一种镍系电池极片、镍系电池及其制备方法与流程

【
技术领域：
】本发明涉及镍系电池，特别是涉及一种超高倍率的镍系电池的制备方法。
背景技术：
：近些年，随着人们环保意识的提高，绿色新能源行业的发展，混合动力汽车、电动工具、电动自行车、启动电源等用电器具越来越多，与之相配合使用的电池类型也随之迅速增多。目前，电池已经广泛深入于人们工作生活的各个领域，随着电池市场的迅速扩大，人们对其性能的要求也越来越高。当前有特殊大电流放电要求的电池市场越来越多，而目前工艺制备的镍氢电池无法进行超高倍率放电，其放电性能已无法满足市场的要求。技术实现要素：本发明所要解决的技术问题是：弥补上述现有技术的不足，提出一种镍系电池极片、镍系电池及其制备方法，制得的镍系电池超高倍率放电性能良好、放电功率高。本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决：一种镍系电池的制备方法，包括以下步骤：s1，制备正极极片：将正极活性物质与导电剂、添加剂与粘结剂制成正极浆料，其中，所述正极活性物质的粒度分布为：-500目粒级的质量百分比≥99％，d50粒径为8.0±2.0μm；将所述正极浆料均匀涂覆在厚度为10～30μm的正极基体表面，烘干后，辊压成型，制得厚度在0.05～0.15mm之间的正极极片；s2，制备负极极片：将负极活性物质与导电剂、添加剂与粘结剂制成负极浆料，其中，所述负极活性物质的粒度分布为：-400目粒级的质量百分比≥100％，-500目粒级的质量百分比≥90％，-600目粒级的质量百分比≥50％，d50粒径为20.0±5.0μm；将所述负极浆料均匀涂覆在厚度为5～20μm的负极基体表面，烘干后，辊压成型，制得厚度在0.05～0.10mm之间的负极极片；s3，将所述正极极片、厚度在0.04-0.08mm的隔膜、所述负极极片层叠卷绕成电芯。一种根据如上所述的镍系电池的制备方法制得的镍系电池。一种镍系电池极片的制备方法，将正极活性物质与导电剂、添加剂与粘结剂制成正极浆料，其中，所述正极活性物质的粒度分布为：-500目粒级的质量百分比≥99％，d50粒径为8.0±2.0μm；将所述正极浆料均匀涂覆在厚度为10～30μm的正极基体表面，烘干后，辊压成型，制得厚度在0.05～0.15mm之间的正极极片；或者，将负极活性物质与导电剂、添加剂与粘结剂制成负极浆料，其中，所述负极活性物质的粒度分布为：-400目粒级的质量百分比≥100％，-500目粒级的质量百分比≥90％，-600目粒级的质量百分比≥50％，d50粒径为20.0±5.0μm；将所述负极浆料均匀涂覆在厚度为5～20μm的负极基体表面，烘干后，辊压成型，制得厚度在0.05～0.10mm之间的负极极片。一种根据如上所述的制备方法制得的镍系电池极片。本发明与现有技术对比的有益效果是：本发明的镍系电池的制备方法，采用粒度范围较合适的活性物质和厚度较薄的基体，活性物质制成浆料的形式涂覆后再将极片经过辊压后制出厚度(0.05～0.15mm、0.05～0.10mm)较薄的极片。由该厚度较薄的极片配合厚度较薄的隔膜一起制成电池，因极片较薄，则导电基体单位面积上的活性物质较少，导电性较好；配合隔膜较薄，透气性良好，有利于充放电过程中产生的h2、o2的通过，降低大电流充放电过程中电池的内压，从而综合改善高倍率放电性能。同时，由于极片上活性物质的粒度较细，因此，虽然极片变薄，但不会出现刺穿隔膜的缺陷，不会出现以往技术中极片变薄后不良率和短路隐患的问题。本发明提供了一种可更高倍率输出的工艺，解决长期以来镍系列电池无法超高倍率放电缺陷，可满足市场的要求，提高镍氢电池的市场占有率。目前，现有技术中满足大电流放电的镍氢电池市场还是一片空白，本发明可以填补这一空缺。【附图说明】图1是本发明具体实施方式的实施例制得的电池和对比例制得电池的10c放电平台测试对比图；图2是本发明具体实施方式的实施例制得的电池的50c放电平台的放电曲线图。【具体实施方式】下面结合具体实施方式并对照附图对本发明做进一步详细说明。本发明的构思是：目前，大倍率放电的镍系电池(镍氢电池、镍镉电池、镍锌电池)在市场上属于空白。随着市场发展，近年来针对于大倍率放电的镍系电池刚刚开始起步。由于行业里的镍系电池的常规制作工艺的限制，做出的极片一般较厚，暂时没有特别薄的极片。在现有的方案中，正极极片厚度在0.5～1.0mm的范围，该范围内取较薄的极片的应用也比较少，因为导电基体的厚度的限制，极片薄时的一致性较差，生产的合格率也较低；在现有的方案中，负极片厚度在0.3～0.5mm的范围，该范围内取较薄的极片的应用也比较少，极片薄时的一致性较差，制作的极片易产生漏粉而需要活性物质颗粒的粒度较大，但大粒径的颗粒会导致部分电池在充放电的过程中刺破隔膜进而引发电池发生低压、短路的问题。本发明中通过工艺上的改进，配合材料中活性物质的粒度调整，制得较薄的极片提高电池放电倍率，同时解决了常规工艺上的缺点和隐患。本具体实施方式提供一种镍系电池的制备方法，包括以下步骤：s1，制备正极极片：将正极活性物质与导电剂、添加剂与粘结剂制成正极浆料，其中，所述正极活性物质的粒度分布为：-500目粒级的质量百分比≥99％，d50粒径为8.0±2.0μm；将所述正极浆料均匀涂覆在厚度为10～30μm的正极基体表面，烘干后，辊压成型，制得厚度在0.05～0.15mm之间的正极极片。其中，-500目粒级百分比的含义为样品中能通过500目筛孔的颗粒的质量比。如下各粒级百分比的含义与该含义类似，后续不再赘述。该步骤中，正极活性物质的粒度分布为：-500目粒级的质量百分比≥99％，d50粒径为8.0±2.0μm，一方面该粒度范围适于制成正极浆料进行均匀涂覆；另一方面，粒度相对于现有技术的方案为较细的范畴，从而经涂覆辊压成极片后可避免活性物质颗粒刺穿隔膜造成微短路的隐患。上述粒级分布百分比以及8.0±2.0μm的范围是经过不断测试调整后确定的最适合涂覆的规格范围，太小会影响涂覆性能，太大会刺穿隔膜，造成微短路的隐患。极片的制备过程中采用制浆、涂覆和辊压工艺，从而实现由厚度较薄的基体制成厚度较薄且活性物质分布均匀的极片。优选地，涂覆时，可采用打印涂覆工艺，由打印涂覆机实现均匀打印涂覆。工作时，通过电脑控制打印涂覆机，从而该涂覆机可根据工艺要求采用类似平面打印机的打印模式控制涂布的料区的长度、宽度、厚度、面密度、空箔材的间隙、极片烘干速度和收放料速度，同时具有拥有自动纠偏功能。涂布出的电池极片料区尺寸精准，涂层厚度均匀致密，涂布烘干速度较一般涂布机高出一倍以上。上述步骤中，以制备镍氢电池为例，正极活性物质优选可为氢氧化亚镍，粘结剂可为羧甲基纤维素钠(cmc)、聚四氟乙烯(ptfe)中的一种或多种的混合，正极基体为镍箔。当制备其它镍系电池时，可相应调整正极活性物质、粘结剂以及导电基体等的材质。该步骤中，采用了厚度较薄的基体和粒度更细的正极活性物质颗粒，涂覆后将极片经过辊压制得厚度较薄的正极极片。s2，制备负极极片：将负极活性物质与导电剂、添加剂与粘结剂制成负极浆料，其中，所述负极活性物质的粒度分布为：-400目粒级的质量百分比≥100％，-500目粒级的质量百分比≥90％，-600目粒级的质量百分比≥50％，d50粒径为20.0±5.0μm；将所述负极浆料均匀涂覆在厚度为5～20μm的负极基体表面，烘干后，辊压成型，制得厚度在0.05～0.1mm之间的负极极片。该步骤中，选取的负极活性物质的粒度分布在：-400目粒级的质量百分比≥100％，-500目粒级的质量百分比≥90％，-600目粒级的质量百分比≥50％，d50粒径为20.0±5.0μm。同样地，一方面该粒度范围适于制成负极浆料进行均匀涂覆；另一方面，粒度相对于现有技术的方案为较细的范畴，从而经涂覆辊压成极片后可避免活性物质颗粒刺穿隔膜造成微短路的隐患。同理，上述粒级分布百分比以及20.0±5.0μm的范围也是经过不断测试调整后确定的最适合涂覆的规格范围。优选地，涂覆时，可采用打印涂覆工艺，由打印涂覆机实现均匀打印涂覆以及涂覆后的烘干过程。以制备镍氢电池为例，负极活性物质优选为储氢合金粉。粘结剂可为cmc、paas、sbr、hpmc中的一种或多种的混合。负极基体为铜箔。铜箔的导电性优秀，制成的电池内阻小，而且在延展性和价格方面也最为理想，是优选的负极基体材料。当制备其它镍系电池时，可相应调整负极活性物质、粘结剂以及导电基体等的材质。该步骤中，采用了厚度较薄的基体和粒度更细的负极活性物质颗粒，涂覆后将极片经过辊压制得厚度较薄的负极极片。s3，将所述正极极片、厚度在0.04～0.08mm的隔膜、所述负极极片层叠卷绕成电芯。隔膜的材质可选自：尼龙纤维隔膜(pa)、聚烃类纤维隔膜(pp)、维纶(聚乙烯醇缩醛，pva)和复合隔膜(pp/pe)等，其中，优选为pp隔膜。经多次验证，pp隔膜与上述较薄的正负极卷绕成电池后，隔膜的化学稳定性、机械强度和吸碱性能等综合性能最优。由上述制得的电芯封装制备成镍系电池。制得的电池中，极片、隔膜的厚度较薄，且活性物质颗粒的粒度较细，从而制得的电池导电性较好，具有高倍率放电性能。如下，通过具体实施例和对比例验证本具体实施方式制得的电池的放电性能。实施例：正极极片的制备：1)配浆：将覆钴球型氢氧化亚镍、导电剂、添加剂与粘结剂(cmc、ptfe)制作成浆料；其中，覆钴球形的氢氧化亚镍粒度分布如下：-500目粒级百分比(wt.％)≥99％(d50μm)粒径8.0±2.02)涂布：采用镍箔做基体(厚度：10-30μm)，将正极浆料均匀打印涂覆在镍箔表面；3)烘干：将涂覆带烘干；4)辊压：辊压成型，正极极片的成型厚度在0.05～0.15mm之间。5)裁切；6)后加工。负极极片的制备：1)配浆：将储氢合金粉、导电剂、添加剂与粘结剂(cmc、paas、sbr、hpmc中的一种或多种的混合)制作成浆料；其中储氢合金粉的粒度分布如下：-400目粒级百分比(wt.％)≥100％-500目粒级百分比(wt.％)≥90％-600目粒级百分比(wt.％)≥50％d50粒径(μm)20.0±5.02)涂布：采用铜箔(5～20μm)做基体，将负极浆料均匀打印涂覆在铜箔表面；3)烘干：将浆料带烘干；4)辊压：辊压成型，负极极片的成型厚度一般在0.05～0.10mm之间；5)裁切；6)后加工。隔膜：0.04～0.08mm厚的pp材质的无纺布。将上述正极极片、隔膜、负极极片层叠卷绕成电芯，封装制成电池。对比例：正极极片的制备：1)配浆：覆钴球型氢氧化亚镍、导电剂、添加剂与粘结剂(cmc、ptfe)制作成浆料；其中，覆钴球形的氢氧化亚镍粒度分布如下：-300目粒级百分比(wt.％)≥99％(d50μm)粒径13.0±3.02)预压：采用发泡镍做基体(厚度1.0～2.0mm)，对发泡镍进行预压；3)拉浆：将发泡镍穿过装有正极浆料的储浆槽，再过上浆模；发泡镍的预压厚度、上浆模的间隙根据极片的成型厚度进行调整；4)烘干：将浆料带烘干；5)辊压：辊压成型，正极极片的成型厚度在0.50～1.0mm之间。6)裁切、后加工。负极极片的制备：1)配浆：将储氢合金粉、导电剂、添加剂与粘结剂(cmc、paas、sbr、hpmc中的一种或多种的混合)制作成浆料；其中储氢合金粉的粒度分布如下：-100目粒级百分比(wt.％)≥100％-200目粒级百分比(wt.％)≥90％-300目粒级百分比(wt.％)≥60％-400目粒级百分比(wt.％)≥40％d50粒径(μm)40.0±5.02)拉浆：采用镀镍冲孔钢带做基体，将其穿过装有负极浆料的储料槽再过上浆模；上浆模的间隙要根据极片的成型厚度进行调整；3)烘干：将浆料带烘干；4)辊压：辊压成型，负极极片的成型厚度在0.30～0.50mm之间；5)裁切、后加工。隔膜：0.10～0.25mm厚的pp无纺布。将上述正极极片、隔膜、负极极片层叠卷绕成电芯，封装制成电池。性能对比：取对比例制作的1500mah与实施例制作的1500mah做10c放电平台对比，10c平台是指将电池用10倍容量的电流放电，属于大倍率放电。测试结果如图1所示，a所示的曲线对应实施例的电池的放电曲线，b所示的曲线对应对比例的电池的放电曲线。图中数据显示，同等型号的电池采用相同的10c电流放电，同一时间，实施例的电压平稳区更高，表示实施例的电池放电功率更高，从而本发明具有超高倍率。取对比例制作的1500mah与实施例制作的1500mah做50c放电平台对比。对比例的镍氢电池无法进行50a放电平台测试，实施例的电池的50a放电平台曲线如图2所示。从该数据可知，对比例的电池无法满足50a的大电流放电，无法进行超高倍率放电，而实施例的电池可稳定的实现50a放电，放电性能好、放电功率高。以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属
技术领域：
的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下做出若干替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。当前第1页12