专利名称：一种金属氢化物－镍电池及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种金属氢化物-镍电池，尤其是小电流放电条件下使用的金属氢化物-镍电池。
背景技术：
金属氢化物-镍电池(镍氢电池)是采用金属氢化物为负极材料，氢氧化镍为正极材料的一类新型二次电池，与传统的镍镉电池相比，具有能量密度高，无环境污染，无记忆效应，循环寿命长，低温特性良好，耐过充电和过放电特性好等优点，因此镍氢电池实现产业化生产以后，发展非常迅速。
目前传统的镍氢电池结构如下电池包括正极片、负极片、电池壳体、电解液、以及夹在正负极片间的隔膜、壳盖。其中(1)正极为片状结构，采下法制成以泡沫镍为基体，将β-Ni(OH)2、添加剂CoO或镍粉及粘结剂混合均匀后，制成浆料，然后采用拉浆法将浆料均匀填入泡沫镍基体，经烘干、辊压制成正极片；或采用干粉法将混合均匀的正极粉料均匀填入泡沫镍基体，经辊压制成正极片；(2)负极为片状结构，制法如下以拉伸铜网、泡沫镍或冲孔钢带为基体，采用拉浆法或干粉辊压法将贮氢合金均匀填充入基体中制成；(3)尺寸裁剪好的正负极片间夹绝缘隔膜，卷绕后装入电池壳，再经滚槽、注液、封口、化成和分选。
但目前制造此结构的镍氢电池工艺比较复杂，工序多，生产效率低。且由于正极一般采用泡沫镍作基体，近年来国际上镍价飞涨，造成镍氢电池成本中泡沫镍所占的比例越来越大，如对AA、AAA型电池，泡沫镍所占的成本比例超过10％，对动力型电池，泡沫镍所占的成本比例可超过20％。镍氢电池各种生产原料价格的不断上涨，导致镍氢电池的生产成本不断增加，给生产厂家带来了严重的成本压力。采用泡沫镍为基体的镍氢电池虽然具有倍率放电能力高的优点，但实际上目前很多使用场合如收音机、录音机、CD、MP3、遥控器、小型电动玩具等消费类电子产品，工作时放电电流较小，对电池的高倍率性能要求不高。因此，对该类电池，采用反极式结构，简化其制造工艺，可大幅度降低生产成本，同时对电池的正常工作影响不大。
发明内容为了解决现有镍氢电池生产工艺复杂，生产成本高的问题，本发明提供了一种易于生产的金属氢化物-镍电池，尤其是小电流放电条件下使用的金属氢化物-镍电池。
本发明为实现发明目的而采用的技术方案为一种金属氢化物-镍电池，包括电池壳体、壳盖、容在壳体内的电解液、正极片、负极片及夹于正极片、负极片之间的绝缘隔膜，所述的电池壳体与所述的壳盖通过绝缘环密封连接，所述的正极片成中空的环状结构为正极环，所述的负极片成柱状结构为负极柱，所述的负极柱通过绝缘隔膜与正极环套接，所述的正极环与电池壳体电连接，所述的负极柱通过极耳与壳盖电连接。
所述的正极环的重量组成成分一般为40～80％的β-Ni(OH)2、10～50％的石墨粉、1～8％的CoO、0～5％的镍粉，优选为65％β-Ni(OH)2、30％石墨粉、3％CoO、2％镍粉。
所述的金属氢化物-镍电池中电解液的组成为7M KOH、0～300gNaOH/L、10～30gLiOH/L。电池壳体中电解液的重量优选为正极和负极总重量的10～30％。
所述金属氢化物-镍电池的负极片材料优选为纯净贮氢合金粉末，如稀土系贮氢合金。
所述金属氢化物-镍电池的正极和负极的容量比为1∶1.1～1.5。
电池的正极环的个数一般为2～4个，最优选为3个。
本发明还提供了一种制备上述金属氢化物-镍电池的方法。所述的方法包括以下步骤a)将正极粉料按照配方混合均匀后直接压制成环，也可以加入正极粉料总重量的3～10％的电解液继续混匀，然后压制成环状，将正极环装入电池壳体，使正极环与电池壳体接触，为了改善正极环与电池壳的接触，电池内壁喷涂石墨乳；为保证正极环的强度，通常做成多个正极环，平行布置于电池壳体内；b)负极采用泡沫拉桨或铜网干粉轧制的方法先制成负极片，极片焊上极耳后卷成柱状，并在负极柱外包上1～3绝缘隔膜后插入环状正极中间；c)在壳体中注入一定量的电解液，将负极极耳与壳盖焊接，壳盖与电池壳体通过绝缘环密封连接，然后进行滚槽封口；d)常温下搁置5～24小时，然后进行化成和分选处理。
所述的化成和分选的工艺可以采用下述方法(1)电池先以0.05C充电2小时；(2)初步充电后的电池在烘箱内搁置12～24小时，温度为40～60℃；(3)将电池从烘箱内取出，待冷至常温后，以0.1C倍率对电池充电12小时，然后0.1C放电至1.0V；(4)以0.2C倍率充电6小时，然后以0.2C放电至1.0V；(5)以0.2C倍率充电6小时，然后以0.2C放电至1.0V，筛选合格的电池。
具体地叙述，本发明较优的镍氢电池制造工艺可以按以下步骤进行
(a)将正极原料制粉，按照40～80％(重量比)β-Ni(OH)2+10～50％石墨粉+1～8％CoO+0～5％镍粉混合，先将干粉搅拌均匀，然后边搅拌边添加正极粉料总重量的3～10％的电解液搅拌至均匀；电解液的配方为7MKOH+0～300gNaOH/L+10～30gLiOH/L；将搅拌好的正极粉料放入打环机，压制成正极环，然后将正极环装入内表面喷涂石墨乳的电池钢壳；(b)负极采用泡沫拉桨或铜网干粉轧制的方法先制成负极极片，焊上极耳后卷成圆柱状，在负极柱外包上1～3层绝缘隔膜后插入环状正极的中间；(c)在电池壳体中注入其余欲加入的电解液，然后将负极极耳与壳盖焊接，将壳盖与电池壳体通过绝缘环密封连接，经过滚槽和封口，得到电池半成品；(d)电池在常温下搁置5～24小时，然后进行化成和分选处理，筛选出合格的电池。
本发明所述的一种金属氢化物-镍电池，尤其是适合于小电流放电条件下使用的金属氢化物-镍电池，与常规的镍氢电池相比，其有益效果主要体现在(1)简化了生产流程，减少了生产环节和设备投入；(2)大幅度降低了生产成本，成本可以降低20％以上；(3)生产效率可提高2～5倍。
图1为本发明所述金属氢化物-镍电池的制备方法的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不限于此。
实施例1正极配比65％(重量比)β-Ni(OH)2+30％石墨粉+3％CoO+2％镍粉，干粉搅拌均匀，然后添加正极粉料总重的10％的电解液，继续搅拌均匀，电解液的配方为7M KOH+300gNaOH/L+25gLiOH/L。搅拌好的正极粉料在打环机中压制成正极粉环，每节电池中加三个粉环，粉环的尺寸为外径l3.3mm，内径9.0mm，高度为14.0mm，每个粉环的重量为3.7±0.1g；负极片尺寸为(100±1)×(44.0±0.05)×(0.30±0.01)(mm)，重量约为9.0±0.1g。负极采用市售的稀土系贮氢合金，采用泡沫拉浆的的方法制成负极片，焊上极耳后卷绕成圆柱状，外周直径约为8.5mm，然后在负极柱外包裹上一层聚丙烯无纺布隔膜，装入正极粉环中，然后注入2.1g电解液，将极耳与壳盖焊接，壳盖与电池壳体通过绝缘环密封连接，再经滚槽和封口后，得到电池半成品，，-常温下搁置5小时，然后进行化成和分选处理。化成和分选的工艺为(1)电池先以0.05C充电2小时；(2)初步充电后的电池在烘箱内搁置24小时，温度为50℃；(3)将电池从烘箱内取出，待冷至常温后，以0.1C倍率对电池充电12小时，然后0.1C放电至1.0V；(4)以0.2C倍率充电6小时，然后以0.1C放电至1.0V；(5)以0.2C倍率充电6小时，然后以0.2C放电至1.0V，筛选出合格的电池。
制备了5节电池，结果如下表
实施例2正极配比50％(重量比)β-Ni(OH)2+45％墨粉+3％CoO+2％镍粉，干粉搅拌均匀，然后添加10％正极粉料总重的电解液，继续搅拌均匀，电解液的配方为7M KOH+300gNaOH/L+25gLiOH/L。搅拌好的正极粉料在打环机中压制成正极粉环，每节电池中加三个粉环，粉环的尺寸为外径9.6mm，内径4.2mm，高度为12.0mm，每个粉环的重量为1.9±0.1g；负极片尺寸为(60±1)×(37.0±0.05)×(0.26±0.01)(mm)，重量约为3.8±0.1g。负极极片制法如例1，焊上极耳后卷绕成圆柱状，外周直径约为4.0mm，然后在负极外包裹上一层聚丙烯无纺布隔膜，装入正极粉环中，然后注入1.0g电解液，将极耳与壳盖焊接，再将壳盖与电池壳体通过绝缘环密封连接，经过滚槽和封口后常温下搁置5小时，然后进行化成和分选处理。化成和分选的工艺为(1)电池先以0.05C充电2小时；(2)初步充电后的电池在烘箱内搁置24小时，温度为50℃；(3)将电池从烘箱内取出，待冷至常温后，以0.1C倍率对电池充电12小时，然后0.1C放电至1.0V；(4)以0.2C倍率充电6小时，然后以0.2C放电至1.0V；(5)以0.2C倍率充电6小时，然后以0.2C放电至1.0V，筛选出合格的电池。
制备的5节电池结果如下表
实施例3正极配比65％(重量比)β-Ni(OH)2+30％墨粉+3％CoO+2％镍粉，干粉搅拌均匀，然后添加10％正极粉料总重的电解液，继续搅拌均匀，电解液的配方为7M KOH+300gNaOH/L+25gLiOH/L。搅拌好的正极粉料在打环机中压制成正极粉环，每节电池中加三个粉环，粉环的尺寸为外径9.6mm，内径4.2mm，高度为12.0mm，每个粉环的重量为1.8±0.1g；负极片尺寸为(60±1)×(37.0±0.05)×(0.26±0.01)(mm)，重量约为3.8±0.1g。负极极片采用铜网干粉轧制的方法成型，焊上极耳后卷绕成圆柱状，外周直径约为4.0mm，然后在负极外包裹上一层聚丙烯无纺布隔膜，装入正极粉环中，然后注入1.0g电解液，将极耳与壳盖焊接，壳盖与电池壳体通过绝缘环密封连接，经滚槽封口后，得到电池半成品，常温下搁置5小时，然后进行化成和分选处理。化成和分选的工艺为(1)电池先以0.05C充电2小时；(2)初步充电后的电池在烘箱内搁置24小时，温度为50℃；(3)将电池从烘箱内取出，待冷至常温后，以0.1C倍率对电池充电12小时，然后0.1C放电至1.0V；(4)以0.2C倍率充电6小时，然后以0.2C放电至1.0V；(5)以0.2C倍率充电6小时，然后以0.2C放电至1.0V，筛选出合格的电池。
制备的5节电池结果如下表
权利要求
1.一种金属氢化物-镍电池，包括电池壳体、壳盖、容在壳体内的电解液、正极片、负极片及夹于正极片、负极片之间的绝缘隔膜，所述的电池壳体与所述的壳盖通过绝缘环密封连接，其特征在于所述的正极片成中空的环状结构为正极环，所述的负极片成柱状结构为负极柱，所述的负极柱通过绝缘隔膜与正极环套接，所述的正极环与电池壳体电连接，所述的负极柱通过极耳与壳盖电连接。
2.如权利要求1所述的金属氢化物-镍电池，其特征在于所述的正极环的重量组成成分为40～80％的β-Ni(OH)2、10～50％的石墨粉、1～8％的CoO、0～5％的镍粉。
3.如权利要求2所述的金属氢化物-镍电池，其特征在于所述的正极环的重量组成成分为65％β-Ni(OH)2、30％石墨粉、3％CoO、2％镍粉。
4.如权利要求2所述的金属氢化物-镍电池，其特征在于所述的电解液的组成为7M KOH、0～300gNaOH/L、10～30g LiOH/L。
5.如权利要求2所述的金属氢化物-镍电池，其特征在于负极为纯净贮氢合金粉末。
6.如权利要求2所述的金属氢化物-镍电池，其特征在于所述的在电池壳体中注入电解液的重量为正极和负极总重量的10～30％。
7.如权利要求5所述的金属氢化物-镍电池，其特征在于负极为稀土系贮氢合金。
8.如权利要求1所述的金属氢化物-镍电池，其特征在于所述的正极环为2～4个。
9.一种制备如权利要求1所述金属氢化物-镍电池的方法，包括以下步骤a)将正极环的组分原料制粉并混合均匀，压制成环状，装入电池壳体，使正极环与电池壳体接触；b)负极极片焊上极耳后卷成柱状，并在负极柱外包上绝缘隔膜后插入正极环中间；c)在壳体中注入电解液，将负极极耳与壳盖焊接，，然后滚槽和封口；d)常温下搁置5～24小时，进行化成、分选处理。
10.如权利要求9所述的金属氢化物-镍电池的制备方法，其特征在于所述的步骤a)为将正极环的组分原料制粉后加入正极组分原料总重量3～10％的电解液，再混合均匀后压制成环状，装入电池壳体，使正极环与电池壳体接触。
全文摘要
本发明涉及一种金属氢化物－镍电池，尤其适合于小电流放电条件下使用的金属氢化物－镍电池。该金属氢化物－镍电池包括电池壳体、壳盖、容在壳体内的电解液、正极片、负极片及夹于正极片、负极片之间的绝缘隔膜，所述的电池壳体与所述的壳盖通过绝缘环密封连接，电池采用反极结构，所述的正极片成中空的环状结构为正极环，所述的负极片成柱状结构为负极柱，所述的负极柱通过绝缘隔膜与正极环套接，所述的正极环与电池壳体电连接，所述的负极柱通过极耳与壳盖电连接。本发明提供的金属氢化物－镍电池结构简单，生产环节少，生产成本和设备投入低，生产效率高。
文档编号H01M4/24GK1776953SQ20051006095
公开日2006年5月24日 申请日期2005年9月29日 优先权日2005年9月29日
发明者张文魁, 涂江平, 黄辉, 甘永平 申请人:浙江工业大学