镍氢电池的化成方法及采用该方法化成的镍氢电池与流程

文档序号:33560486发布日期:2023-03-22 14:05阅读:251来源:国知局

1.本技术属于镍氢电池技术领域,更具体地说,是涉及镍氢电池的化成方法及采用该方法化成的镍氢电池。


背景技术:

2.镍氢电池是一种性能良好的蓄电池,分为高压镍氢电池和低压镍氢电池。镍氢电池正极活性物质为ni(oh)2(称nio电极),负极活性物质为金属氢化物,也称储氢合金(电极称储氢电极),电解液为氢氧化钾溶液。
3.为提高电极的导电性,一般情况下,镍氢电池的极片中会添加coo。化成主要是将极片中的coo氧化成coooh,形成coooh的导电网络,降低电池的欧姆内阻,提高极片的导电性,从而提高电池的电化学性能。
4.化成有电池外的槽化成、电池内化成等不同方式,是铅酸、镉/镍、镍氢等蓄电池生产的重要工序之一。传统的镍氢电池化成方法的流程包括:常温活化——预充电——高温活化——3-4次充放电化成——分容检测——高温老化。但是若省略了预充电,在没有合适的活化工艺充分将极片中的coo氧化成coooh,会导致电池导电性不佳,出现低电压不良和自放电过大的现象;而检测分容工步用来分选电池的容量是否达到设计要求,使电池配组使用更加合理,没有检测分容工序,将可能出现同一批次具有多种容量的电池的情况。另外,由于制造工艺或材料因素,镍氢电池需要经过预充电、多次充放电活化,然后使用分容设备进行容量分选,这样就导致设备投入大、生产周期长、耗电量大等问题,严重影响到镍氢电池的生产效率。


技术实现要素:

5.基于此,本技术的一个目的是提供一种镍氢电池的化成方法,以解决现有技术中存在的需要经过多次充放电活化,然后使用分容设备进行容量分选,这样就导致设备投入大、生产周期长、耗电量大等问题,严重影响到镍氢电池的生产效率的技术问题。
6.本技术的又一目的是提供采用上述镍氢电池的化成方法化成的镍氢电池。
7.为实现上述目的,本技术采用的技术方案是:
8.一种镍氢电池的化成方法,包括以下步骤:
9.将镍氢电池初产品进行常温活化处理,得到第一阶镍氢电池;
10.将第一阶镍氢电池进行第一加热活化处理,得到第二阶镍氢电池;
11.将第二阶镍氢电池进行充电化成,得到第三阶镍氢电池;
12.将第三阶镍氢电池进行第二加热老化处理,得到镍氢电池。
13.可选地,将镍氢电池初产品置于常温中进行活化处理的时间为24h-72h;和/或,
14.常温的温度为20℃-30℃。
15.可选地,将第一阶镍氢电池进行第一加热活化处理的时间为12h-24h;和/或,
16.第一加热活化处理的温度为40℃-50℃。
17.可选地,充电化成的次数为2-3次。
18.可选地,充电化成的次数为2次,包括以下步骤:
19.将第二阶镍氢电池以0.3-0.4c进行第一次充电,至总充电量达到第二阶镍氢电池容量的70%-80%,得到一次充电第二阶镍氢电池;
20.将一次充电第二阶镍氢电池以0.15-0.2c进行第二次充电,至总充电量达到第二阶镍氢电池容量的100%-120%,得到第三阶镍氢电池。
21.可选地,充电化成的次数为3次,包括以下步骤:
22.将第二阶镍氢电池以0.3-0.4c进行第一次充电,得到一次充电第二阶镍氢电池;
23.将一次充电第二阶镍氢电池以0.15-0.2c进行第二次充电,得到二次充电第二阶镍氢电池;
24.将二次充电第二阶镍氢电池以0.1c进行第三次充电,得到第三阶镍氢电池。
25.可选地,第一次充电的总充电量达到第二阶镍氢电池容量的70%-80%;
26.第二次充电的总充电量达到第二阶镍氢电池容量的100%-120%;
27.第三次充电的总充电量达到第二阶镍氢电池容量的140%-160%。
28.可选地,第二加热老化处理的温度为40℃-50℃;和/或,
29.老化处理的时间为90h-100h。
30.可选地,镍氢电池初产品的容量小于等于800mah。
31.以及,一种镍氢电池,采用上述任一所述的镍氢电池的化成方法进行化成。
32.1、本技术提供的镍氢电池的化成方法减少了预充电和3-4充放电化成的工序,常温活化和高温活化后直接进行充电化成,不需要多次反复充放电,然后高温老化即可;与现有技术相比,本技术镍氢电池的化成方法在达到镍氢电池正常化成效果下,大幅降低了设备投入和耗电量,简化了生产工序,减少了生产周期,提高了生产效率。
33.2、本技术提供的镍氢电池,采用上述镍氢电池的化成方法进行化成,镍氢电池充分活化,容量发挥正常,电学性能稳定。
具体实施方式
34.为了使本技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白,以下实施例,对本技术进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术,并不用于限定本技术。
35.需要说明的是,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。
36.定义
37.镍氢电池是以镍氧化物作为正极,储氢合金作为负极,碱液(主要为氢氧化钾)作为电解液制成的电池。
38.储氢合金一般为镧系元素与镍形成的储氢材料。
39.镍氢电池的充放电反应可视为氢离子(h
+
)在正电极、负电极之间的来回运动,在充电时将电能储存为化学能,在放电时将化学能转换为电能。
40.一批电池制备完成后,虽然尺寸相同,但电池的容量可能会有差异。分容检测是指通过电脑管理得到每一个测试点的数据,从而检测出电池容量的大小和内阻等数据,确定电池的质量等级。
41.本技术实施例的一种镍氢电池的化成方法包括以下步骤:
42.s10:将镍氢电池初产品进行常温活化处理,得到第一阶镍氢电池。
43.本技术实施例的镍氢电池初产品是指镍氢电池坯体组装完成,正常封口后的产品。
44.可选地,常温的温度为20℃-30℃。
45.可选地,将镍氢电池初产品进行常温活化处理的时间为24h-72h。
46.s20:将第一阶镍氢电池进行第一加热活化处理,得到第二阶镍氢电池。
47.电解液作为镍氢电池的重要组成部分,它直接影响电池的容电量、内阻、循环寿命、内压等性能。镍氢电池的正、负极片只有在电解液中才能发生电化学反应。若正、负极片不能完全浸渍到电解液,将会导致电化学反应不完全或者说极片的某些部分不能发生电化学反应,使得镍氢电池容量达不到设计要求,内阻变大,循环寿命变短。
48.常温活化处理和第一加热的活化处理可以使电解液在正极片、负极片和隔膜上充分扩散,正极片、负极片和隔膜完全浸渍到电解液。
49.先在常温状态下,电解液自然扩散,然后在第一加热中活化处理,第一加热活化处理可降低电解液的表面张力,促成电解液的均匀分布,有利于电化学反应的均匀进行,初步保证镍氢电池的容电量、内阻、循环寿命、内压等性能。
50.第一加热活化处理的温度和时间对电池性能也有影响,若第一加热的温度过低,例如低于40℃时,反应的速度过慢,影响生产效率;若第一加热的温度过高,例如高于50℃时,可能会导致镍氢电池短路,极片过于膨胀,影响镍氢电池的性能。
51.根据实验,第一加热的温度可选为40℃-50℃,第一加热活化处理的时间可选为12h-24h比较合适。
52.s30:将第二阶镍氢电池进行充电化成,得到第三阶镍氢电池。
53.镍氧化物正极(活性物质为ni(oh)2)添加有coo(氧化钴),在充电化成过程中,由于co(oh)2的氧化电位比ni(oh)2的氧化电位低,ni(oh)2转化为niooh之前coo便被氧化成形成coooh,降低了颗粒之间的接触电阻,也大大提高了颗粒与基体的导电性,进而提高了正极片的导电性,降低镍氢电池的内阻和充电电压,提高充电效率和放电容量。
54.可选地,充电化成的次数为2-3次,通过2-3次的充电使coo充分氧化成稳定的β-coooh。
55.在一些实施例中,充电化成的次数为2次,包括以下步骤:
56.将第二阶镍氢电池以0.3-0.4c进行第一次充电,至总充电量达到第二阶镍氢电池容量的70%-80%,得到一次充电第二阶镍氢电池;
57.将一次充电第二阶镍氢电池以0.15-0.2c进行第二次充电,至总充电量达到第二阶镍氢电池容量的100%-120%,得到第三阶镍氢电池。
58.在一些实施例中,充电化成的次数为3次,包括以下步骤:
59.将第二阶镍氢电池以0.3-0.4c进行第一次充电,得到一次充电第二阶镍氢电池;
60.将一次充电第二阶镍氢电池以0.15-0.2c进行第二次充电,得到二次充电第二阶
镍氢电池;
61.将二次充电第二阶镍氢电池以0.1c进行第三次充电,得到第三阶镍氢电池。
62.本技术实施例的充电化成电流由大逐渐变小,第一次充电将大部分coo氧化成coooh,然后再进行第二次充电,或者第二次和第三次充电最大程度将coo氧化成稳定的β-coooh。
63.可选地,第一次充电的总充电量达到第二阶镍氢电池容量的70%-80%;
64.第二次充电的总充电量达到第二阶镍氢电池容量的100%-120%;
65.第三次充电的总充电量达到第二阶镍氢电池容量的140%-160%。
66.第一次充电、第二次充电和第三次充电分别采用上述总充电量达到了活化镍氢电池的目的,同时避免了过度充电浪费电能,产生电池膨胀或者漏液的问题。
67.s40:将第三阶镍氢电池进行第二加热老化处理,得到镍氢电池。
68.可选地,第二加热老化处理的温度为40℃-50℃。
69.老化处理的时间为90h-100h。
70.中、低容量镍氢电池,例如容量小于等于800mah的镍氢电池,由于中、低容量镍氢电池适用于单一使用场景,对容量偏差要求不高,现有的化成方法需要多次活化、预充电、多次充放电和最终进行分容检测将会耗费大量资源以及时间,影响交期。
71.容量小于等于800mah的镍氢电池包括但不限于ni-mh 2/3aa 600mah、ni-mh aaa300-600mah、ni-mh aa300-800mah等。
72.采用本技术实施例提供的镍氢电池的化成方法减少了预充电和3-4充放电化成的工序,常温活化和高温活化后直接进行充电化成,不需要多次反复充放电,然后高温老化,便能够达到很好的活化效果,镍氢电池性能表现稳定。
73.与现有技术相比,本技术实施例镍氢电池的化成方法在达到镍氢电池正常化成效果下,大幅降低了设备投入和耗电量,简化了生产工序,减少了生产周期,提高了生产效率。
74.本技术实施例还提供了一种镍氢电池,采用上述镍氢电池的化成方法进行化成,镍氢电池充分活化,容量发挥正常,电学性能稳定。
75.以下通过多个实施例来举例说明。
76.实施例1
77.本实施例的待化成镍氢电池,即镍氢电池初产品为ni-mh 2/3aa 600mah电池。
78.本实施例镍氢电池的化成方法包括以下步骤:
79.s1:将ni-mh 2/3aa 600mah电池置于25
±
5℃环境中,常温活化24-72h,得到第一阶镍氢电池。
80.s2:将第一阶镍氢电池置于45
±
5℃环境中,活化处理12-24h,得到第二阶镍氢电池。
81.s3:将第二阶镍氢电池置于化成设备,以0.4c(240ma)进行第一次充电105分钟,总充电量为容量的70%-80%,得到一次充电第二阶镍氢电池。
82.s4:将一次充电第二阶镍氢电池以0.2c(120ma)充电120分钟,总充电量为容量的100%-120%,得到二次充电第二阶镍氢电池。
83.s5:将二次充电第二阶镍氢电池以0.1c(60ma)充电240分钟,总充电量为容量的140%-160%,得到第三阶镍氢电池。
84.s6:将第三阶镍氢电池置于45
±
5℃环境中进行老化处理96h,得到镍氢电池。
85.对实施例1得到镍氢电池进行标称容量检测,容量分布在610-630mah。
86.实施例2
87.本实施例的待化成镍氢电池,即镍氢电池初产品为ni-mh 2/3aa 600mah电池。
88.本实施例镍氢电池的化成方法包括以下步骤:
89.s1:将ni-mh 2/3aa 600mah电池置于25
±
5℃环境中,常温活化24-72h,得到第一阶镍氢电池。
90.s2:将第一阶镍氢电池置于45
±
5℃环境中,活化处理12-24h,得到第二阶镍氢电池。
91.s3:将第二阶镍氢电池置于化成设备,以0.3c(180ma)进行第一次充电140分钟,总充电量为容量的70%-80%,得到一次充电第二阶镍氢电池。
92.s4:将一次充电第二阶镍氢电池以0.15c(120ma)充电160分钟,总充电量为容量的100%-120%,得到二次充电第二阶镍氢电池。
93.s5:将二次充电第二阶镍氢电池以0.1c(60ma)充电240分钟,总充电量为容量的140%-160%,得到第三阶镍氢电池。
94.s6:将第三阶镍氢电池置于45
±
5℃环境中进行老化处理96h,得到镍氢电池。
95.对实施例2得到镍氢电池进行标称容量检测,容量分布在615-635mah。
96.实施例3
97.本实施例的待化成镍氢电池,即镍氢电池初产品为ni-mh 2/3aa 600mah电池。
98.本实施例镍氢电池的化成方法包括以下步骤:
99.s1:将ni-mh 2/3aa 600mah电池置于25
±
5℃环境中,常温活化24-72h,得到第一阶镍氢电池。
100.s2:将第一阶镍氢电池置于45
±
5℃环境中,活化处理12-24h,得到第二阶镍氢电池。
101.s3:将第二阶镍氢电池置于化成设备,以0.5c(180ma)进行第一次充电90分钟,总充电量为容量的70%-80%,得到一次充电第二阶镍氢电池。
102.s4:将一次充电第二阶镍氢电池以0.3c(120ma)充电80分钟,总充电量为容量的100%-120%,得到二次充电第二阶镍氢电池。
103.s5:将二次充电第二阶镍氢电池以0.2c(60ma)充电120分钟,总充电量为容量的140%-160%,得到第三阶镍氢电池。
104.s6:将第三阶镍氢电池置于45
±
5℃环境中进行老化处理96h,得到镍氢电池。
105.对实施例3得到镍氢电池进行标称容量检测,容量分布在605-625mah。
106.对比例1
107.s1:将ni-mh 2/3aa 600mah电池置于25
±
5℃环境中,常温活化24-72h,得到第一阶镍氢电池。
108.s2:将第一阶镍氢电池置于25
±
5℃环境中,以0.1c(600ma)进行第一次充电90分钟,得到第二阶镍氢电池。
109.s3:将第二阶镍氢电池置于45
±
5℃环境中,活化处理12-24h,得到第三阶镍氢电池。
110.s4:将第三阶镍氢电池置于化成设备,以0.4c(240ma)进行第二次充电60分钟加0.1c(60ma)充电240分钟,用0.5c(300ma)放电至1.0v,第一次化成。
111.s5:以0.4c(240ma)进行第三次充电90分钟加0.1c(60ma)充电240分钟,用0.5c(300ma)放电至1.0v,第二次化成。
112.s6:以0.4c(240ma)进行第四次充电120分钟加0.1c(60ma)充电240分钟,用0.5c(300ma)放电至1.0v,第三次化成,得到第四阶段镍氢电池。
113.s7:将第四阶镍氢电池以0.5c(300ma)充电144分钟,静置30分钟,用0.5c(300ma)放电至1.0v,进行容量分选。容量符合电池用0.5c补充电60-80%,得到第五阶镍氢电池。
114.s6:将第五阶镍氢电池置于45
±
5℃环境中进行老化处理96h,得到镍氢电池。
115.对对比例得到镍氢电池进行标称容量检测,容量分布在610-635mah。
116.性能检测
117.对实施例1至3和对比例1的镍氢电池进行容量、开路交流内阻、荷电保持能力、低压率等性能测试。
118.检测方法
119.标称容量检测方法:在20
±
5℃环境中,用0.1c(60ma)充电16h,静置1h,0.2c(120ma)放电至1.0v,记录放电容量。每例抽检1000只镍氢电池。
120.开路交流内阻的检测方法:电池标准充电0.1c(60ma)充电16h,静置1-4后,使用bk600内阻测试仪测试。每例抽检1000只镍氢电池。
121.荷电保持能力的检测方法:电池检标称容量后c0,标准充电,在20
±
5℃环境中,静置28天后,用0.2c放电至1.0v,记录剩余容量c1,c1/c0计算荷电保持率。每例抽检10只镍氢电池。
122.低压率的检测方法:电池标准充电后,在20
±
5℃环境中存放28天,测开路电压,电压低于1.31v判定为电池低压。
123.检测结果如表1所示。
124.表1
[0125] 标称容量/mah内阻/mω荷电保持能力低压率实施例1610-63021-2583%-85%0.10%实施例2615-63522-2581%-83%0.10%实施例3605-62522-2682%-84%0.10%对比例1610-63522-2583%-85%0.10%
[0126]
综上所述,镍氢电池在极片制作时严控正负极片的质量,正常装配后;可通过简易的化成方式进行生产,在进行三步充电达到140%-160%充电量时,可使镍氢电池充分活化,容量发挥正常,大大缩减了化成时间和降低能耗。
[0127]
以上所述仅为本技术的较佳实施例而已,并不用以限制本技术,凡在本技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本技术的保护范围之内。
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