專利名稱：無極片非卷繞式高容量鎳氫電池及其加工工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種二次化學電源及其加工エ藝，尤其是ー種無極片非卷繞式高容量鎳氫電池及其加工エ藝。
背景技術(shù)：
氫鎳電池是繼鎘鎳電池之后的新一代高能二次電池，由于它具有高容量、無污染等特點而倍受人們的青睞，是當今二次電池重要的發(fā)展方向之一。氫鎳電池從投入批量生產(chǎn)以來，大多采用濕法制片和極片卷繞式エ藝。最初氫鎳電池鎳正極采用燒結(jié)法生產(chǎn)エ藝，經(jīng)過鎳粉和漿、儲漿、拉漿、燒結(jié)、浸潰 硝酸鎳、浸堿、單極化成，刷片、裁片等エ歩；負極采用塑料粘結(jié)法生產(chǎn)，采用稀土儲氫合金粉和楽·、熱壓、分條、合片，裁片等エ步。隨著泡沫鎳的應(yīng)用，鎳氫電池正負極先后都采用泡沫鎳拉漿生產(chǎn)エ藝，正負極分別采用氫氧化亞鎳和稀土儲氫合金粉，具體經(jīng)過打漿、儲漿、泡沫鎳調(diào)整、上漿、烘干，輾壓、分條、切片。正極還必須經(jīng)過清粉、點焊、貼膠帶、軟化等エ藝。為了防止?jié)穹ㄉa(chǎn)造成的粉化及氧化，負極拉漿前經(jīng)過堿處理。而且碾壓時較難達到高體積密度。正極氫氧化亞鎳中普遍添加鈷和鋅金屬成分的。但在正極打漿和拉漿過剩中鈷和氫氧化亞鎳容易分層。且氫氧化亞鈷粉做成漿料流動性差、利用率低且抗氧化性差。極片骨架泡沫鎳經(jīng)過輾壓，三維導電結(jié)構(gòu)受到了破壞，影響了其導電性能。國內(nèi)目前普遍采用泡沫鎳拉漿エ藝，已較少采用高溫燒結(jié)エ藝。塑料粘結(jié)法僅在早期使用，目前已淘汰。從理想的條件上考慮，最大限度地減小合金粉與空氣接觸的時間，降低烘干溫度，有利于保證合金粉的表面活性狀態(tài)。我國王紀三教授研制成功嵌滲電極技術(shù)以后，負極和正極先后都采用了干法制片エ藝。負極具體エ藝是上粉、壓制、浸膠、烘干、切片。正極干法エ藝是預壓、上粉、壓制、分條、切片、清粉、點焊、貼膠帯。排除了對粘結(jié)劑的依賴，正、負極均采用干粉充填，然后浸入PTFE中取出烘干以増加粘接強度，去掉浮粉。不同エ藝制成的正、負極片都要和隔膜經(jīng)過卷繞、裝殼、滾槽、點帽、注液、封ロ，化成、檢測和包裝才能加工成電池的。采用燒結(jié)正極和塑料粘結(jié)エ藝負極裝配成的電池，エ藝路線長，加工エ藝復雜，成本高，均勻性差。容量也比較低。AA型電池容量僅達到lOOOmAh。采用雙泡沫鎳エ藝制成的正負極片裝配成電池，雖然エ藝有所縮短，電池容量有所増加，AA型電池容量可達到1300mAh左右。但使用連續(xù)泡沫鎳的成本比較高，電池一致性較差。采用干法生產(chǎn)的正負極片裝成的電池，電池容量得到了進ー步的提高，AA型電池容量滑雪以達到ISOOmAh左右了。但其負極采用銅網(wǎng)做骨架，電池的循環(huán)壽命受到了很大限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種無極片非卷繞式高容量鎳氫電池及其加工エ藝，該加工エ藝簡單、經(jīng)濟，有效地提高了電池的容量，縮短了生產(chǎn)時間，減少了電池材料在生產(chǎn)過程中的氧化，降低生產(chǎn)成本，提高電池的循環(huán)壽命。按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，所述無極片非卷繞式高容量鎳氫電池，包括池鋼殼和設(shè)置在電池鋼売上端的蓋帽，在蓋帽和電池鋼殼之間設(shè)置密封圈；在所述電池鋼殼內(nèi)部放置正極柱和負極環(huán)，負極環(huán)套設(shè)在正極柱外表面，在正極柱的外表面包覆隔膜袋，隔膜袋將正極柱和負極環(huán)分隔開；在所述蓋帽和正極柱、負極環(huán)之間的空腔中注入堿性電解液；特征是在所述正極柱的中間埋設(shè)集流導電骨架和極耳，集流導電骨架和極耳連為一體，極耳沿正極柱的縱向貫穿設(shè)置，極耳的上端露出正極柱的上表面與蓋帽連接。在所述正極柱的外表面套設(shè)f 20片負極環(huán)。所述負極環(huán)和隔膜袋之間滑動配合，所述電池鋼殼和負極環(huán)之間滑動配合。在所述蓋帽上設(shè)有泄氣孔。
一種無極片非卷繞式高容量鎳氫電池的加工エ藝，包括以下步驟
(O打負極環(huán)在負極打環(huán)模中填入負極活性物質(zhì)，在壓力機上壓制成環(huán)形，壓カ為31. 25^187. 5噸/m2，并保壓5 45秒后脫膜，得到負極環(huán)；所述負極活性物質(zhì)為儲氫合金粉末；
(2)打正極柱在正極打柱膜中填入正極活性物質(zhì)，并在正極活性物質(zhì)的中間預埋集流導電骨架和極耳，在壓カ機的上壓制柱形棒，壓カ為31. 25^187. 5噸/m2，保壓5 15秒后脫模，得到正極柱；所述正極活性物質(zhì)的組份為85、8. 5%氫氧化亞鎳、f 10%添加劑和O. 5 5%聚四氟こ烯粉，添加劑為鎳粉、氧化亞鈷或鈷粉中的ー種或幾種；
(3)焊隔膜袋將PP或PE無紡布裁切并焊成隔膜袋，隔膜袋的尺寸與正極柱的體積相匹配；
(4)裝袋、封袋將正極柱裝入隔膜袋中，將極耳露出隔膜袋的上端，并將隔膜袋的上端封ロ ；
(5)根據(jù)正極柱的尺寸，在裝袋后的正極柱上套入ー個或多個負極環(huán)，再將正極柱和負極環(huán)一起裝入電池鋼殼中，然后將電池鋼殼的上部在滾槽機上加工出槽體；將極耳點焊在蓋帽上，注入堿性電解液；在蓋帽和電池鋼殼的上端開ロ之間設(shè)置密封圈封ロ，再蓋上蓋帽封ロ，擱置至少12小時，得到所述的鎳氫電池；
(6)最后對鎳氫電池進行化成、分容。步驟(6)中，所述化成是指在2(T30°C的環(huán)境溫度下，以O(shè). IC電流對鎳氫電池充電3小時，擱置30分鐘；再以O(shè). IC電流放電至鎳氫電池的終止電壓為I. OV ;再以O(shè). IC電流充電7小時，擱置30分鐘；再以O(shè). IC電流放電至鎳氫電池的終止電壓為I. OV ;最后以O(shè). 2C電流充電5小時，擱置30分鐘；再以O(shè). IC電流放電至鎳氫電池的終止電壓為I. 0V。步驟(6)中，所述分容是指在2(T30°C的環(huán)境溫度下，以O(shè). 2C電流對鎳氫電池充電6小時，擱置30分鐘；再以O(shè). 2C電流放電至鎳氫電池終止電壓為I. 0V。所述堿性電解液為氫氧化鈉電解液、氫氧化鉀電解液或氫氧化鋰電解液中的ー種或多種。本發(fā)明所述的無極片非卷繞式高容量鎳氫電池的加工エ藝采用干填法エ藝替代原來繁雜的制片卷繞的エ藝路線，大大筒化了生產(chǎn)流程，避免了打漿烘干中活性物質(zhì)在水和高溫環(huán)境下的氧化，提高了電池容量，用此方法生產(chǎn)出的無極片非卷繞式高容量鎳氫電池，AA型容量高達4000mAh左右，而且工藝流程短，成本低，材料利用率高，適用于大能量小電流用電器的長時間用電需要。


圖I為本發(fā)明所述的鎳氫電池的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明所述的正極柱的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合具體附圖對本發(fā)明作進一步說明。 如圖I、圖2所示所述無極片非卷繞式高容量鎳氫電池包括泄氣孔I、蓋帽2、密封圈3、電池鋼殼4、負極環(huán)5、正極柱6、隔膜袋7、集流導電骨架8、極耳9、堿性電解液10
坐寸o如圖I、圖2所示，本發(fā)明包括電池鋼殼4和設(shè)置在電池鋼殼4上端的蓋帽2，在蓋帽2和電池鋼殼4之間設(shè)置密封圈3，電池鋼殼4作為電池的外殼，同時又是電池負極的集流體，蓋帽2作為電池輸出的正極觸頭，密封圈3阻隔蓋帽2和電池鋼殼4之間的導電，防止短路，同時也是防止電池泄露，對電池起密封作用；在所述電池鋼殼4內(nèi)部放置正極柱7和負極環(huán)5，負極環(huán)5套設(shè)在正極柱7外表面；在所述正極柱6的外表面包覆隔膜袋7，隔膜袋7采用PP或PE無紡布制成，將正極柱6和負極環(huán)5分隔開，起到電子絕緣、離子導電作用；在所述正極柱7的中間埋設(shè)集流導電骨架8和極耳9，極耳9沿正極柱7的縱向貫穿設(shè)置，極耳9的上端露出正極柱7的上表面與蓋帽2焊接，極耳9起集流導電作用，并將電池正極的電能導向用電器；為了增加電池的導電性，所述集流導電骨架8和極耳9連為一體，提高電流的集流導電效果；在所述蓋帽2和正極柱6、負極環(huán)5之間的空腔中注入堿性電解液10 ；
如圖I所示，根據(jù)正極柱7尺寸的不同，在正極柱7的外表面套設(shè)f 20片負極環(huán)；所述負極環(huán)5和隔膜袋7之間滑動配合，所述電池鋼殼4和負極環(huán)5之間滑動配合，這樣便于裝配，可以保證裝配的效率和合格率；待電池鋼殼4內(nèi)注入堿性電解液10、擱置、化成后，正極柱6和負極環(huán)5都會發(fā)生一些膨脹，使正極柱6、負極環(huán)5和電池鋼殼4內(nèi)壁緊配；
如圖I所示，在所述蓋帽2上設(shè)有泄氣孔1，當電池內(nèi)部氣壓達到一定壓力時安全閥開啟泄氣孔I進行泄氣，以保證電池的安全性。本發(fā)明所述的無極片非卷繞式高容量鎳氫電池的加工工藝采用干填法工藝替代原來繁雜的制片卷繞的工藝路線，大大簡化了生產(chǎn)流程，避免了打漿烘干中活性物質(zhì)在水和高溫環(huán)境下的氧化，提高了電池容量，用此方法生產(chǎn)出的無極片非卷繞式高容量鎳氫電池，AA型容量高達4000mAh左右，而且工藝流程短，成本低，材料利用率高，適用于大能量小電流用電器的長時間用電需要。本發(fā)明中所述的0. IC是指倍率，是以0. I倍容量的電流充放電，譬如電池容量是1500mAh，2C放電就是以3000mA電流進行放電，在本發(fā)明中0. 1C、0. 2C就是指以電池容量
0.I倍、0. 2倍的電流進行充放電。實施例一一種無極片非卷繞式高容量鎳氫電池的加工工藝，包括以下步驟(1)打負極環(huán)在負極打環(huán)模中填入負極活性物質(zhì)，在壓力機上壓制成環(huán)形，壓力為31. 25噸/m2，并保壓45秒后脫膜，得到負極環(huán)；所述負極活性物質(zhì)為儲氫合金粉末；
(2)打正極柱在正極打柱膜中填入正極活性物質(zhì)，并在正極活性物質(zhì)的中間預埋集流導電骨架和極耳，在壓力機的上壓制柱形棒，壓力為31. 25噸/m2，保壓15秒后脫模，得到正極柱；所述正極活性物質(zhì)的組份為85%氫氧化亞鎳、10%鎳粉和5%聚四氟乙烯粉；
(3)焊隔膜袋將PP(聚丙烯)或PE (聚乙烯)無紡布裁切并焊成隔膜袋，隔膜袋的尺寸與正極柱的體積相匹配；
(4)裝袋、封袋將正極柱裝入隔膜袋中，將極耳露出隔膜袋的上端，并將隔膜袋的上端封口 ；
(5)根據(jù)正極柱的尺寸，在裝袋后的正極柱上套入一個或多個負極環(huán)，再將正極柱和負極環(huán)一起裝入電池鋼殼中，然后將電池鋼殼的上部在滾槽機上加工出槽體；將極耳點焊在蓋帽上，注入氫氧化鈉電解液；在蓋帽和電池鋼殼的上端開口之間設(shè)置密封圈封口，再蓋上蓋帽封口，擱置至少12小時，得到所述的鎳氫電池；
(6)最后上架進行化成、分容所述化成是指在20°C的環(huán)境溫度下，以0.IC電流對鎳氫電池充電3小時，擱置30分鐘；再以0. IC電流放電至鎳氫電池的終止電壓為I. OV ;再以
0.IC電流充電7小時，擱置30分鐘；再以0. IC電流放電至鎳氫電池的終止電壓為I. OV ；最后以0. 2C電流充電5小時，擱置30分鐘；再以0. IC電流放電至鎳氫電池的終止電壓為
1.OV ；
所述分容是指在20°C的環(huán)境溫度下，以0. 2C電流對鎳氫電池充電6小時，擱置30分鐘；再以0. 2C電流放電至鎳氫電池終止電壓為I. 0V。實施例二 一種無極片非卷繞式高容量鎳氫電池的加工工藝，包括以下步驟
(1)打負極環(huán)在負極打環(huán)模中填入負極活性物質(zhì)，在壓力機上壓制成環(huán)形，壓力為187. 5噸/m2，并保壓5秒后脫膜，得到負極環(huán)；所述負極活性物質(zhì)為儲氫合金粉末；
(2)打正極柱在正極打柱膜中填入正極活性物質(zhì)，并在正極活性物質(zhì)的中間預埋集流導電骨架和極耳，在壓力機的上壓制柱形棒，壓力為187. 5噸/m2，保壓15秒后脫模，得到正極柱；所述正極活性物質(zhì)的組份為98. 5%氫氧化亞鎳、1%氧化亞鈷和0. 5%聚四氟乙烯粉；
(3)焊隔膜袋將PP(聚丙烯)或PE (聚乙烯)無紡布裁切并焊成隔膜袋，隔膜袋的尺寸與正極柱的體積相匹配；
(4)裝袋、封袋將正極柱裝入隔膜袋中，將極耳露出隔膜袋的上端，并將隔膜袋的上端封口 ；
(5)根據(jù)正極柱的尺寸，在裝袋后的正極柱上套入一個或多個負極環(huán)，再將正極柱和負極環(huán)一起裝入電池鋼殼中，然后將電池鋼殼的上部在滾槽機上加工出槽體；將極耳點焊在蓋帽上，注入氫氧化鉀電解液；在蓋帽和電池鋼殼的上端開口之間設(shè)置密封圈封口，再蓋上蓋帽封口，擱置至少12小時，得到所述的鎳氫電池；
(6)最后上架進行化成、分容所述化成是指在30°C的環(huán)境溫度下，以0.IC電流對鎳氫電池充電3小時，擱置30分鐘；再以0. IC電流放電至鎳氫電池的終止電壓為I. OV ;再以
0.IC電流充電7小時，擱置30分鐘；再以0. IC電流放電至鎳氫電池的終止電壓為I. OV ；最后以0. 2C電流充電5小時，擱置30分鐘；再以0. IC電流放電至鎳氫電池的終止電壓為
1.OV ；所述分容是指在30°C的環(huán)境溫度下，以0. 2C電流對鎳氫電池充電6小時，擱置30分鐘；再以0. 2C電流放電至鎳氫電池終止電壓為I. 0V。實施例三一種無極片非卷繞式高容量鎳氫電池的加工工藝，包括以下步驟
(1)打負極環(huán)在負極打環(huán)模中填入負極活性物質(zhì)，在壓力機上壓制成環(huán)形，壓力為100噸/m2，并保壓30秒后脫膜，得到負極環(huán)；所述負極活性物質(zhì)為儲氫合金粉末；
(2)打正極柱在正極打柱膜中填入正極活性物質(zhì)，并在正極活性物質(zhì)的中間預埋集流導電骨架和極耳，在壓力機的上壓制柱形棒，壓力為100噸/m2，保壓10秒后脫模，得到正極柱；所述正極活性物質(zhì)的組份為90%氫氧化亞鎳、8%鈷粉和2%聚四氟乙烯粉；
(3)焊隔膜袋將PP(聚丙烯)或PE (聚乙烯)無紡布裁切并焊成隔膜袋，隔膜袋的尺寸與正極柱的體積相匹配；
(4)裝袋、封袋將正極柱裝入隔膜袋中，將極耳露出隔膜袋的上端，并將隔膜袋的上端封口 ；
(5)根據(jù)正極柱的尺寸，在裝袋后的正極柱上套入一個或多個負極環(huán)，再將正極柱和負極環(huán)一起裝入電池鋼殼中，然后將電池鋼殼的上部在滾槽機上加工出槽體；將極耳點焊在蓋帽上，注入氫氧化鋰電解液；在蓋帽和電池鋼殼的上端開口之間設(shè)置密封圈封口，再蓋上蓋帽封口，擱置至少12小時，得到所述的鎳氫電池；
(6)最后上架進行化成、分容所述化成是指在25°C的環(huán)境溫度下，以0.IC電流對鎳氫電池充電3小時，擱置30分鐘；再以0. IC電流放電至鎳氫電池的終止電壓為I. OV ;再以
0.IC電流充電7小時，擱置30分鐘；再以0. IC電流放電至鎳氫電池的終止電壓為I. OV ；最后以0. 2C電流充電5小時，擱置30分鐘；再以0. IC電流放電至鎳氫電池的終止電壓為
1.OV ；
所述分容是指在25°C的環(huán)境溫度下，以0. 2C電流對鎳氫電池充電6小時，擱置30分鐘；再以0. 2C電流放電至鎳氫電池終止電壓為I. 0V。本發(fā)明所述的鎳氫電池的容量可達380(T4000mAh，適合于0. 2C電流放電，放電電流為800mA，相當于普通工藝生產(chǎn)電池的0. 5C放電電流，完全能夠滿足除動力以外的所有用途，循環(huán)壽命超過650次。
權(quán)利要求
1.一種無極片非卷繞式高容量鎳氫電池，包括池鋼殼(4)和設(shè)置在電池鋼殼(4)上端的蓋帽(2)，在蓋帽(2)和電池鋼殼(4)之間設(shè)置密封圈(3);在所述電池鋼殼(4)內(nèi)部放置正極柱(7)和負極環(huán)(5)，負極環(huán)(5)套設(shè)在正極柱(7)外表面，在正極柱(6)的外表面包覆隔膜袋(7)，隔膜袋(7)將正極柱(6)和負極環(huán)(5)分隔開；在所述蓋帽(2)和正極柱(6)、負極環(huán)(5)之間的空腔中注入堿性電解液(10);其特征是在所述正極柱(7)的中間埋設(shè)集流導電骨架(8 )和極耳(9 )，集流導電骨架(8 )和極耳(9 )連為一體，極耳(9 )沿正極柱(7 )的縱向貫穿設(shè)置，極耳(9)的上端露出正極柱(7)的上表面與蓋帽(2)連接。
2.如權(quán)利要求I所述的無極片非卷繞式高容量鎳氫電池，其特征是在所述正極柱(7)的外表面套設(shè)f 20片負極環(huán)(5)。
3.如權(quán)利要求I所述的無極片非卷繞式高容量鎳氫電池，其特征是所述負極環(huán)(5)和隔膜袋(7)之間滑動配合，所述電池鋼殼(4)和負極環(huán)(5)之間滑動配合。
4.如權(quán)利要求I所述的無極片非卷繞式高容量鎳氫電池，其特征是在所述蓋帽(2)上設(shè)有泄氣孔(I)。
5.一種無極片非卷繞式高容量鎳氫電池的加工工藝，其特征是，包括以下步驟 (O打負極環(huán)在負極打環(huán)模中填入負極活性物質(zhì)，在壓力機上壓制成環(huán)形，壓力為31. 25^187. 5噸/m2，并保壓5 45秒后脫膜，得到負極環(huán)；所述負極活性物質(zhì)為儲氫合金粉末； (2)打正極柱在正極打柱膜中填入正極活性物質(zhì)，并在正極活性物質(zhì)的中間預埋集流導電骨架和極耳，在壓力機的上壓制柱形棒，壓力為31. 25^187. 5噸/m2，保壓5 15秒后脫模，得到正極柱；所述正極活性物質(zhì)的組份為85、8. 5%氫氧化亞鎳、f 10%添加劑和O. 5 5%聚四氟乙烯粉，添加劑為鎳粉、氧化亞鈷或鈷粉中的一種或幾種； (3)焊隔膜袋將PP或PE無紡布裁切并焊成隔膜袋，隔膜袋的尺寸與正極柱的體積相匹配； (4)裝袋、封袋將正極柱裝入隔膜袋中，將極耳露出隔膜袋的上端，并將隔膜袋的上端封口 ； (5)根據(jù)正極柱的尺寸，在裝袋后的正極柱上套入一個或多個負極環(huán)，再將正極柱和負極環(huán)一起裝入電池鋼殼中，然后將電池鋼殼的上部在滾槽機上加工出槽體；將極耳點焊在蓋帽上，注入堿性電解液；在蓋帽和電池鋼殼的上端開口之間設(shè)置密封圈封口，再蓋上蓋帽封口，擱置至少12小時，得到所述的鎳氫電池； (6)最后對鎳氫電池進行化成、分容。
6.如權(quán)利要求5所述的無極片非卷繞式高容量鎳氫電池的加工工藝，其特征是步驟(6)中，所述化成是指在2(T30°C的環(huán)境溫度下，以O(shè). IC電流對鎳氫電池充電3小時，擱置30分鐘；再以O(shè). IC電流放電至鎳氫電池的終止電壓為I. OV ;再以O(shè). IC電流充電7小時，擱置30分鐘；再以O(shè). IC電流放電至鎳氫電池的終止電壓為I. OV ;最后以O(shè). 2C電流充電5小時，擱置30分鐘；再以O(shè). IC電流放電至鎳氫電池的終止電壓為I. 0V。
7.如權(quán)利要求5所述的無極片非卷繞式高容量鎳氫電池的加工工藝，其特征是步驟(6)中，所述分容是指在2(T30°C的環(huán)境溫度下，以O(shè). 2C電流對鎳氫電池充電6小時，擱置30分鐘；再以O(shè). 2C電流放電至鎳氫電池終止電壓為I. 0V。
8.如權(quán)利要求5所述的無極片非卷繞式高容量鎳氫電池的加工工藝，其特征是所述堿性電解液為氫氧 化鈉電解液、氫氧化鉀電解液或氫氧化鋰電解液中的一種或多種。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種無極片非卷繞式高容量鎳氫電池及其加工工藝，包括以下步驟(1)在負極打環(huán)模中填入負極活性物質(zhì)，在壓力機上壓制得到負極環(huán)；(2)在正極打柱膜中填入正極活性物質(zhì)，并預埋入集流導電骨架和極耳，在壓力機的上壓制得到正極柱；(3)將正極柱裝入隔膜袋中，將極耳露出隔膜袋的上端，并將隔膜袋的上端封口；(4)在正極柱上套入負極環(huán)，將正極柱和負極環(huán)一起裝入電池鋼殼中，將極耳點焊在蓋帽上，注入堿性電解液；封口、擱置至少12小時，得到所述的鎳氫電池；(5)最后對鎳氫電池進行化成、分容。本發(fā)明簡化了生產(chǎn)流程，避免了打漿烘干中活性物質(zhì)在水和高溫環(huán)境下的氧化，提高了電池容量。
文檔編號H01M10/28GK102832420SQ201210355458
公開日2012年12月19日 申請日期2012年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月18日
發(fā)明者李家梅 申請人:安徽億諾新能源有限責任公司