CN2604781Y - 碱性二次电池 - Google Patents

Abstract

一种碱性二次电池，包括负极片、正极片、隔膜以及电解液，收纳于金属外壳中，所述的正极片、隔膜、负极片组成一极芯，极芯紧固于电池壳内，其特征在于：所述的极芯中与金属外壳相接触的极片一端的集流体两侧面设置不附料区域，使集流体直接与金属外壳相接触，减小极片与金属外壳之间的接触电阻，从而减小电池内阻。本实用新型碱性二次电池使得电池的大电流放电性能得到明显提高，同时电池的综合性能得到改善。

Description

碱性二次电池

【技术领域】

本实用新型涉及一种碱性二次电池，尤其涉及一种大电流放电性能优异、综合性能较好的碱性二次电池的极片。

【背景技术】

随着便携式用电器及电动工具的广泛应用，人们对作为上述器件备用电源的二次电池的性能要求越来越高，特别是对于上述电池的大电流使用条件下的放电性能有较高的要求。提高二次电池的大电流放电性能主要有两种途径：一是在电池正负极中添加导电性添加剂，改善正负极活性物质内部的导电性；二是改进电池内部结构，改善正负极的集流性能。

为了提高活性物质内部的导电性，经常在活性成分中添加各种导电助剂。最常用的导电剂有炭粉、石墨、镍粉、钴粉及(氢)氧化钴等。这些导电剂的添加能够从很大程度上提高活性物质粒子间及活性物质粒子与导电基体间的导电性，改善电极的充放电效率。中国专利98123290.6公开了一种镍电极导电添加剂的构成，在金属钴或钴的氧化物中混合有至少一种选自钙、钛、铌、铬、钇和镱中的元素构成的金属或其氧化物，这种混合的物质具有提高析氧过电位的效果。通过抑制电池温度随充电而上升和析氧过电位的下降而导致的充电效率下降，提高电池容量。中国专利97116154.9采用超声波对导电剂及活性物质进行分散，使活性物质、导电剂、增稠剂等均匀混合，提高了电极内的导电性，降低了导电剂的使用量，改善了大电流放电性能，提高了电极的容量。

上述方法能够在一定程度上提高电池的容量，但成本相对增加。例如在活性物质表面进行包覆处理，过程复杂，处理条件要求较高；在电极材料中添加各种导电剂也同样增加了材料成本。

相对于通过采用新材料或提高活性物质利用率来提高电池容量的方法来说，采用第二种方法来改善大电流放电性能具有操作简便，成本低等特点。目前一般是通过改善正极的集流性能来改善电池的大电流放电性能。

中国专利97112334中公开了一种碱性蓄电池的制造方法。将正极极耳与封口体用两处以上的部位进行焊接固定，提高了焊接部位的机械强度，且由于焊接部位的增加而降低了电池内阻，改善大电流放电性能。具体做法是：正极极耳与封口体焊接形成第一焊接部位后，将电池封口，在电池的正负极外部端子间通入电流，使正极极耳与封口体底面相接触的部分焊接以形成第二焊接部。这种方法能够在一定程度上改进正极的集流性能。但由于是在封口状态下进行第二焊接部的焊接，难以控制其焊接效果，且焊接时产生的大量的焦耳热易对电池内部产生不可预期的结果，如极耳熔断，隔膜损坏等。

中国专利01110328.0报道，在泡沫镍带的边缘或中间设置镍或镍合金条，制成电极后，可以直接进行端面焊，有利于大电流放电。这种方法可有效改善电极的集流性能。但需预先在泡沫镍上焊接镍或镍合金条，泡沫镍涂浆后需清除此部位粘附的活性物质才能进行有效的端面焊接，增加了工序、人力及物力消耗。

【实用新型内容】

本实用新型针对碱性二次电池极片与电池外壳之间存在的接触电阻，提供一种能够有效提高电池大电流放电性能的碱性二次电池。

本实用新型的目的是通过下列技术方案实现的：

一种碱性二次电池，包括负极片、正极片、隔膜以及电解液，收纳于金属外壳中，所述的正极片、隔膜、负极片组成一极芯，极芯紧固于金属外壳内，其特征在于：所述的极芯中与金属外壳相接触的极片一端的集流体两侧面设置不附料区域，使集流体直接与金属外壳相接触，减小极片与金属外壳之间的接触电阻。

本实用新型的上述技术方案进一步改进为：

所述的不附料区域的大小与极芯最外围的比例为1/2～1。

所述的不附料区域附加铂(Pt)、钯(Pd)或含铂(Pt)、钯(Pd)的合金催化剂。

本实用新型的优点在于：本实用新型碱性二次电池使得电池的大电流放电性能得到明显提高，同时电池的综合性能得到改善。

【附图说明】

图1为本实用新型碱性二次电池所述极片

图2为本实用新型圆形碱性二次电池极芯最外围展开示意图

图3为本实用新型碱性二次电池实施例与比较例循环性能比较图

【具体实施方式】

以卷绕式电池为例。在卷绕式电池制作中，是将正极片与负极片上下叠放在一起，中间夹以隔膜卷绕成一圆柱形涡卷状极芯，然后将此圆柱形涡卷状极芯装入圆形电池金属外壳中，再经注碱液，封口等工序制作而成。对于通常的镍氢、镍镉等二次电池，上述圆柱形涡卷状极芯最外围与金属外壳相接触的为负极片。由于负极片上附有活性物质，其导电性相对较差，因此其与金属外壳之间的接触电阻较大，不利于负极集流及大电流放电性能的提高。

考虑到这一问题，所采取的措施是：

如图1所示，对于上述与电池外壳相接触的极片，在其末端的两侧面设置不涂料的区域A。

如图2所示，该极芯由正极片、隔膜、负极片依次叠层、卷绕形成，在极芯最外围的两侧面设置不涂料的区域B，使活性物质集流体，如穿孔钢带，直接与电池金属外壳接触。这样，由于活性物质集流体直接与电池金属外壳相接触，改善了电极的集流性能，提高了电池的大电流放电性能。

不涂料区域B的大小不少于极芯的1/2，因为，少于1/2时，集流体与金属外壳之间的接触电阻与不设不涂料区域B时的接触电阻相差不大，随着集流体直接与电池金属外壳相接触面积的增大，集流体与金属外壳之间的接触电阻逐渐减小，不涂料区域B的大小为极芯最外围时，集流体与金属外壳之间的接触电阻最小，相应的电池内阻也达到最小，电池的大电流放电性能达到最佳状态。

电池在大电流循环过程中，由于负极活性的降低，其内压一般逐渐增大，有可能使盖帽上的安全孔开启，泄漏物质，从而加剧电池性能的恶化。在负极片末端设置不附料区域，可以提供消氧反应的场所，同时，在不附料区域可以附加铂(Pt)、钯(Pd)或含铂(Pt)、钯(Pd)的合金催化剂，这样使得电池在大电流循环过程中保持较低内压，改善大电流循环性能。

大电流放电时，电池温度较高。事实上，高温对电池寿命有严重的副作用。负极末端不附料，以集流体，如穿孔镀镍钢带，直接与电池金属外壳相接触，可改善传热效果，有利于降低电池温度。另外，负极末端不附料的基体还可起到保护负极的作用，使其在套进金属外壳时不会因金属外壳口部刮落掉料。

因此，采用本实用新型，可使得电池的大电流放电性能得到很大改善，同时其它综合性能如内压、循环性能、内阻等均有改善。

实施例一：

镍正极的制作：将球形氢氧化镍90份、氧化亚钴5份、镍粉5份与CMC溶液混合成糊状浆料，填充到发泡镍基体中，经干燥、辊压、裁切，制成尺寸为205mm×33mm×0.53mm的正极片，正极中含活性物质总量为8.7g。

镉负极的制作：将氧化镉粉末与CMC溶液及水一起混合成糊状浆料，涂布到厚度为0.08mm的穿孔镀镍钢带上，经干燥、刮料、辊压、裁切，制成尺寸为310mm×33.6mm×0.50mm的负极片。其中在负极片沿长度方向的一端末尾不附料，其沿长度方向长度为60mm。负极中含活性物质总量为10.4g。

电池装配：在镍正极和镉负极中间夹以隔膜，然后卷绕成涡卷状极芯，将此极芯装入圆形金属外壳，经注液、封口，制成标称容量为1700mAh的Sc型镍-镉电池。在上述涡卷状极芯中，不附料区位于极芯最外围与电池金属外壳直接接触。

实施例二：

镍正极的制作：同实施例一。

镉负极的制作：同实施例一，但所制成的极片尺寸为280mm×33.6mm×0.50mm的负极片。其中在负极片沿长度方向的一端末尾不附料，其沿长度方向长度为30mm。负极中含活性物质总量为10.4g。

电池装配：同实施例一。但在涡卷状极芯中，不附料区与电池金属外壳直接接触，其大小为极芯最外围的1/2。

比较例：

镍正极的制作：同实施例。

镉负极的制作：同实施例，但所制成的极片尺寸为250×33.6mm×0.50mm的负极片，不存在不附料区。负极中含活性物质总量为10.4g。

电池装配：除负极片不存在不附料区外，其余同实施例。

上述电池制作完成后，经过化成活化活性物质。

电池性能测试：

充电态内阻测试：实施例及比较例电池各制作30个，将实施例及比较例电池以850mA放电到1.0V，再用170mA充电16小时，在环境温度为20±5℃下搁置1小时，用交流内阻测试仪测电池的充电态交流内阻，分别取平均值，结果如表1所示。

表1

电池	实施例一	实施例二	比较例
				充电内阻(mΩ)	4.7	4.9	5.1

充电内压测试：实施例及比较例电池各制作30个，将活化后的电池以340mA放电到1.0V，再用2550mA充电2小时，充电过程中测试电池的内部压力，充电过程中最高内压分别取平均值，结果如表2所示。

表2

电池	实施例一	实施例二	比较例
				内压(MPa)	0.54	0.60	0.72

10C放电率：实施例及比较例电池各制作30个，将实施例及比较例电池以1700mA充电75分钟，控制-ΔV＝15mV，搁置30分钟，然后以1700mA放电至电压为1.0V，放电容量记为1C放电容量。然后，将实施例及比较例电池以1700mA充电75分钟，-ΔV＝15mV，搁置30分钟，以17A放电至电压为0.8V，放电容量记为10C放电容量。按下式计算10C放电率：

10C放电率＝10C放电容量/1C放电容量×100％

对实施例及比较例电池10C放电率分别取平均值，结果见表3。

表3

电池	实施例一	实施例二	比较例
				10C放电率	85％	84％	82％

10C放电循环性能测试：实施例及比较例电池各制作30个，将实施例及比较例电池分别以1700mA充电75分钟，-ΔV＝15mV，搁置30分钟，然后以17A放电至电压为0.8V。循环500次，实施例及比较例电池分别取平均值，结果见图2。

可见，采用本实用新型可使电池大电流放电、循环性能提高，同时，电池的充电内阻及内压均有所降低。因而可得到大电流放电性能优良的高性能的碱性二次电池。本实用新型具有操作简便、成本较低等特点。

以上实施例是以镍-镉电池为例进行说明，但并不限于此，实际上对于其它碱性二次电池，如：镍-金属氢化物电池、镍-锌电池等也同样适用。

以上实施例是以圆形Sc型电池说明，但并不限于此，只要根据上述构思，对于其它型号电池，如AA型、AAA型、AAAA型、D型、等也同样适用。

Claims (3)

1.一种碱性二次电池，包括负极片、正极片、隔膜以及电解液，收纳于金属外壳中，所述的正极片、隔膜、负极片组成一极芯，极芯紧固于金属外壳内，其特征在于：所述的极芯中与金属外壳相接触的极片一端的集流体两侧面设置不附料区域，使集流体直接与金属外壳相接触，减小极片与金属外壳之间的接触电阻。

2.按权利要求1所述的碱性二次电池，其特征在于：所述的不附料区域的大小与极芯最外围的比例为1/2～1。

3.接权利要求1所述的碱性二次电池，其特征在于：所述的不附料区域附加铂(Pt)、钯(Pd)或含铂(Pt)、钯(Pd)的合金催化剂。

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