锌镍电池负极片及其制备方法和使用该负极片的锌镍电池的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种锌镍电池负极片及其制备方法和使用该负极片的锌镍电池。本发明的技术方案要点为：一种锌镍电池负极片，采用连续双面上浆工艺制得且负极片厚度呈梯度分布，其中反应效率较高的区域电池负极片的厚度为0.31-0.38mm，反应效率较低的区域即电池负极片与电池钢壳接触的部分电池负极片的厚度为0.24-0.28mm，并且两个区域的电池负极片的连接处呈圆弧过渡。本发明还公开了该锌镍电池负极片的制备方法和使用该负极片的锌镍电池。本发明通过减少电池负极片尾部活性物质的使用量，可以改善电池的内部空间，降低电池内压，有利于电解液的增加和保持，从而明显地改善电池的循环寿命。
【专利说明】锌镍电池负极片及其制备方法和使用该负极片的锌镍电池
【技术领域】
[0001]本发明属于锌镍二次电池【技术领域】，具体涉及一种锌镍电池负极片及其制备方法和使用该负极片的锌镍电池。
【背景技术】
[0002]现有的圆柱型锌镍二次电池，通常采用卷绕的方式将正极和负极用隔膜隔开，层叠后卷入圆柱型的电池钢壳中，然后添加电解液，将电池密封，化成，从而完成制备。其中正极的活性物质一般是球形氢氧化镍，通常采用发泡镍作为极板骨架，采用拉浆或是干粉嵌渗的方法压制而成；负极的活性物质为氧化锌或锌酸钙，采用铜网或铜带作为极板骨架，使用拉浆的方式压制而成。卷绕式电池通常存在一个很难避免的问题:极板卷绕过程中，随着卷绕圈数的增加，使得卷芯变形，形成椭圆形，不利于卷芯入壳，同时也容易使极板产生毛刺，形成电池短路隐患，特别是对于高容量电池，这种情况尤为突出。中国专利CN1297031C公开的圆筒形碱性蓄电池，CN1301564C公开的圆筒形碱性蓄电池以及CN2570999Y公开的碱性二次电池分别对氢镍电池负极尾部的厚度进行了改进，使其形成梯度厚度，从而改善了电池卷绕时出现的短路问题，并改进电池负极尾端对应钢壳部分的利用率低的问题。CN101552335公开的一种电池负极片的制备方法采用负极尾部单面上浆的工艺对氢镍电池使用贮氢合金负极的钢带刮浆工艺进行了的改进。
[0003]而目前对于锌镍二次电池用具有梯度厚度分布的锌负极的制作工艺，尚无报道。专利CN101552335公开的一种电池负极片的制备方法中采用单面上浆的工艺，对于压实密度较低的锌负极不适用，会出现大面积掉粉，只有保证导电基体位于极板的中间位置，才能保证锌负极的结构稳定性，从而减少卷绕过程中的掉粉，出现毛刺的现象，改善现有工艺容易出现的短路问题。同时随着负极的减少，可以进一步提高电池的整体活性物质添加量，提闻电池电解液添加量，从而能进一步提闻电池的循环寿命和能量密度。
【发明内容】
[0004]本发明为克服现有技术的不足而提供了一种采用连续双面上浆工艺制备的极板厚度呈梯度分布的锌镍电池负极片及其制备方法，本发明还提供了使用该负极片的锌镍二次电池。
[0005]本发明的技术方案为:一种锌镍电池负极片，其特征在于:所述的锌镍电池负极片采用连续双面上浆工艺制得且负极片厚度呈梯度分布，其中反应效率较高的区域电池负极片的厚度为0.31-0.38_，反应效率较低的区域即电池负极片与电池钢壳接触的部分电池负极片的厚度为0.24-0.28mm，并且两个区域的电池负极片的连接处呈圆弧过渡。
[0006]一种锌镍电池负极片的制备方法，包括拉浆、烘干、辊压和裁剪工艺，其特征在于:所述的拉浆工艺采用连续双面上浆，制备的电池负极片厚度呈梯度分布，连续双面上浆采用拉浆模具，所述的拉浆模具主要由两块一端具有对应凸出面的刮刀组成，通过调整拉浆模具两侧两个刮刀刀头的间隙来控制上浆厚度，该拉浆模具的长度由工艺要求的电池负极片尺寸决定，拉浆模具上对应的电池负极片梯度分布的连接处具有圆角设计，用于缓和由电池负极片梯度分布所形成的落差，拉浆处理后的电池负极片经过烘干后，采用液压辊压机进行辊压，辊压时，对应电池负极片厚度较厚的一侧的对辊间隙小于电池负极片厚度较薄的一侧所对应的对辊间隙。
[0007]本发明所述的拉浆工艺中，铜网基体位于电池负极片的中间位置，该铜网基体为切拉铜网、冲孔铜带或预压后的发泡铜。
[0008]本发明所述拉浆模具形成的呈梯度分布的电池负极片中，与电池钢壳接触的电池负极片的长度为该型号圆柱电池钢壳的周长。
[0009]一种锌镍电池，包括电池壳体，密封在电池壳体中的电极组和电解液，所述电极组包括正极、负极和隔膜，其特征在于:所述的负极采用本发明所提供的锌镍电池负极片卷绕--? 。
[0010]本发明与现有技术对比的有益效果是:本发明提出一种采用连续双面上浆工艺制备极板厚度呈梯度分布的锌镍二次电池负极片及其制备方法。该锌镍电池负极片的梯度厚度设计，可以解决目前高容量锌镍二次电池因为设计装配比较高，卷芯椭圆度大，造成的电池装配困难，过程废品率高，后期电池漏液、短路率高，电池使用寿命短，及存在安全隐患等问题。电池负极片厚度梯度设计，有效负极活性物质前置，并得以充分利用，增大了电池有效负极/正极容量比从而很好的克服了常规工艺锌镍电池负极片存在的缺点。通过减少电池负极片尾部活性物质的使用量，可以改善电池的内部空间，降低电池内压，有利于电解液的增加和保持，从而明显地改善电池的循环寿命。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1是本发明实施例1制备的锌镍电池负极片的结构示意图，图2是图1的沿A-A方向的剖视图，图3是本发明中拉浆模具的结构示意图，图4是图3沿A-A方向的剖视图。
【具体实施方式】
[0012]以下通过实施例形式的【具体实施方式】，对本发明的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例。凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发明的范围。
[0013]实施例1
正极的制备:将球形氢氧化镍90g、氧化亚钴5g和T255镍粉5g，与适量质量浓度为
2.5%的CMC和质量浓度为60%的PTFE水溶液混合均匀，制成正极浆料，然后拉浆入预压到一定厚度的发泡镍中，经过干燥，棍压，裁切成长宽尺寸为90mmX43mm的镍正极。
[0014]负极的制备:将氧化锌86g、氧化铋6g、氢氧化钙8g与适量质量浓度为2.5%的CMC水溶液、质量浓度为4%的聚乙烯醇溶液和质量浓度为60%的PTFE水溶液混合均匀，制成负极浆料，通过拉浆模具涂布至镀锡冲孔铜带两侧上，经过干燥，辊压，裁切成长宽尺寸为122mmX43mm具有梯度厚度的锌负极，具体尺寸如图1、2所示，电池负极片由长度为88mm、厚度为0.34mm的正常区域和长度为34mm、厚度为0.26mm的减薄区域组成。另外，所述的电池负极片也可以是这样的设计:正常区域的长度为88mm、厚度为0.31-0.38mm，减薄区域的长度为34mm、厚度为0.24-0.28mm。[0015]梯度厚度电池负极片的形成主要是通过以下方式实现的:
连续双面上浆是采用如图3、4所示的拉浆模具，所述拉浆模具由两块一端有对应凸出面的刮刀组成，极片的上浆量通过调拉浆整模具间隙来控制，通过调整拉浆模具两侧两个刀头的间隙来控制上浆厚度，拉浆模具的长度由工艺要求的电池负极尺寸决定，拉浆模具上对应的负极梯度分布连接处具有圆角设计，可以缓和由电池负极尺寸的梯度分布所形成的落差。所述拉浆模具形成的呈梯度分布的电池负极片中，与电池钢壳接触的电池负极片的长度为该型号圆柱电池钢壳的周长。
[0016]经过刮浆处理后的电池负极片烘干后，采用液压辊压机进行辊压。辊压时，辊压机两侧的间隙设置不一样，对应负极厚度较厚的一侧的对棍间隙小于负极厚度较薄的一侧所对应的对辊间隙。
[0017]电池装配:将上述镍正极、锌负极中间夹隔着通过有改性聚丙烯毡与可湿性聚烯烃孔膜经粘结而成的复合隔膜，使电池负极片偏薄的部分靠尾部与电池壳体接触，用卷绕机卷绕成多圈型卷芯入AA型钢壳中，注入饱和氧化锌的质量浓度为30%的KOH和质量浓度为2%的LiOH电解液，最后封口制成AA1800的锌镍电池。
[0018]实施例2
对照组的正极制备与上述【具体实施方式】相同，负极片的制作材料和配方和上述【具体实施方式】相同，区别是采用常规的连续拉浆方式，经过干燥，辊压，裁切成相同尺寸的电池负极片，电池的制作方式也与上述【具体实施方式】基本相同，卷绕前后端不必区分。
[0019]实施例1制备的锌镍电池与实施例2制备的锌镍电池的性能对比:
电池性能测试:
将实施例1制备的锌镍电池与实施例2制备的锌镍电池分别以180 mA充电16小时，之后电池搁置1-4小时，然后0.2C放电至电压为1.5V，测定电池的容量。
[0020]在此以180mA充电16小时，搁置1_4小时，然后0.5C放电至1.5V，根据放电曲线和放电容量，找去其放电中点电压。(放电中点电压时指放电到50%容量时电池的电压，用来衡量放电平台的高低，是电池性能的一个重要指标。中点电压高意味着放电平台高)。
[0021]以0.2C放电容量为参考进行0.2C充放电测试循环寿命的测试方法进行循环寿命测试，容量衰减以设计容量的80%终止测试，同时测试结束后检测是否有漏液电池。所有的测试结果见表1。
[0022]表1 锌镍电池的性能测试
【权利要求】
1.一种锌镍电池负极片，其特征在于:所述的锌镍电池负极片采用连续双面上浆工艺制得且负极片厚度呈梯度分布，其中反应效率较高的区域电池负极片的厚度为0.31-0.38_，反应效率较低的区域即电池负极片与电池钢壳接触的部分电池负极片的厚度为0.24-0.28mm，并且两个区域的电池负极片的连接处呈圆弧过渡。
2.—种权利要求1所述的锌镍电池负极片的制备方法，包括拉浆、烘干、辊压和裁剪工艺，其特征在于:所述的拉浆工艺采用连续双面上浆，制备的电池负极片厚度呈梯度分布，连续双面上浆采用拉浆模具，所述的拉浆模具主要由两块一端具有对应凸出面的刮刀组成，通过调整拉浆模具两侧两个刮刀刀头的间隙来控制上浆厚度，该拉浆模具的长度由工艺要求的电池负极片尺寸决定，拉浆模具上对应的电池负极片梯度分布的连接处具有圆角设计，用于缓和由电池负极片梯度分布所形成的落差，拉浆处理后的电池负极片经过烘干后，采用液压辊压机进行辊压，辊压时，对应电池负极片厚度较厚的一侧的对辊间隙小于电池负极片厚度较薄的一侧所对应的对辊间隙。
3.根据权利要求2所述的锌镍电池负极片的制备方法，其特征在于:所述的拉浆工艺中，铜网基体位于电池负极片的中间位置，该铜网基体为切拉铜网、冲孔铜带或预压后的发泡铜。
4.根据权利要求2所述的锌镍电池负极片的制备方法，其特征在于:所述拉浆模具形成的呈梯度分布的电池负极片中，与电池钢壳接触的电池负极片的长度为该型号圆柱电池钢壳的周长。
5.—种锌镍电池,包括电池壳体,密封在电池壳体中的电极组和电解液，所述电极组包括正极、负极和隔膜，其特征在于:所述的负极是由权利要求1所述的的锌镍电池负极片卷绕而形成的。
【文档编号】H01M4/26GK103618068SQ201310566628
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2013年11月13日 优先权日:2013年11月13日
【发明者】上官恩波, 李晶, 李全民, 常照荣, 赵桐辉, 郭丹 申请人:河南师范大学