一種鎳系電池極片、鎳系電池及其製備方法與流程

2023-05-29 04:32:56 4

【
技術領域：
】本發明涉及鎳系電池，特別是涉及一種超高倍率的鎳系電池的製備方法。
背景技術：
：近些年，隨著人們環保意識的提高，綠色新能源行業的發展，混合動力汽車、電動工具、電動自行車、啟動電源等用電器具越來越多，與之相配合使用的電池類型也隨之迅速增多。目前，電池已經廣泛深入於人們工作生活的各個領域，隨著電池市場的迅速擴大，人們對其性能的要求也越來越高。當前有特殊大電流放電要求的電池市場越來越多，而目前工藝製備的鎳氫電池無法進行超高倍率放電，其放電性能已無法滿足市場的要求。技術實現要素：本發明所要解決的技術問題是：彌補上述現有技術的不足，提出一種鎳系電池極片、鎳系電池及其製備方法，製得的鎳系電池超高倍率放電性能良好、放電功率高。本發明的技術問題通過以下的技術方案予以解決：一種鎳系電池的製備方法，包括以下步驟：s1，製備正極極片：將正極活性物質與導電劑、添加劑與粘結劑製成正極漿料，其中，所述正極活性物質的粒度分布為：-500目粒級的質量百分比≥99％，d50粒徑為8.0±2.0μm；將所述正極漿料均勻塗覆在厚度為10～30μm的正極基體表面，烘乾後，輥壓成型，製得厚度在0.05～0.15mm之間的正極極片；s2，製備負極極片：將負極活性物質與導電劑、添加劑與粘結劑製成負極漿料，其中，所述負極活性物質的粒度分布為：-400目粒級的質量百分比≥100％，-500目粒級的質量百分比≥90％，-600目粒級的質量百分比≥50％，d50粒徑為20.0±5.0μm；將所述負極漿料均勻塗覆在厚度為5～20μm的負極基體表面，烘乾後，輥壓成型，製得厚度在0.05～0.10mm之間的負極極片；s3，將所述正極極片、厚度在0.04-0.08mm的隔膜、所述負極極片層疊卷繞成電芯。一種根據如上所述的鎳系電池的製備方法製得的鎳系電池。一種鎳系電池極片的製備方法，將正極活性物質與導電劑、添加劑與粘結劑製成正極漿料，其中，所述正極活性物質的粒度分布為：-500目粒級的質量百分比≥99％，d50粒徑為8.0±2.0μm；將所述正極漿料均勻塗覆在厚度為10～30μm的正極基體表面，烘乾後，輥壓成型，製得厚度在0.05～0.15mm之間的正極極片；或者，將負極活性物質與導電劑、添加劑與粘結劑製成負極漿料，其中，所述負極活性物質的粒度分布為：-400目粒級的質量百分比≥100％，-500目粒級的質量百分比≥90％，-600目粒級的質量百分比≥50％，d50粒徑為20.0±5.0μm；將所述負極漿料均勻塗覆在厚度為5～20μm的負極基體表面，烘乾後，輥壓成型，製得厚度在0.05～0.10mm之間的負極極片。一種根據如上所述的製備方法製得的鎳系電池極片。本發明與現有技術對比的有益效果是：本發明的鎳系電池的製備方法，採用粒度範圍較合適的活性物質和厚度較薄的基體，活性物質製成漿料的形式塗覆後再將極片經過輥壓後制出厚度(0.05～0.15mm、0.05～0.10mm)較薄的極片。由該厚度較薄的極片配合厚度較薄的隔膜一起製成電池，因極片較薄，則導電基體單位面積上的活性物質較少，導電性較好；配合隔膜較薄，透氣性良好，有利於充放電過程中產生的h2、o2的通過，降低大電流充放電過程中電池的內壓，從而綜合改善高倍率放電性能。同時，由於極片上活性物質的粒度較細，因此，雖然極片變薄，但不會出現刺穿隔膜的缺陷，不會出現以往技術中極片變薄後不良率和短路隱患的問題。本發明提供了一種可更高倍率輸出的工藝，解決長期以來鎳系列電池無法超高倍率放電缺陷，可滿足市場的要求，提高鎳氫電池的市場佔有率。目前，現有技術中滿足大電流放電的鎳氫電池市場還是一片空白，本發明可以填補這一空缺。【附圖說明】圖1是本發明具體實施方式的實施例製得的電池和對比例製得電池的10c放電平臺測試對比圖；圖2是本發明具體實施方式的實施例製得的電池的50c放電平臺的放電曲線圖。【具體實施方式】下面結合具體實施方式並對照附圖對本發明做進一步詳細說明。本發明的構思是：目前，大倍率放電的鎳系電池(鎳氫電池、鎳鎘電池、鎳鋅電池)在市場上屬於空白。隨著市場發展，近年來針對於大倍率放電的鎳系電池剛剛開始起步。由於行業裡的鎳系電池的常規製作工藝的限制，做出的極片一般較厚，暫時沒有特別薄的極片。在現有的方案中，正極極片厚度在0.5～1.0mm的範圍，該範圍內取較薄的極片的應用也比較少，因為導電基體的厚度的限制，極片薄時的一致性較差，生產的合格率也較低；在現有的方案中，負極片厚度在0.3～0.5mm的範圍，該範圍內取較薄的極片的應用也比較少，極片薄時的一致性較差，製作的極片易產生漏粉而需要活性物質顆粒的粒度較大，但大粒徑的顆粒會導致部分電池在充放電的過程中刺破隔膜進而引發電池發生低壓、短路的問題。本發明中通過工藝上的改進，配合材料中活性物質的粒度調整，製得較薄的極片提高電池放電倍率，同時解決了常規工藝上的缺點和隱患。本具體實施方式提供一種鎳系電池的製備方法，包括以下步驟：s1，製備正極極片：將正極活性物質與導電劑、添加劑與粘結劑製成正極漿料，其中，所述正極活性物質的粒度分布為：-500目粒級的質量百分比≥99％，d50粒徑為8.0±2.0μm；將所述正極漿料均勻塗覆在厚度為10～30μm的正極基體表面，烘乾後，輥壓成型，製得厚度在0.05～0.15mm之間的正極極片。其中，-500目粒級百分比的含義為樣品中能通過500目篩孔的顆粒的質量比。如下各粒級百分比的含義與該含義類似，後續不再贅述。該步驟中，正極活性物質的粒度分布為：-500目粒級的質量百分比≥99％，d50粒徑為8.0±2.0μm，一方面該粒度範圍適於製成正極漿料進行均勻塗覆；另一方面，粒度相對於現有技術的方案為較細的範疇，從而經塗覆輥壓成極片後可避免活性物質顆粒刺穿隔膜造成微短路的隱患。上述粒級分布百分比以及8.0±2.0μm的範圍是經過不斷測試調整後確定的最適合塗覆的規格範圍，太小會影響塗覆性能，太大會刺穿隔膜，造成微短路的隱患。極片的製備過程中採用製漿、塗覆和輥壓工藝，從而實現由厚度較薄的基體製成厚度較薄且活性物質分布均勻的極片。優選地，塗覆時，可採用列印塗覆工藝，由列印塗覆機實現均勻列印塗覆。工作時，通過電腦控制列印塗覆機，從而該塗覆機可根據工藝要求採用類似平面印表機的列印模式控制塗布的料區的長度、寬度、厚度、面密度、空箔材的間隙、極片烘乾速度和收放料速度，同時具有擁有自動糾偏功能。塗布出的電池極片料區尺寸精準，塗層厚度均勻緻密，塗布烘乾速度較一般塗布機高出一倍以上。上述步驟中，以製備鎳氫電池為例，正極活性物質優選可為氫氧化亞鎳，粘結劑可為羧甲基纖維素鈉(cmc)、聚四氟乙烯(ptfe)中的一種或多種的混合，正極基體為鎳箔。當製備其它鎳系電池時，可相應調整正極活性物質、粘結劑以及導電基體等的材質。該步驟中，採用了厚度較薄的基體和粒度更細的正極活性物質顆粒，塗覆後將極片經過輥壓製得厚度較薄的正極極片。s2，製備負極極片：將負極活性物質與導電劑、添加劑與粘結劑製成負極漿料，其中，所述負極活性物質的粒度分布為：-400目粒級的質量百分比≥100％，-500目粒級的質量百分比≥90％，-600目粒級的質量百分比≥50％，d50粒徑為20.0±5.0μm；將所述負極漿料均勻塗覆在厚度為5～20μm的負極基體表面，烘乾後，輥壓成型，製得厚度在0.05～0.1mm之間的負極極片。該步驟中，選取的負極活性物質的粒度分布在：-400目粒級的質量百分比≥100％，-500目粒級的質量百分比≥90％，-600目粒級的質量百分比≥50％，d50粒徑為20.0±5.0μm。同樣地，一方面該粒度範圍適於製成負極漿料進行均勻塗覆；另一方面，粒度相對於現有技術的方案為較細的範疇，從而經塗覆輥壓成極片後可避免活性物質顆粒刺穿隔膜造成微短路的隱患。同理，上述粒級分布百分比以及20.0±5.0μm的範圍也是經過不斷測試調整後確定的最適合塗覆的規格範圍。優選地，塗覆時，可採用列印塗覆工藝，由列印塗覆機實現均勻列印塗覆以及塗覆後的烘乾過程。以製備鎳氫電池為例，負極活性物質優選為儲氫合金粉。粘結劑可為cmc、paas、sbr、hpmc中的一種或多種的混合。負極基體為銅箔。銅箔的導電性優秀，製成的電池內阻小，而且在延展性和價格方面也最為理想，是優選的負極基體材料。當製備其它鎳系電池時，可相應調整負極活性物質、粘結劑以及導電基體等的材質。該步驟中，採用了厚度較薄的基體和粒度更細的負極活性物質顆粒，塗覆後將極片經過輥壓製得厚度較薄的負極極片。s3，將所述正極極片、厚度在0.04～0.08mm的隔膜、所述負極極片層疊卷繞成電芯。隔膜的材質可選自：尼龍纖維隔膜(pa)、聚烴類纖維隔膜(pp)、維綸(聚乙烯醇縮醛，pva)和複合隔膜(pp/pe)等，其中，優選為pp隔膜。經多次驗證，pp隔膜與上述較薄的正負極卷繞成電池後，隔膜的化學穩定性、機械強度和吸鹼性能等綜合性能最優。由上述製得的電芯封裝製備成鎳系電池。製得的電池中，極片、隔膜的厚度較薄，且活性物質顆粒的粒度較細，從而製得的電池導電性較好，具有高倍率放電性能。如下，通過具體實施例和對比例驗證本具體實施方式製得的電池的放電性能。實施例：正極極片的製備：1)配漿：將覆鈷球型氫氧化亞鎳、導電劑、添加劑與粘結劑(cmc、ptfe)製作成漿料；其中，覆鈷球形的氫氧化亞鎳粒度分布如下：-500目粒級百分比(wt.％)≥99％(d50μm)粒徑8.0±2.02)塗布：採用鎳箔做基體(厚度：10-30μm)，將正極漿料均勻列印塗覆在鎳箔表面；3)烘乾：將塗覆帶烘乾；4)輥壓：輥壓成型，正極極片的成型厚度在0.05～0.15mm之間。5)裁切；6)後加工。負極極片的製備：1)配漿：將儲氫合金粉、導電劑、添加劑與粘結劑(cmc、paas、sbr、hpmc中的一種或多種的混合)製作成漿料；其中儲氫合金粉的粒度分布如下：-400目粒級百分比(wt.％)≥100％-500目粒級百分比(wt.％)≥90％-600目粒級百分比(wt.％)≥50％d50粒徑(μm)20.0±5.02)塗布：採用銅箔(5～20μm)做基體，將負極漿料均勻列印塗覆在銅箔表面；3)烘乾：將漿料帶烘乾；4)輥壓：輥壓成型，負極極片的成型厚度一般在0.05～0.10mm之間；5)裁切；6)後加工。隔膜：0.04～0.08mm厚的pp材質的無紡布。將上述正極極片、隔膜、負極極片層疊卷繞成電芯，封裝製成電池。對比例：正極極片的製備：1)配漿：覆鈷球型氫氧化亞鎳、導電劑、添加劑與粘結劑(cmc、ptfe)製作成漿料；其中，覆鈷球形的氫氧化亞鎳粒度分布如下：-300目粒級百分比(wt.％)≥99％(d50μm)粒徑13.0±3.02)預壓：採用發泡鎳做基體(厚度1.0～2.0mm)，對發泡鎳進行預壓；3)拉漿：將發泡鎳穿過裝有正極漿料的儲漿槽，再過上漿模；發泡鎳的預壓厚度、上漿模的間隙根據極片的成型厚度進行調整；4)烘乾：將漿料帶烘乾；5)輥壓：輥壓成型，正極極片的成型厚度在0.50～1.0mm之間。6)裁切、後加工。負極極片的製備：1)配漿：將儲氫合金粉、導電劑、添加劑與粘結劑(cmc、paas、sbr、hpmc中的一種或多種的混合)製作成漿料；其中儲氫合金粉的粒度分布如下：-100目粒級百分比(wt.％)≥100％-200目粒級百分比(wt.％)≥90％-300目粒級百分比(wt.％)≥60％-400目粒級百分比(wt.％)≥40％d50粒徑(μm)40.0±5.02)拉漿：採用鍍鎳衝孔鋼帶做基體，將其穿過裝有負極漿料的儲料槽再過上漿模；上漿模的間隙要根據極片的成型厚度進行調整；3)烘乾：將漿料帶烘乾；4)輥壓：輥壓成型，負極極片的成型厚度在0.30～0.50mm之間；5)裁切、後加工。隔膜：0.10～0.25mm厚的pp無紡布。將上述正極極片、隔膜、負極極片層疊卷繞成電芯，封裝製成電池。性能對比：取對比例製作的1500mah與實施例製作的1500mah做10c放電平臺對比，10c平臺是指將電池用10倍容量的電流放電，屬於大倍率放電。測試結果如圖1所示，a所示的曲線對應實施例的電池的放電曲線，b所示的曲線對應對比例的電池的放電曲線。圖中數據顯示，同等型號的電池採用相同的10c電流放電，同一時間，實施例的電壓平穩區更高，表示實施例的電池放電功率更高，從而本發明具有超高倍率。取對比例製作的1500mah與實施例製作的1500mah做50c放電平臺對比。對比例的鎳氫電池無法進行50a放電平臺測試，實施例的電池的50a放電平臺曲線如圖2所示。從該數據可知，對比例的電池無法滿足50a的大電流放電，無法進行超高倍率放電，而實施例的電池可穩定的實現50a放電，放電性能好、放電功率高。以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施只局限於這些說明。對於本發明所屬
技術領域：
的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下做出若干替代或明顯變型，而且性能或用途相同，都應當視為屬於本發明的保護範圍。當前第1頁12