专利名称：无极片非卷绕式高容量镍氢电池及其加工工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及ー种二次化学电源及其加工エ艺，尤其是ー种无极片非卷绕式高容量镍氢电池及其加工エ艺。
背景技术：
氢镍电池是继镉镍电池之后的新一代高能二次电池，由于它具有高容量、无污染等特点而倍受人们的青睐，是当今二次电池重要的发展方向之一。氢镍电池从投入批量生产以来，大多采用湿法制片和极片卷绕式エ艺。最初氢镍电池镍正极采用烧结法生产エ艺，经过镍粉和浆、储浆、拉浆、烧结、浸溃 硝酸镍、浸碱、单极化成，刷片、裁片等エ歩；负极采用塑料粘结法生产，采用稀土储氢合金粉和楽·、热压、分条、合片，裁片等エ步。随着泡沫镍的应用，镍氢电池正负极先后都采用泡沫镍拉浆生产エ艺，正负极分别采用氢氧化亚镍和稀土储氢合金粉，具体经过打浆、储浆、泡沫镍调整、上浆、烘干，辗压、分条、切片。正极还必须经过清粉、点焊、贴胶带、软化等エ艺。为了防止湿法生产造成的粉化及氧化，负极拉浆前经过碱处理。而且碾压时较难达到高体积密度。正极氢氧化亚镍中普遍添加钴和锌金属成分的。但在正极打浆和拉浆过剩中钴和氢氧化亚镍容易分层。且氢氧化亚钴粉做成浆料流动性差、利用率低且抗氧化性差。极片骨架泡沫镍经过辗压，三维导电结构受到了破坏，影响了其导电性能。国内目前普遍采用泡沫镍拉浆エ艺，已较少采用高温烧结エ艺。塑料粘结法仅在早期使用，目前已淘汰。从理想的条件上考虑，最大限度地减小合金粉与空气接触的时间，降低烘干温度，有利于保证合金粉的表面活性状态。我国王纪三教授研制成功嵌渗电极技术以后，负极和正极先后都采用了干法制片エ艺。负极具体エ艺是上粉、压制、浸胶、烘干、切片。正极干法エ艺是预压、上粉、压制、分条、切片、清粉、点焊、贴胶帯。排除了对粘结剂的依赖，正、负极均采用干粉充填，然后浸入PTFE中取出烘干以増加粘接強度，去掉浮粉。不同エ艺制成的正、负极片都要和隔膜经过卷绕、装壳、滚槽、点帽、注液、封ロ，化成、检测和包装才能加工成电池的。采用烧结正极和塑料粘结エ艺负极装配成的电池，エ艺路线长，加工エ艺复杂，成本高，均匀性差。容量也比较低。AA型电池容量仅达到lOOOmAh。采用双泡沫镍エ艺制成的正负极片装配成电池，虽然エ艺有所缩短，电池容量有所増加，AA型电池容量可达到1300mAh左右。但使用连续泡沫镍的成本比较高，电池一致性较差。采用干法生产的正负极片装成的电池，电池容量得到了进ー步的提高，AA型电池容量滑雪以达到ISOOmAh左右了。但其负极采用铜网做骨架，电池的循环寿命受到了很大限制。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种无极片非卷绕式高容量镍氢电池及其加工エ艺，该加工エ艺简单、经济，有效地提高了电池的容量，缩短了生产时间，减少了电池材料在生产过程中的氧化，降低生产成本，提高电池的循环寿命。按照本发明提供的技术方案，所述无极片非卷绕式高容量镍氢电池，包括池钢壳和设置在电池钢売上端的盖帽，在盖帽和电池钢壳之间设置密封圈；在所述电池钢壳内部放置正极柱和负极环，负极环套设在正极柱外表面，在正极柱的外表面包覆隔膜袋，隔膜袋将正极柱和负极环分隔开；在所述盖帽和正极柱、负极环之间的空腔中注入碱性电解液；特征是在所述正极柱的中间埋设集流导电骨架和极耳，集流导电骨架和极耳连为一体，极耳沿正极柱的纵向贯穿设置，极耳的上端露出正极柱的上表面与盖帽连接。在所述正极柱的外表面套设f 20片负极环。所述负极环和隔膜袋之间滑动配合，所述电池钢壳和负极环之间滑动配合。在所述盖帽上设有泄气孔。
一种无极片非卷绕式高容量镍氢电池的加工エ艺，包括以下步骤
(O打负极环在负极打环模中填入负极活性物质，在压力机上压制成环形，压カ为31. 25^187. 5吨/m2，并保压5 45秒后脱膜，得到负极环；所述负极活性物质为储氢合金粉末；
(2)打正极柱在正极打柱膜中填入正极活性物质，并在正极活性物质的中间预埋集流导电骨架和极耳，在压カ机的上压制柱形棒，压カ为31. 25^187. 5吨/m2，保压5 15秒后脱模，得到正极柱；所述正极活性物质的组份为85、8. 5%氢氧化亚镍、f 10%添加剂和O. 5 5%聚四氟こ烯粉，添加剂为镍粉、氧化亚钴或钴粉中的ー种或几种；
(3)焊隔膜袋将PP或PE无纺布裁切并焊成隔膜袋，隔膜袋的尺寸与正极柱的体积相匹配；
(4)装袋、封袋将正极柱装入隔膜袋中，将极耳露出隔膜袋的上端，并将隔膜袋的上端封ロ ；
(5)根据正极柱的尺寸，在装袋后的正极柱上套入ー个或多个负极环，再将正极柱和负极环一起装入电池钢壳中，然后将电池钢壳的上部在滚槽机上加工出槽体；将极耳点焊在盖帽上，注入碱性电解液；在盖帽和电池钢壳的上端开ロ之间设置密封圈封ロ，再盖上盖帽封ロ，搁置至少12小时，得到所述的镍氢电池；
(6)最后对镍氢电池进行化成、分容。步骤(6)中，所述化成是指在2(T30°C的环境温度下，以O. IC电流对镍氢电池充电3小时，搁置30分钟；再以O. IC电流放电至镍氢电池的终止电压为I. OV ;再以O. IC电流充电7小时，搁置30分钟；再以O. IC电流放电至镍氢电池的终止电压为I. OV ;最后以O. 2C电流充电5小时，搁置30分钟；再以O. IC电流放电至镍氢电池的终止电压为I. 0V。步骤(6)中，所述分容是指在2(T30°C的环境温度下，以O. 2C电流对镍氢电池充电6小时，搁置30分钟；再以O. 2C电流放电至镍氢电池终止电压为I. 0V。所述碱性电解液为氢氧化钠电解液、氢氧化钾电解液或氢氧化锂电解液中的ー种或多种。本发明所述的无极片非卷绕式高容量镍氢电池的加工エ艺采用干填法エ艺替代原来繁杂的制片卷绕的エ艺路线，大大筒化了生产流程，避免了打浆烘干中活性物质在水和高温环境下的氧化，提高了电池容量，用此方法生产出的无极片非卷绕式高容量镍氢电池，AA型容量高达4000mAh左右，而且工艺流程短，成本低，材料利用率高，适用于大能量小电流用电器的长时间用电需要。
图I为本发明所述的镍氢电池的结构示意图。图2为本发明所述的正极柱的结构示意图。
具体实施例方式下面结合具体附图对本发明作进一步说明。 如图I、图2所示所述无极片非卷绕式高容量镍氢电池包括泄气孔I、盖帽2、密封圈3、电池钢壳4、负极环5、正极柱6、隔膜袋7、集流导电骨架8、极耳9、碱性电解液10
坐寸o如图I、图2所示，本发明包括电池钢壳4和设置在电池钢壳4上端的盖帽2，在盖帽2和电池钢壳4之间设置密封圈3，电池钢壳4作为电池的外壳，同时又是电池负极的集流体，盖帽2作为电池输出的正极触头，密封圈3阻隔盖帽2和电池钢壳4之间的导电，防止短路，同时也是防止电池泄露，对电池起密封作用；在所述电池钢壳4内部放置正极柱7和负极环5，负极环5套设在正极柱7外表面；在所述正极柱6的外表面包覆隔膜袋7，隔膜袋7采用PP或PE无纺布制成，将正极柱6和负极环5分隔开，起到电子绝缘、离子导电作用；在所述正极柱7的中间埋设集流导电骨架8和极耳9，极耳9沿正极柱7的纵向贯穿设置，极耳9的上端露出正极柱7的上表面与盖帽2焊接，极耳9起集流导电作用，并将电池正极的电能导向用电器；为了增加电池的导电性，所述集流导电骨架8和极耳9连为一体，提高电流的集流导电效果；在所述盖帽2和正极柱6、负极环5之间的空腔中注入碱性电解液10 ；
如图I所示，根据正极柱7尺寸的不同，在正极柱7的外表面套设f 20片负极环；所述负极环5和隔膜袋7之间滑动配合，所述电池钢壳4和负极环5之间滑动配合，这样便于装配，可以保证装配的效率和合格率；待电池钢壳4内注入碱性电解液10、搁置、化成后，正极柱6和负极环5都会发生一些膨胀，使正极柱6、负极环5和电池钢壳4内壁紧配；
如图I所示，在所述盖帽2上设有泄气孔1，当电池内部气压达到一定压力时安全阀开启泄气孔I进行泄气，以保证电池的安全性。本发明所述的无极片非卷绕式高容量镍氢电池的加工工艺采用干填法工艺替代原来繁杂的制片卷绕的工艺路线，大大简化了生产流程，避免了打浆烘干中活性物质在水和高温环境下的氧化，提高了电池容量，用此方法生产出的无极片非卷绕式高容量镍氢电池，AA型容量高达4000mAh左右，而且工艺流程短，成本低，材料利用率高，适用于大能量小电流用电器的长时间用电需要。本发明中所述的0. IC是指倍率，是以0. I倍容量的电流充放电，譬如电池容量是1500mAh，2C放电就是以3000mA电流进行放电，在本发明中0. 1C、0. 2C就是指以电池容量
0.I倍、0. 2倍的电流进行充放电。实施例一一种无极片非卷绕式高容量镍氢电池的加工工艺，包括以下步骤(1)打负极环在负极打环模中填入负极活性物质，在压力机上压制成环形，压力为31. 25吨/m2，并保压45秒后脱膜，得到负极环；所述负极活性物质为储氢合金粉末；
(2)打正极柱在正极打柱膜中填入正极活性物质，并在正极活性物质的中间预埋集流导电骨架和极耳，在压力机的上压制柱形棒，压力为31. 25吨/m2，保压15秒后脱模，得到正极柱；所述正极活性物质的组份为85%氢氧化亚镍、10%镍粉和5%聚四氟乙烯粉；
(3)焊隔膜袋将PP(聚丙烯)或PE (聚乙烯)无纺布裁切并焊成隔膜袋，隔膜袋的尺寸与正极柱的体积相匹配；
(4)装袋、封袋将正极柱装入隔膜袋中，将极耳露出隔膜袋的上端，并将隔膜袋的上端封口 ；
(5)根据正极柱的尺寸，在装袋后的正极柱上套入一个或多个负极环，再将正极柱和负极环一起装入电池钢壳中，然后将电池钢壳的上部在滚槽机上加工出槽体；将极耳点焊在盖帽上，注入氢氧化钠电解液；在盖帽和电池钢壳的上端开口之间设置密封圈封口，再盖上盖帽封口，搁置至少12小时，得到所述的镍氢电池；
(6)最后上架进行化成、分容所述化成是指在20°C的环境温度下，以0.IC电流对镍氢电池充电3小时，搁置30分钟；再以0. IC电流放电至镍氢电池的终止电压为I. OV ;再以
0.IC电流充电7小时，搁置30分钟；再以0. IC电流放电至镍氢电池的终止电压为I. OV ；最后以0. 2C电流充电5小时，搁置30分钟；再以0. IC电流放电至镍氢电池的终止电压为
1.OV ；
所述分容是指在20°C的环境温度下，以0. 2C电流对镍氢电池充电6小时，搁置30分钟；再以0. 2C电流放电至镍氢电池终止电压为I. 0V。实施例二 一种无极片非卷绕式高容量镍氢电池的加工工艺，包括以下步骤
(1)打负极环在负极打环模中填入负极活性物质，在压力机上压制成环形，压力为187. 5吨/m2，并保压5秒后脱膜，得到负极环；所述负极活性物质为储氢合金粉末；
(2)打正极柱在正极打柱膜中填入正极活性物质，并在正极活性物质的中间预埋集流导电骨架和极耳，在压力机的上压制柱形棒，压力为187. 5吨/m2，保压15秒后脱模，得到正极柱；所述正极活性物质的组份为98. 5%氢氧化亚镍、1%氧化亚钴和0. 5%聚四氟乙烯粉；
(3)焊隔膜袋将PP(聚丙烯)或PE (聚乙烯)无纺布裁切并焊成隔膜袋，隔膜袋的尺寸与正极柱的体积相匹配；
(4)装袋、封袋将正极柱装入隔膜袋中，将极耳露出隔膜袋的上端，并将隔膜袋的上端封口 ；
(5)根据正极柱的尺寸，在装袋后的正极柱上套入一个或多个负极环，再将正极柱和负极环一起装入电池钢壳中，然后将电池钢壳的上部在滚槽机上加工出槽体；将极耳点焊在盖帽上，注入氢氧化钾电解液；在盖帽和电池钢壳的上端开口之间设置密封圈封口，再盖上盖帽封口，搁置至少12小时，得到所述的镍氢电池；
(6)最后上架进行化成、分容所述化成是指在30°C的环境温度下，以0.IC电流对镍氢电池充电3小时，搁置30分钟；再以0. IC电流放电至镍氢电池的终止电压为I. OV ;再以
0.IC电流充电7小时，搁置30分钟；再以0. IC电流放电至镍氢电池的终止电压为I. OV ；最后以0. 2C电流充电5小时，搁置30分钟；再以0. IC电流放电至镍氢电池的终止电压为
1.OV ；所述分容是指在30°C的环境温度下，以0. 2C电流对镍氢电池充电6小时，搁置30分钟；再以0. 2C电流放电至镍氢电池终止电压为I. 0V。实施例三一种无极片非卷绕式高容量镍氢电池的加工工艺，包括以下步骤
(1)打负极环在负极打环模中填入负极活性物质，在压力机上压制成环形，压力为100吨/m2，并保压30秒后脱膜，得到负极环；所述负极活性物质为储氢合金粉末；
(2)打正极柱在正极打柱膜中填入正极活性物质，并在正极活性物质的中间预埋集流导电骨架和极耳，在压力机的上压制柱形棒，压力为100吨/m2，保压10秒后脱模，得到正极柱；所述正极活性物质的组份为90%氢氧化亚镍、8%钴粉和2%聚四氟乙烯粉；
(3)焊隔膜袋将PP(聚丙烯)或PE (聚乙烯)无纺布裁切并焊成隔膜袋，隔膜袋的尺寸与正极柱的体积相匹配；
(4)装袋、封袋将正极柱装入隔膜袋中，将极耳露出隔膜袋的上端，并将隔膜袋的上端封口 ；
(5)根据正极柱的尺寸，在装袋后的正极柱上套入一个或多个负极环，再将正极柱和负极环一起装入电池钢壳中，然后将电池钢壳的上部在滚槽机上加工出槽体；将极耳点焊在盖帽上，注入氢氧化锂电解液；在盖帽和电池钢壳的上端开口之间设置密封圈封口，再盖上盖帽封口，搁置至少12小时，得到所述的镍氢电池；
(6)最后上架进行化成、分容所述化成是指在25°C的环境温度下，以0.IC电流对镍氢电池充电3小时，搁置30分钟；再以0. IC电流放电至镍氢电池的终止电压为I. OV ;再以
0.IC电流充电7小时，搁置30分钟；再以0. IC电流放电至镍氢电池的终止电压为I. OV ；最后以0. 2C电流充电5小时，搁置30分钟；再以0. IC电流放电至镍氢电池的终止电压为
1.OV ；
所述分容是指在25°C的环境温度下，以0. 2C电流对镍氢电池充电6小时，搁置30分钟；再以0. 2C电流放电至镍氢电池终止电压为I. 0V。本发明所述的镍氢电池的容量可达380(T4000mAh，适合于0. 2C电流放电，放电电流为800mA，相当于普通工艺生产电池的0. 5C放电电流，完全能够满足除动力以外的所有用途，循环寿命超过650次。
权利要求
1.一种无极片非卷绕式高容量镍氢电池，包括池钢壳(4)和设置在电池钢壳(4)上端的盖帽(2)，在盖帽(2)和电池钢壳(4)之间设置密封圈(3);在所述电池钢壳(4)内部放置正极柱(7)和负极环(5)，负极环(5)套设在正极柱(7)外表面，在正极柱(6)的外表面包覆隔膜袋(7)，隔膜袋(7)将正极柱(6)和负极环(5)分隔开；在所述盖帽(2)和正极柱(6)、负极环(5)之间的空腔中注入碱性电解液(10);其特征是在所述正极柱(7)的中间埋设集流导电骨架(8 )和极耳(9 )，集流导电骨架(8 )和极耳(9 )连为一体，极耳(9 )沿正极柱(7 )的纵向贯穿设置，极耳(9)的上端露出正极柱(7)的上表面与盖帽(2)连接。
2.如权利要求I所述的无极片非卷绕式高容量镍氢电池，其特征是在所述正极柱(7)的外表面套设f 20片负极环(5)。
3.如权利要求I所述的无极片非卷绕式高容量镍氢电池，其特征是所述负极环(5)和隔膜袋(7)之间滑动配合，所述电池钢壳(4)和负极环(5)之间滑动配合。
4.如权利要求I所述的无极片非卷绕式高容量镍氢电池，其特征是在所述盖帽(2)上设有泄气孔(I)。
5.一种无极片非卷绕式高容量镍氢电池的加工工艺，其特征是，包括以下步骤 (O打负极环在负极打环模中填入负极活性物质，在压力机上压制成环形，压力为31. 25^187. 5吨/m2，并保压5 45秒后脱膜，得到负极环；所述负极活性物质为储氢合金粉末； (2)打正极柱在正极打柱膜中填入正极活性物质，并在正极活性物质的中间预埋集流导电骨架和极耳，在压力机的上压制柱形棒，压力为31. 25^187. 5吨/m2，保压5 15秒后脱模，得到正极柱；所述正极活性物质的组份为85、8. 5%氢氧化亚镍、f 10%添加剂和O. 5 5%聚四氟乙烯粉，添加剂为镍粉、氧化亚钴或钴粉中的一种或几种； (3)焊隔膜袋将PP或PE无纺布裁切并焊成隔膜袋，隔膜袋的尺寸与正极柱的体积相匹配； (4)装袋、封袋将正极柱装入隔膜袋中，将极耳露出隔膜袋的上端，并将隔膜袋的上端封口 ； (5)根据正极柱的尺寸，在装袋后的正极柱上套入一个或多个负极环，再将正极柱和负极环一起装入电池钢壳中，然后将电池钢壳的上部在滚槽机上加工出槽体；将极耳点焊在盖帽上，注入碱性电解液；在盖帽和电池钢壳的上端开口之间设置密封圈封口，再盖上盖帽封口，搁置至少12小时，得到所述的镍氢电池； (6)最后对镍氢电池进行化成、分容。
6.如权利要求5所述的无极片非卷绕式高容量镍氢电池的加工工艺，其特征是步骤(6)中，所述化成是指在2(T30°C的环境温度下，以O. IC电流对镍氢电池充电3小时，搁置30分钟；再以O. IC电流放电至镍氢电池的终止电压为I. OV ;再以O. IC电流充电7小时，搁置30分钟；再以O. IC电流放电至镍氢电池的终止电压为I. OV ;最后以O. 2C电流充电5小时，搁置30分钟；再以O. IC电流放电至镍氢电池的终止电压为I. 0V。
7.如权利要求5所述的无极片非卷绕式高容量镍氢电池的加工工艺，其特征是步骤(6)中，所述分容是指在2(T30°C的环境温度下，以O. 2C电流对镍氢电池充电6小时，搁置30分钟；再以O. 2C电流放电至镍氢电池终止电压为I. 0V。
8.如权利要求5所述的无极片非卷绕式高容量镍氢电池的加工工艺，其特征是所述碱性电解液为氢氧 化钠电解液、氢氧化钾电解液或氢氧化锂电解液中的一种或多种。
全文摘要
本发明涉及一种无极片非卷绕式高容量镍氢电池及其加工工艺，包括以下步骤(1)在负极打环模中填入负极活性物质，在压力机上压制得到负极环；(2)在正极打柱膜中填入正极活性物质，并预埋入集流导电骨架和极耳，在压力机的上压制得到正极柱；(3)将正极柱装入隔膜袋中，将极耳露出隔膜袋的上端，并将隔膜袋的上端封口；(4)在正极柱上套入负极环，将正极柱和负极环一起装入电池钢壳中，将极耳点焊在盖帽上，注入碱性电解液；封口、搁置至少12小时，得到所述的镍氢电池；(5)最后对镍氢电池进行化成、分容。本发明简化了生产流程，避免了打浆烘干中活性物质在水和高温环境下的氧化，提高了电池容量。
文档编号H01M10/28GK102832420SQ201210355458
公开日2012年12月19日 申请日期2012年9月18日 优先权日2012年9月18日
发明者李家梅 申请人:安徽亿诺新能源有限责任公司