆至镀锡铜箔上，经过烘烤、压实、分切得到负电极；

S300、将正电极、负电极和隔膜纸通过卷绕方式形成电芯。将卷绕好的电芯植入到钢壳10中，正极耳焊接到盖帽，负电极直接电性连接钢壳10的内侧壁，并注入电解液、采用盖帽封口，完成碱性镍锌电池的制作。

对于步骤S100，基于正电极浆料的质量，正极电池浆料中含有90-95wt％的正极球镍，5-10wt％是金属镍粉导电剂、钙盐及稀土氧化物添加剂、PTFE粘结剂等；基于负电极浆料的质量，负电极浆料中含有85-95％的氧化锌或碳包覆氧化锌，5-15wt％是金属粉末或者碳材料导电剂(水性碳纳米管、石墨烯、炭黑导电剂)、金属氧化物缓释剂、PTFE粘结剂等。

对于步骤S200，具体地，正电极制作中，选用面密度为250-380g/m²的发泡镍，经过湿法拉浆、烘烤、压片、裁切、清粉、点焊等制成正极极片，焊接采用超声波端面焊或超声波极耳焊。负电极制作中，负电极选用镀锡铜箔作为基体，基体的结构可以是网状或者冲孔。进行湿法拉浆，走带速度控制在2.0-3.5m/min。拉浆炉温度控制在85-135℃，分温度区域烘烤，使烘烤后的负极极片含水量保持在0.3-0.8wt％，再对辊压实，分切，称重。

对于步骤S300，具体地，正电极和负电极使用单层或者双层复合型隔膜，卷绕成型形成电芯后植入到钢壳10中，介子20将电芯和钢壳10的槽底面隔离。在钢壳10中注入由氢氧化钾(KOH)、氢氧化钠(NaOH)、氢氧化锂(LiOH)、纯水组成的碱性电解液，完成碱性镍锌电池的制作。由于钢壳10的内侧壁和介子20均具有超疏水性，因此碱性电解液主要保留在电芯内部的隔膜、正极极片和负极极片中，无法直接触碰到钢壳10的内侧壁。这不仅有效避免碱性电解液对钢壳10的腐蚀，而且抑制钢壳10的内侧壁表面发生电化学副反应。制作的碱性镍锌电池可以使用较高浓度的电解液，通常碱性电解液的OH^-浓度在8.0-15.0mol/L。

若电芯的正电极通过正极极耳连接钢壳10，则凸出部11可作为镍锌电池的正极连接端子；若电芯的负电极最外圈直接电性连接钢壳10，则凸出部11可作为碱性镍锌电池的负极连接端子。

在电池充放电过程中，由于锌负极极片中的活性成分在碱性电解液存在的情况下，可以直接与镀镍钢壳发生电化学副反应。电解液中的水份在电化学副反应的作用下发生分解，并产生大量气体。这不仅造成电池内部压力增加，而且导致电池内部的电解液干涸。可见，直接采用镍氢电池的钢壳会极大地影响镍锌电池的使用寿命。本实用新型提供的应用于镍锌电池的壳体是在应用于镍氢电池的钢壳的基础上进行的改进，能显著提升使用该壳体的镍锌电池的使用寿命。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种壳体，其特征在于：

包括圆柱型槽体结构的钢壳和设置在所述钢壳的槽底面上的介子；

所述钢壳包括基材层，所述基材层的表面镀覆有金属层，在所述钢壳的内侧的所述金属层的表面涂覆包含有超疏水材料的涂层，所述涂层的厚度为10-500nm。

2.根据权利要求1所述的壳体，其特征在于：在所述介子的表面涂覆包含有所述超疏水材料的所述涂层。

3.根据权利要求2所述的壳体，其特征在于：所述介子在所述钢壳的槽底面上的投影覆盖所述钢壳的槽底面，所述钢壳的槽底面的中部向远离所述钢壳的槽口方向凸出形成凸出部，所述凸出部和所述介子之间存在间隙。

4.根据权利要求3所述的壳体，其特征在于：所述介子为圆柱体结构，所述介子的侧壁和所述钢壳的内侧壁接触，所述介子的底端面和所述钢壳的槽底面接触。

5.根据权利要求4所述的壳体，其特征在于：所述超疏水材料包括氟树脂。

6.一种镍锌电池，包括碱性电解液，其特征在于，所述镍锌电池还包括如权利要求5所述的壳体，所述碱性电解液在所述涂层的表面的接触角为不小于150°。

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