專利名稱：一種金屬氫化物－鎳電池及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種金屬氫化物-鎳電池，尤其是小電流放電條件下使用的金屬氫化物-鎳電池。
背景技術：
金屬氫化物-鎳電池(鎳氫電池)是采用金屬氫化物為負極材料，氫氧化鎳為正極材料的一類新型二次電池，與傳統(tǒng)的鎳鎘電池相比，具有能量密度高，無環(huán)境污染，無記憶效應，循環(huán)壽命長，低溫特性良好，耐過充電和過放電特性好等優(yōu)點，因此鎳氫電池實現產業(yè)化生產以后，發(fā)展非常迅速。
目前傳統(tǒng)的鎳氫電池結構如下電池包括正極片、負極片、電池殼體、電解液、以及夾在正負極片間的隔膜、殼蓋。其中(1)正極為片狀結構，采下法制成以泡沫鎳為基體，將β-Ni(OH)2、添加劑CoO或鎳粉及粘結劑混合均勻后，制成漿料，然后采用拉漿法將漿料均勻填入泡沫鎳基體，經烘干、輥壓制成正極片；或采用干粉法將混合均勻的正極粉料均勻填入泡沫鎳基體，經輥壓制成正極片；(2)負極為片狀結構，制法如下以拉伸銅網、泡沫鎳或沖孔鋼帶為基體，采用拉漿法或干粉輥壓法將貯氫合金均勻填充入基體中制成；(3)尺寸裁剪好的正負極片間夾絕緣隔膜，卷繞后裝入電池殼，再經滾槽、注液、封口、化成和分選。
但目前制造此結構的鎳氫電池工藝比較復雜，工序多，生產效率低。且由于正極一般采用泡沫鎳作基體，近年來國際上鎳價飛漲，造成鎳氫電池成本中泡沫鎳所占的比例越來越大，如對AA、AAA型電池，泡沫鎳所占的成本比例超過10％，對動力型電池，泡沫鎳所占的成本比例可超過20％。鎳氫電池各種生產原料價格的不斷上漲，導致鎳氫電池的生產成本不斷增加，給生產廠家?guī)砹藝乐氐某杀緣毫?。采用泡沫鎳為基體的鎳氫電池雖然具有倍率放電能力高的優(yōu)點，但實際上目前很多使用場合如收音機、錄音機、CD、MP3、遙控器、小型電動玩具等消費類電子產品，工作時放電電流較小，對電池的高倍率性能要求不高。因此，對該類電池，采用反極式結構，簡化其制造工藝，可大幅度降低生產成本，同時對電池的正常工作影響不大。

發(fā)明內容為了解決現有鎳氫電池生產工藝復雜，生產成本高的問題，本發(fā)明提供了一種易于生產的金屬氫化物-鎳電池，尤其是小電流放電條件下使用的金屬氫化物-鎳電池。
本發(fā)明為實現發(fā)明目的而采用的技術方案為一種金屬氫化物-鎳電池，包括電池殼體、殼蓋、容在殼體內的電解液、正極片、負極片及夾于正極片、負極片之間的絕緣隔膜，所述的電池殼體與所述的殼蓋通過絕緣環(huán)密封連接，所述的正極片成中空的環(huán)狀結構為正極環(huán)，所述的負極片成柱狀結構為負極柱，所述的負極柱通過絕緣隔膜與正極環(huán)套接，所述的正極環(huán)與電池殼體電連接，所述的負極柱通過極耳與殼蓋電連接。
所述的正極環(huán)的重量組成成分一般為40～80％的β-Ni(OH)2、10～50％的石墨粉、1～8％的CoO、0～5％的鎳粉，優(yōu)選為65％β-Ni(OH)2、30％石墨粉、3％CoO、2％鎳粉。
所述的金屬氫化物-鎳電池中電解液的組成為7M KOH、0～300gNaOH/L、10～30gLiOH/L。電池殼體中電解液的重量優(yōu)選為正極和負極總重量的10～30％。
所述金屬氫化物-鎳電池的負極片材料優(yōu)選為純凈貯氫合金粉末，如稀土系貯氫合金。
所述金屬氫化物-鎳電池的正極和負極的容量比為1∶1.1～1.5。
電池的正極環(huán)的個數一般為2～4個，最優(yōu)選為3個。
本發(fā)明還提供了一種制備上述金屬氫化物-鎳電池的方法。所述的方法包括以下步驟a)將正極粉料按照配方混合均勻后直接壓制成環(huán)，也可以加入正極粉料總重量的3～10％的電解液繼續(xù)混勻，然后壓制成環(huán)狀，將正極環(huán)裝入電池殼體，使正極環(huán)與電池殼體接觸，為了改善正極環(huán)與電池殼的接觸，電池內壁噴涂石墨乳；為保證正極環(huán)的強度，通常做成多個正極環(huán)，平行布置于電池殼體內；b)負極采用泡沫拉槳或銅網干粉軋制的方法先制成負極片，極片焊上極耳后卷成柱狀，并在負極柱外包上1～3絕緣隔膜后插入環(huán)狀正極中間；c)在殼體中注入一定量的電解液，將負極極耳與殼蓋焊接，殼蓋與電池殼體通過絕緣環(huán)密封連接，然后進行滾槽封口；d)常溫下擱置5～24小時，然后進行化成和分選處理。
所述的化成和分選的工藝可以采用下述方法(1)電池先以0.05C充電2小時；(2)初步充電后的電池在烘箱內擱置12～24小時，溫度為40～60℃；(3)將電池從烘箱內取出，待冷至常溫后，以0.1C倍率對電池充電12小時，然后0.1C放電至1.0V；(4)以0.2C倍率充電6小時，然后以0.2C放電至1.0V；(5)以0.2C倍率充電6小時，然后以0.2C放電至1.0V，篩選合格的電池。
具體地敘述，本發(fā)明較優(yōu)的鎳氫電池制造工藝可以按以下步驟進行
(a)將正極原料制粉，按照40～80％(重量比)β-Ni(OH)2+10～50％石墨粉+1～8％CoO+0～5％鎳粉混合，先將干粉攪拌均勻，然后邊攪拌邊添加正極粉料總重量的3～10％的電解液攪拌至均勻；電解液的配方為7MKOH+0～300gNaOH/L+10～30gLiOH/L；將攪拌好的正極粉料放入打環(huán)機，壓制成正極環(huán)，然后將正極環(huán)裝入內表面噴涂石墨乳的電池鋼殼；(b)負極采用泡沫拉槳或銅網干粉軋制的方法先制成負極極片，焊上極耳后卷成圓柱狀，在負極柱外包上1～3層絕緣隔膜后插入環(huán)狀正極的中間；(c)在電池殼體中注入其余欲加入的電解液，然后將負極極耳與殼蓋焊接，將殼蓋與電池殼體通過絕緣環(huán)密封連接，經過滾槽和封口，得到電池半成品；(d)電池在常溫下擱置5～24小時，然后進行化成和分選處理，篩選出合格的電池。
本發(fā)明所述的一種金屬氫化物-鎳電池，尤其是適合于小電流放電條件下使用的金屬氫化物-鎳電池，與常規(guī)的鎳氫電池相比，其有益效果主要體現在(1)簡化了生產流程，減少了生產環(huán)節(jié)和設備投入；(2)大幅度降低了生產成本，成本可以降低20％以上；(3)生產效率可提高2～5倍。


圖1為本發(fā)明所述金屬氫化物-鎳電池的制備方法的工藝流程圖。
具體實施方式
下面結合實施例對本發(fā)明作進一步說明，但本發(fā)明的保護范圍并不限于此。
實施例1正極配比65％(重量比)β-Ni(OH)2+30％石墨粉+3％CoO+2％鎳粉，干粉攪拌均勻，然后添加正極粉料總重的10％的電解液，繼續(xù)攪拌均勻，電解液的配方為7M KOH+300gNaOH/L+25gLiOH/L。攪拌好的正極粉料在打環(huán)機中壓制成正極粉環(huán)，每節(jié)電池中加三個粉環(huán)，粉環(huán)的尺寸為外徑l3.3mm，內徑9.0mm，高度為14.0mm，每個粉環(huán)的重量為3.7±0.1g；負極片尺寸為(100±1)×(44.0±0.05)×(0.30±0.01)(mm)，重量約為9.0±0.1g。負極采用市售的稀土系貯氫合金，采用泡沫拉漿的的方法制成負極片，焊上極耳后卷繞成圓柱狀，外周直徑約為8.5mm，然后在負極柱外包裹上一層聚丙烯無紡布隔膜，裝入正極粉環(huán)中，然后注入2.1g電解液，將極耳與殼蓋焊接，殼蓋與電池殼體通過絕緣環(huán)密封連接，再經滾槽和封口后，得到電池半成品，，-常溫下擱置5小時，然后進行化成和分選處理?；珊头诌x的工藝為(1)電池先以0.05C充電2小時；(2)初步充電后的電池在烘箱內擱置24小時，溫度為50℃；(3)將電池從烘箱內取出，待冷至常溫后，以0.1C倍率對電池充電12小時，然后0.1C放電至1.0V；(4)以0.2C倍率充電6小時，然后以0.1C放電至1.0V；(5)以0.2C倍率充電6小時，然后以0.2C放電至1.0V，篩選出合格的電池。
制備了5節(jié)電池，結果如下表
實施例2正極配比50％(重量比)β-Ni(OH)2+45％墨粉+3％CoO+2％鎳粉，干粉攪拌均勻，然后添加10％正極粉料總重的電解液，繼續(xù)攪拌均勻，電解液的配方為7M KOH+300gNaOH/L+25gLiOH/L。攪拌好的正極粉料在打環(huán)機中壓制成正極粉環(huán)，每節(jié)電池中加三個粉環(huán)，粉環(huán)的尺寸為外徑9.6mm，內徑4.2mm，高度為12.0mm，每個粉環(huán)的重量為1.9±0.1g；負極片尺寸為(60±1)×(37.0±0.05)×(0.26±0.01)(mm)，重量約為3.8±0.1g。負極極片制法如例1，焊上極耳后卷繞成圓柱狀，外周直徑約為4.0mm，然后在負極外包裹上一層聚丙烯無紡布隔膜，裝入正極粉環(huán)中，然后注入1.0g電解液，將極耳與殼蓋焊接，再將殼蓋與電池殼體通過絕緣環(huán)密封連接，經過滾槽和封口后常溫下擱置5小時，然后進行化成和分選處理?；珊头诌x的工藝為(1)電池先以0.05C充電2小時；(2)初步充電后的電池在烘箱內擱置24小時，溫度為50℃；(3)將電池從烘箱內取出，待冷至常溫后，以0.1C倍率對電池充電12小時，然后0.1C放電至1.0V；(4)以0.2C倍率充電6小時，然后以0.2C放電至1.0V；(5)以0.2C倍率充電6小時，然后以0.2C放電至1.0V，篩選出合格的電池。
制備的5節(jié)電池結果如下表
實施例3正極配比65％(重量比)β-Ni(OH)2+30％墨粉+3％CoO+2％鎳粉，干粉攪拌均勻，然后添加10％正極粉料總重的電解液，繼續(xù)攪拌均勻，電解液的配方為7M KOH+300gNaOH/L+25gLiOH/L。攪拌好的正極粉料在打環(huán)機中壓制成正極粉環(huán)，每節(jié)電池中加三個粉環(huán)，粉環(huán)的尺寸為外徑9.6mm，內徑4.2mm，高度為12.0mm，每個粉環(huán)的重量為1.8±0.1g；負極片尺寸為(60±1)×(37.0±0.05)×(0.26±0.01)(mm)，重量約為3.8±0.1g。負極極片采用銅網干粉軋制的方法成型，焊上極耳后卷繞成圓柱狀，外周直徑約為4.0mm，然后在負極外包裹上一層聚丙烯無紡布隔膜，裝入正極粉環(huán)中，然后注入1.0g電解液，將極耳與殼蓋焊接，殼蓋與電池殼體通過絕緣環(huán)密封連接，經滾槽封口后，得到電池半成品，常溫下擱置5小時，然后進行化成和分選處理。化成和分選的工藝為(1)電池先以0.05C充電2小時；(2)初步充電后的電池在烘箱內擱置24小時，溫度為50℃；(3)將電池從烘箱內取出，待冷至常溫后，以0.1C倍率對電池充電12小時，然后0.1C放電至1.0V；(4)以0.2C倍率充電6小時，然后以0.2C放電至1.0V；(5)以0.2C倍率充電6小時，然后以0.2C放電至1.0V，篩選出合格的電池。
制備的5節(jié)電池結果如下表
權利要求
1.一種金屬氫化物-鎳電池，包括電池殼體、殼蓋、容在殼體內的電解液、正極片、負極片及夾于正極片、負極片之間的絕緣隔膜，所述的電池殼體與所述的殼蓋通過絕緣環(huán)密封連接，其特征在于所述的正極片成中空的環(huán)狀結構為正極環(huán)，所述的負極片成柱狀結構為負極柱，所述的負極柱通過絕緣隔膜與正極環(huán)套接，所述的正極環(huán)與電池殼體電連接，所述的負極柱通過極耳與殼蓋電連接。
2.如權利要求1所述的金屬氫化物-鎳電池，其特征在于所述的正極環(huán)的重量組成成分為40～80％的β-Ni(OH)2、10～50％的石墨粉、1～8％的CoO、0～5％的鎳粉。
3.如權利要求2所述的金屬氫化物-鎳電池，其特征在于所述的正極環(huán)的重量組成成分為65％β-Ni(OH)2、30％石墨粉、3％CoO、2％鎳粉。
4.如權利要求2所述的金屬氫化物-鎳電池，其特征在于所述的電解液的組成為7M KOH、0～300gNaOH/L、10～30g LiOH/L。
5.如權利要求2所述的金屬氫化物-鎳電池，其特征在于負極為純凈貯氫合金粉末。
6.如權利要求2所述的金屬氫化物-鎳電池，其特征在于所述的在電池殼體中注入電解液的重量為正極和負極總重量的10～30％。
7.如權利要求5所述的金屬氫化物-鎳電池，其特征在于負極為稀土系貯氫合金。
8.如權利要求1所述的金屬氫化物-鎳電池，其特征在于所述的正極環(huán)為2～4個。
9.一種制備如權利要求1所述金屬氫化物-鎳電池的方法，包括以下步驟a)將正極環(huán)的組分原料制粉并混合均勻，壓制成環(huán)狀，裝入電池殼體，使正極環(huán)與電池殼體接觸；b)負極極片焊上極耳后卷成柱狀，并在負極柱外包上絕緣隔膜后插入正極環(huán)中間；c)在殼體中注入電解液，將負極極耳與殼蓋焊接，，然后滾槽和封口；d)常溫下擱置5～24小時，進行化成、分選處理。
10.如權利要求9所述的金屬氫化物-鎳電池的制備方法，其特征在于所述的步驟a)為將正極環(huán)的組分原料制粉后加入正極組分原料總重量3～10％的電解液，再混合均勻后壓制成環(huán)狀，裝入電池殼體，使正極環(huán)與電池殼體接觸。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種金屬氫化物－鎳電池，尤其適合于小電流放電條件下使用的金屬氫化物－鎳電池。該金屬氫化物－鎳電池包括電池殼體、殼蓋、容在殼體內的電解液、正極片、負極片及夾于正極片、負極片之間的絕緣隔膜，所述的電池殼體與所述的殼蓋通過絕緣環(huán)密封連接，電池采用反極結構，所述的正極片成中空的環(huán)狀結構為正極環(huán)，所述的負極片成柱狀結構為負極柱，所述的負極柱通過絕緣隔膜與正極環(huán)套接，所述的正極環(huán)與電池殼體電連接，所述的負極柱通過極耳與殼蓋電連接。本發(fā)明提供的金屬氫化物－鎳電池結構簡單，生產環(huán)節(jié)少，生產成本和設備投入低，生產效率高。
文檔編號H01M4/24GK1776953SQ20051006095
公開日2006年5月24日 申請日期2005年9月29日 優(yōu)先權日2005年9月29日
發(fā)明者張文魁, 涂江平, 黃輝, 甘永平 申請人:浙江工業(yè)大學