專(zhuān)利名稱：堿性二次電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種堿性二次電池，尤其涉及通過(guò)改變活性物質(zhì)分布狀態(tài)制備的電極。
提高二次電池的容量主要通過(guò)兩種途徑一是在特定的電池尺寸內(nèi)，盡可能地?cái)U(kuò)大電池容器內(nèi)的空間，同時(shí)，減少與充放電反應(yīng)無(wú)直接關(guān)系的材料及部件的體積，盡可能多地填充參予反應(yīng)的正極及負(fù)極活性物質(zhì)；二是采用各種方法，改進(jìn)原材料，改進(jìn)制作工藝，盡可能提高正負(fù)極活性物質(zhì)的放電容量及利用率，通常有改進(jìn)正、負(fù)極活性物質(zhì)結(jié)構(gòu)，提高正、負(fù)極活性物質(zhì)利用率，導(dǎo)電劑及其它各種助劑的添加，改善活性物質(zhì)的分散性等。
相對(duì)于通過(guò)采用新材料或提高活性物質(zhì)利用率來(lái)提高電池容量的方法來(lái)說(shuō)，采用第一種方法來(lái)提高電池容量具有操作簡(jiǎn)便，成本低等特點(diǎn)。
對(duì)于堿性二次電池來(lái)說(shuō)，正負(fù)極反應(yīng)中涉及到離子的傳遞過(guò)程。以鎳氫電池為例，充電時(shí)，堿液中OH-向正極移動(dòng)，中和正極表面的H+；而水合H3O+向負(fù)極移動(dòng)，中和通過(guò)外電路到達(dá)負(fù)極的電子。在正極附近由于OH-的消耗而形成局部H+富集區(qū)，而在負(fù)極附近則相應(yīng)地形成局部OH-富集區(qū)。由于隔膜的存在，OH-及H+可穿過(guò)隔膜到達(dá)正極及負(fù)極，這樣可維持整個(gè)體系pH值的穩(wěn)定，使充電反應(yīng)平穩(wěn)進(jìn)行。放電時(shí)的情況與充電時(shí)類(lèi)似。由于H+及OH-是在正負(fù)極間來(lái)回穿梭運(yùn)動(dòng)，這樣可以理解，正極與負(fù)極間的距離對(duì)于反應(yīng)效率有較大影響，當(dāng)正極與負(fù)極正向相對(duì)時(shí)極間距離較近，反應(yīng)效率較高，而遠(yuǎn)離時(shí)反應(yīng)效率較低，以如下反應(yīng)式表示電池的充、放電過(guò)程以卷繞式電池為例，在卷繞式電池制作中，是將正極片與負(fù)極片上下疊放在一起，中間夾以隔膜卷繞成—圓柱形渦卷狀極片組，然后將此圓柱形渦卷狀極片組裝入圓形電池外殼中，再經(jīng)注堿液，封口等工序制作而成。對(duì)于通常的鎳氫、鎳鎘等二次電池，上述圓柱形渦卷狀極片組卷繞開(kāi)始一端內(nèi)側(cè)一般為負(fù)極片，而最外周與外殼相接觸的也為負(fù)極片。
對(duì)于卷繞式電池，其渦卷狀極片組中卷繞開(kāi)始一端內(nèi)側(cè)的負(fù)極片和最外周與外殼相接觸的負(fù)極片，由于沒(méi)有相應(yīng)的正極片與之相對(duì)，其反應(yīng)效率較低，而方型電池的最外層極片的與外殼相接觸的最外側(cè)面的反應(yīng)效率較低，即在堿性二次電池內(nèi)部各處的電極反應(yīng)具有不均勻性的特點(diǎn)。
本實(shí)用新型的一種堿性二次電池，包括正極、負(fù)極、電解液、隔膜及金屬外殼，所述正極或負(fù)極中反應(yīng)效率較低區(qū)域的活性物質(zhì)的量減小，反應(yīng)效率較高區(qū)域的活性物質(zhì)的量增大。
尤其對(duì)于所述的正極、隔膜、負(fù)極疊置后卷繞成渦卷狀電極組，優(yōu)選減小在卷繞開(kāi)始處內(nèi)側(cè)的電極區(qū)域的活性物質(zhì)的量，增大反應(yīng)效率較高區(qū)域的活性物質(zhì)的量。
尤其對(duì)于所述的正極、隔膜、負(fù)極疊置后卷繞成渦卷狀電極組，優(yōu)選減小在與圓形金屬外殼相接觸的一側(cè)的電極區(qū)域的活性物質(zhì)的量，增大反應(yīng)效率較高區(qū)域的活性物質(zhì)的量。
因此，對(duì)于上述之低反應(yīng)效率區(qū)域所附活性物質(zhì)進(jìn)行部分或全部刮去，將節(jié)省得來(lái)的電池內(nèi)部容間用于增加正極片的容量。這樣，由于去掉了反應(yīng)效率低的區(qū)域，對(duì)于負(fù)極實(shí)際有效容量影響不大，但增加了電池內(nèi)部可以利用的空間，可以使電池容量增加。而電池循環(huán)性能未受影響，同時(shí)，電池的充電內(nèi)阻及內(nèi)壓均有所降低，并具有操作簡(jiǎn)便、成本較低等特點(diǎn)。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例一鎳正極的制作將球形氫氧化鎳95份、氧化亞鈷5份與CMC溶液混合成糊狀漿料，填充到發(fā)泡鎳基體中，經(jīng)干燥、輥壓、裁切，制成尺寸為86mm×42mm×0.69mm的正極1，如

圖1所示，正極中含活性物質(zhì)總量為7.35g；貯氫合金負(fù)極的制作將MmNi5貯氫合金與CMC溶液及水一起混合成糊狀漿料，涂布到厚度為0.045mm的穿孔鍍鎳鋼帶上，經(jīng)干燥、刮料、輥壓、裁切，制成尺寸為120mm×42.5mm×0.32mm的負(fù)極片3，如圖1所示。其中在負(fù)極片沿長(zhǎng)度方向的一端經(jīng)刮料形成尺寸為8mm×42.5mm×0.18mm的刮料區(qū)，表示在如圖1中卷芯的內(nèi)側(cè)面a或圖2的上側(cè)面a，負(fù)極中含活性物質(zhì)總量為9.0g；電池制作如圖1所示，在鎳正極1和貯氫合金負(fù)極3中間夾以隔膜2，然后卷繞成渦卷狀極片組，將此極片組裝入圓形金屬外殼，經(jīng)注液、封口，制成標(biāo)稱容量為1700mAh的AA型鎳-金屬氫化電池。在上述渦卷狀極片組中，刮料區(qū)位于負(fù)極片3卷繞體第一周內(nèi)側(cè)面a，渦卷狀極片組中心部位在直徑為2.8mm的空隙。
實(shí)施例二鎳正極的制作同實(shí)施例一，但所制成的極片尺寸為86mm×42mm×0.73mm的正極片1，正極中含活性物質(zhì)總量為7.6g；
貯氫合金負(fù)極的制作同實(shí)施例一，但所制成的極片尺寸為125mm×42.5mm×0.32mm的負(fù)極片3。其中在負(fù)極片沿長(zhǎng)度方向的一端經(jīng)刮料形成尺寸為40mm×42.5mm×0.18mm的刮料區(qū)，表示在如圖1中卷芯的外側(cè)面b或圖2的下側(cè)面b，負(fù)極中含活性物質(zhì)總量為8.2g電池制作同實(shí)施例一，但負(fù)極刮料區(qū)位于負(fù)極片3卷繞體最后一周與金屬外殼相接觸的外側(cè)面b。
實(shí)施例三鎳正極的制作同實(shí)施例一，但所制成的極片尺寸為86mm×42mm×0.74mm的正極片1，正極中含活性物質(zhì)總量為7.85g；貯氫合金負(fù)極的制作同實(shí)施例一，但所制成的極片尺寸為125mm×42.5mm×0.32mm的負(fù)極片3。其中在負(fù)極片沿長(zhǎng)度方向的一端經(jīng)刮料形成尺寸為40mm×42.5mm×0.18mm的刮料區(qū)一，表示在如圖1中卷芯的內(nèi)側(cè)面a或圖2的上側(cè)面a，另一端經(jīng)刮料形成尺寸為8mm×42.5mm×0.18mm的刮料區(qū)二，表示在如圖1中卷芯的外側(cè)面b或圖2的下側(cè)面b。負(fù)極中含活性物質(zhì)總量為8.2g，負(fù)極中含活性物質(zhì)總量為8.0g；電池制作同實(shí)施例一，但負(fù)極刮料區(qū)一位于負(fù)極片3卷繞體最后一周與金屬外殼相接觸的負(fù)極片外側(cè)面b及負(fù)極刮料區(qū)二位于負(fù)極片3卷繞體第一周負(fù)極片內(nèi)側(cè)面a。
比較例鎳正極的制作同實(shí)施例一，但所制成的極片尺寸為86mm×42mm×0.68mm的正極片，正極中含活性物質(zhì)總量為7.20g；貯氫合金負(fù)極的制作同實(shí)施例一，但所制成的極片尺寸為120mm×42.5mm×0.32mm的負(fù)極片，無(wú)刮料區(qū)。負(fù)極中含活性物質(zhì)總量為9.4g；電池制作除負(fù)極片無(wú)刮料區(qū)外，余同實(shí)施例一。
由于上述電池中渦卷狀電極體高度一定，因此其截面積可以用來(lái)表征渦卷狀電極體的體積，從而可以根據(jù)渦卷狀電極體的截面積來(lái)判斷電池裝配過(guò)程的難易程度。由于隔膜及渦卷狀電極組中心部空隙一定，因此，渦卷狀電極組中正負(fù)極的截面積之和可代表渦卷狀電極體的截面積，實(shí)施例與比較例的正負(fù)極截面積計(jì)算結(jié)果如表1

由表1可見(jiàn)，各實(shí)施例及比較例的電池，其渦卷狀電極體的截面積相近，因此可以認(rèn)為以上電池其裝配比一致電池性能測(cè)試放電容量測(cè)試將實(shí)施例及比較例電池以170mA充電16小時(shí)，擱置1小時(shí)，然后以340mA放電至電壓為1.0V。放電容量比較結(jié)果見(jiàn)表2

循環(huán)性能測(cè)試將實(shí)施例及比較例電池以1700mA充電75分鐘，-ΔV＝10mV，擱置15分鐘，然后以1700mA放電至電壓為1.0V。循環(huán)500次。結(jié)果見(jiàn)圖3所示充電態(tài)內(nèi)阻測(cè)試將實(shí)施例及比較例電池以340mA放電到1.0V，再用170mA充電16小時(shí)，在環(huán)境溫度為20±5℃下擱置1小時(shí)，用交流內(nèi)阻測(cè)試儀測(cè)電池的充電態(tài)交流內(nèi)阻，充電態(tài)內(nèi)阻比較結(jié)果如表3

充電內(nèi)壓測(cè)試將上述活化后的鎳氫電池以340mA放電到1.0V，再用1000mA充電4小時(shí)，充電過(guò)程中測(cè)試電池的內(nèi)部壓力，充電至4小時(shí)電池內(nèi)部壓力，充電內(nèi)壓比較結(jié)果如表4

可見(jiàn)，在維持電池裝配比不變的情況下，使電池放電容量獲得較大提高，而電池循環(huán)性能未受影響，同時(shí)，電池的充電內(nèi)阻及內(nèi)壓均有所降低。
以上實(shí)施例是以鎳-金屬氫化物為例進(jìn)行說(shuō)明，但并不限于此，實(shí)際上對(duì)于其它堿性二次電池，如鎳-鎘電池、鎳-鋅電池等也同樣適用。
以上實(shí)施例是以圓形AA型電池說(shuō)明，但并不限于此，只要根據(jù)上述構(gòu)思，對(duì)于其它型號(hào)電池，如AAA型、AAAA型、Sc型、D型、或方形電池等也同樣適用。
權(quán)利要求1.一種堿性二次電池，包括正極、負(fù)極、電解液、隔膜及金屬外殼，其特征在于所述正極或負(fù)極中反應(yīng)效率較低區(qū)域的活性物質(zhì)的量減小，反應(yīng)效率較高區(qū)域的活性物質(zhì)的量增大。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的堿性二次電池，其特征在于所述的正極、隔膜、負(fù)極疊置后卷繞成渦卷狀電極組的卷繞開(kāi)始處內(nèi)側(cè)的電極區(qū)域的活性物質(zhì)的量減小，反應(yīng)效率較高區(qū)域的活性物質(zhì)的量增大。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的堿性二次電池，其特征在于所述的正極、隔膜、負(fù)極疊置后卷繞成渦卷狀電極組與圓形金屬外殼相接觸的一側(cè)的電極區(qū)域的活性物質(zhì)的量減小，反應(yīng)效率較高區(qū)域的活性物質(zhì)的量增大。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及的堿性二次電池，包括正極、負(fù)極、電解液、隔膜及金屬外殼，所述正極或負(fù)極中反應(yīng)效率較低區(qū)域的活性物質(zhì)的量減小，反應(yīng)效率較高區(qū)域的活性物質(zhì)的量增大；尤其對(duì)于所述的正極、隔膜、負(fù)極疊置后卷繞成渦卷狀電極組，優(yōu)選減小在卷繞開(kāi)始處內(nèi)側(cè)及與圓形金屬外殼相接觸的一側(cè)的電極區(qū)域的活性物質(zhì)的量；由于去掉了反應(yīng)效率低的區(qū)域，對(duì)于負(fù)極實(shí)際有效容量影響不大，但增加了電池內(nèi)部可以利用的空間，可以使電池容量增加，而電池循環(huán)性能未受影響，同時(shí)，電池的充電內(nèi)阻及內(nèi)壓均有所降低，并具有操作簡(jiǎn)便、成本較低等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01M10/24GK2570999SQ0227229
公開(kāi)日2003年9月3日 申請(qǐng)日期2002年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月6日
發(fā)明者李維, 劉宏兵, 王傳福 申請(qǐng)人:比亞迪股份有限公司