復極式金屬氫化物鎳密封鹼性二次電池的製作方法
2023-05-27 09:30:41 2
專利名稱：復極式金屬氫化物鎳密封鹼性二次電池的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種復極式金屬氫化物鎳密封鹼性二次電池。
背景技術：
鎳氫電池目前有全面取代鎳鎘電池的趨勢。與鎳鎘電池相比，它輸出電壓相似，能量密度高，沒有記憶效應，特別是沒有重金屬汙染。然而與目前廣泛使用的另外一種二次電池——鋰離子電池相比，它卻有低電壓的缺點。例如在目前廣泛使用的行動電話中，大多採用輸出電壓為3.6V的鋰離子電池；少數採用鎳氫電池，則需要三節鎳氫電池串聯。串聯是目前鎳氫電池獲得較高電壓的唯一方法。但是串聯電池組有以下不可忽視的缺點首先，電池組中每個單電池都有外殼、極耳等材料，使得電池組重量大，單位重量能量密度低；其次，外殼、極耳、密封材料的重複接觸也導致電池組內阻增大，整體充電極化嚴重，放熱量高。此外，如果電池組中的其中一個單體電池失效，則影響整個電池組的使用。
發明內容
本發明的目的是提供一種單節電池內部擁有多個復極式單體電極的復極式金屬氫化物鎳密封鹼性二次電池。
本發明的復極式金屬氫化物鎳密封鹼性二次電池包括殼體，殼體內自下而上順序疊置第一負極、第一隔膜紙、復極式單體電極、第二隔膜紙、第一正極，第一負極和第一正極有引線從殼體預留的引線孔中引出，殼體用密封圈密封，其中復極式單體電極按由上而下順序疊置第二負極、薄膜和第二正極，第二負極和第二正極在邊緣用鎳帶焊接導通。
一個復極式單體電極可貢獻的額定電壓是1.2V，第一負極和第一正極之間的電壓也是1.2V，故按上述結構得到的復極式金屬氫化物鎳密封鹼性二次電池其額定電壓為2.4V。為了獲得更高的電壓，可以根據需要在第一隔膜紙和第二隔膜紙之間疊置多個復極式單體電極，各復極式單體電極間有第三隔膜紙隔開。如插入兩個復極式單體電極，可以獲得額定電壓為3.6V的復極式金屬氫化物鎳密封鹼性二次電池；如插入3個復極式單體電極，可以獲得額定電壓為4.8V的復極式金屬氫化物鎳密封鹼性二次電池；以此類推，可根據需要插入相應個數的復極式單體電極以獲得相應的電壓。
上述的第一、第二、第三隔膜紙一般採用聚丙稀隔膜紙。
復極式金屬氫化物鎳密封鹼性二次電池的製備方法，步驟如下1)將電極活性物質球形β-Ni(OH)2與導電添加劑(納米CoO和多壁碳納米管)按一定比例機械混合均勻，加入少量的CMC和PTFE粘結劑與水攪拌均勻後塗在集流體泡沫鎳上，經烘乾、壓制、剪切成型，得到正極。
2)在集流體銅網上將含有氧催化劑的AB5型儲氫合金幹法壓制、剪切成型，得到負極。
3)將上述得到的正極、負極，並在中間插入薄膜疊置，正極和負極在邊緣用鎳帶焊接導通，得到復極式單體電極。
4)組裝電池先將隔膜紙在6M KOH電解液中浸潤，在殼體內自下而上順序疊置第一負極、第一隔膜紙、復極式單體電極、第二隔膜紙、第一正極。其中第一負極和第一正極有引線從殼體預留的引線孔中引出。殼體用密封圈密封。
將組裝好的復極式電池在25±2℃環境中進行化成處理。化成時，採用電池容量的1/10倍率循環充、放五次；充電時15小時，放電截止電壓採用公式「(標稱電壓/1.2V)×0.8V」。化成好後，採用電池容量的1/10倍率循環充、放，充電時間12小時，放電截止電壓採用公式「(標稱電壓/1.2V)×1.0V」。
本發明復極式鎳氫電池具有如下優點1、單位體積能量密度高。在電壓(2.4V，3.6V，4.8V，6.0V及12V)下，相同容量的復極式鎳氫密封鹼性二次電池的體積和重量都明顯低於由多節電池串聯構成的電池組，復極式電池的單位體積能量密度較高。
2、放電中值電壓高、循環穩定性好。由於沒有電池外殼與連接片接觸所引起電池組內阻增大、整體充電極化嚴重以及電池使用過程中外殼與連接片可能產生的斷路現象，相同標稱電壓的復極式電池的放電中值電壓比多節電池串聯構成的電池組的放電中值電壓高，復極式電池的循環穩定性好、安全性高。
圖1是一種復極式金屬氫化物鎳密封鹼性二次電池結構示意圖；圖2是復極式單體電極的結構示意圖；圖3是另一種復極式金屬氫化物鎳密封鹼性二次電池結構示意圖。
具體實施例方式
參照圖1，復極式金屬氫化物鎳密封鹼性二次電池，包括殼體1，殼體內自下而上順序疊置第一負極2、第一隔膜紙3、復極式單體電極4、第二隔膜紙9、第一正極5。第一負極2和第一正極5有引線7從殼體預留的引線孔中引出。殼體用密封圈6密封。其中復極式單體電極4(如圖2所示)按由上而下順序疊置第二負極10、薄膜12和第二正極11，第二負極10和第二正極11在邊緣用鎳帶8焊接導通。隔膜紙用聚丙稀隔膜紙。薄膜可以採用普通塑料薄膜。
圖3所示是具有多個復極式單體電極的金屬氫化物鎳密封鹼性二次電池，在第一隔膜紙3和第二隔膜紙9之間疊置5個復極式單體電極4，各復極式單體電極4間有第三隔膜紙13隔開，可以獲得6.0V的額定電壓。
正、負極的製備正極材料中含8％的納米氧化亞鈷(CoO，顆粒直徑80-120nm)，0.3％多壁納米碳管(管徑約40nm)，其餘為球形β-Ni(OH)2粉末。將上述質量比的納米氧化亞鈷、多壁納米碳管和球形氫氧化鎳混合，加入3％質量百分比濃度的CMC溶液和70％的PTFE溶液以及去離子水，在真空中超聲振蕩攪拌混合均勻。按450mAh的設計容量將漿料均勻塗覆在集流體泡沫鎳上，烘乾、軋制，按3cm×3cm尺寸剪切成型。負極材料採用在銅網(3.2cm×3.2cm)上幹法壓製成型的含氧催化劑的AB5型儲氫合金，負極容量過量1.4倍。
採用電池總容量的1/10倍率(45mA)循環充放電5次進行電池化成，充電時間15小時，放電截止電壓採用公式「(標稱電壓/1.2V)×0.8V」，即到4.8V；電池化成過程結束後，採用電池總容量的1/10倍率(45mA)循環充放電，充電時間12小時，放電截止電壓設定為「(標稱電壓/1.2V)×1.0V」，即為6V。
本發明復極式金屬氫化物鎳鹼性二次電池具有高於普通鎳氫電池數倍的電壓(2.4V～12V等)，可廣泛應用於小型家用電器、模型玩具、驅動電動工具、電動自行車和電動摩託車等交通工具、移動通訊器械和照明等。
權利要求
1.復極式金屬氫化物鎳密封鹼性二次電池，其特徵在於包括殼體(1)，殼體內自下而上順序疊置第一負極(2)、第一隔膜紙(3)、復極式單體電極(4)、第二隔膜紙(9)、第一正極(5)，第一負極(2)和第一正極(5)有引線(7)從殼體預留的引線孔中引出，殼體用密封圈(6)密封，其中復極式單體電極(4)按由上而下順序疊置第二負極(10)、薄膜(12)和第二正極(11)，第二負極(10)和第二正極(11)在邊緣用鎳帶(8)焊接導通。
2.根據權利要求1所述的復極式金屬氫化物鎳密封鹼性二次電池，其特徵是在第一隔膜紙(3)和第二隔膜紙(9)之間疊置多個復極式單體電極(4)，各復極式單體電極(4)間有第三隔膜紙(13)隔開。
3.根據權利要求1或2所述的復極式金屬氫化物鎳密封鹼性二次電池，其特徵是一個復極式單體電極可貢獻的額定電壓為1.2伏。
4.根據權利要求1所述的復極式金屬氫化物鎳密封鹼性二次電池，其特徵是第一、第二、第三隔膜紙為聚丙稀隔膜紙。
全文摘要
本發明公開的復極式金屬氫化物鎳密封鹼性二次電池，包括殼體，殼體內自下而上順序疊置第一負極、第一隔膜紙、復極式單體電極、第二隔膜紙、第一正極。其中第一負極和第二正極有引線從殼體預留的引線孔中引出。殼體用密封圈密封。復極式單體電極，按由上而下順序疊置第二負極、薄膜和第二正極，其中第二負極和第二正極在邊緣用鎳帶焊接導通。本發明的電池具有單位體積能量密度高、放電中值電壓高、循環穩定性和安全性好等優點，可廣泛應用於小型家用電器、模型玩具、驅動電動工具、電動自行車和電動摩託車等交通工具、移動通訊器械和照明等。
文檔編號H01M2/16GK1794509SQ200510061348
公開日2006年6月28日 申請日期2005年11月1日 優先權日2005年11月1日
發明者塗江平, 吳建波, 張文魁, 韓太安, 黃輝 申請人:浙江大學