专利名称：镍/氢化物电池生产工艺的制作方法
技术领域：
本发明公开了一种镍/氢化物电池生产工艺技术，它属于电化学技术领域，也属于日用生活品技术领域，还属于机械制造技术领域。
镍/氢化物电池是近几年脱颖而出的新一代高比能量化学电源，倍受各国和电池厂家的极大关注，其原因在于军工、电子、通讯、家用电器和玩具业等行业对高能量、快充电、长寿命的可充电电池需求量日益增长，对电池性能要求也不断提高。镍/氢化物电池既可用于各类电源诸如移动通讯、便携式计算机、各种电动玩具、摄像机、照像机、便携式仪器仪表等的配套电源，也可用作无绳电动工具和电动车辆动力电源。此外，世界各国对防止环境污染的控制要求越来越严格，一此发达国家，如美国、德国已明确要求对现用的镍/镉电池进行限制性使用，并逐步用被称为“绿色电源”的镍/氢化物电池进行替代，其主要原因是(1)镍/氢化物电池的高电容量和高能量密度，可达同体积镍/镉电池的1.5-2.0倍；(2)可以快速充电，目前使用的常规可充电电池均难具备1C率(1小时)快充性能，而镍/氢化物电池一般可允许1C率快充，甚至可以3C率快充，设计良好的电池加上适宜的充电器可能只需几分钟或十几分钟内就能完成充电；(3)无记忆效应，镍/镉电池由于记忆效应，常要求正确的充放电深度和贮存方式，给用户带来不便，而镍/氢化物电池则无此限制；(4)不含有害成份，对环境几乎没有污染，被称为21世纪的”绿色电源”；(5)与目前使用的镍/镉电池可以互换，可选择镍/氢化物电池替代镍/镉电池。
已有的镍/氢化物电池的生产工艺，是以泡沫镍基体充填氢氧化亚镍为正极、添充贮氢合金为负极的制备方法，或者以烧结镍正极、泡沫镍填充负极的制备方法本发明的目的是镍/氢化物电池有其特殊性，不能完全移植镍/镉电池的生产技术，本发明就是要研究、确定适合于镍/氢化物电池的电极配方、电极结构和工艺，电池装配等工艺技术，在保证电池高技术指标的同时，又要降低生产成本；既选择投资小、工艺简单，又适合于大规模工为生产的工艺技术；既从工艺、设备和质量控制标准多方面统筹考虑，又要保证产品质量稳定性、可靠性和均匀性。
本发明的目的是这样实现的1、工作原理镍/氢化物电池采用高性能镍电极为正极，贮氢电极为负极，充放电基本反应如下正常充放电正 极负 极总反应过充电正极负极复合反应过放电正极负极2、电池构造和生产工艺电池采用箔式电极制造。以Ni(OH)2为活性物质的镍正极片、以贮氢材料为负极片和无纺维尼龙布隔膜叠合在一起卷绕成型，装入镀镍钢筒内，然后注入含LiOH的KOH电解液，化成后，加防爆盖封口而成。(1)高容量泡沫镍正极的生产工艺技术泡沫镍正极的质量是镍/氢化物电池的关键技术之一。①发泡镍基体的选择泡沫镍基本技术指标为厚度2.0mm；孔径0.3-0.5mm；孔率≥95％；重量＜30mg/cm2强度和韧性适中。
②高活性Ni(OH)2的优化使用的Ni(OH)2应达到粒度200目以下；球状B型；密度大于1.8g/cm3；容量大于250mAh/g。③复合粘接剂经筛选，最后确定以PTFE、PVA、聚氨脂、环氧树脂、CMC等按选择确定的比例配成一种复合粘结剂。使用这种粘结剂制备的镍正极的强度和韧性符合要求。④添加剂的选择活性物质的组成对电极性能影响很大。由于Ni(OH)2属于P型半导体材料，导电性很差，利用率低。因此，必须加入适当的导电剂、活化剂。本发明除采用镍粉、钴粉、乙炔黑、石墨等常用添加剂外，还加入一定量的金属去极化剂和过渡金属氧化物等作添加剂，使Ni(OH)2利用率达95％以上。⑤发泡镍电极生产工艺Ni(OH) 粘结剂 泡沫镍↓ ↓ ↓导电材料—→混料—→调浆—→填充—→烘干—→整片—→备用(2)镍/氢化物负极生产工艺技术镍/氢化物电池的负极生产工艺技术，也是本发明电池的关键技术之一。①贮氢材料本发明所用的贮氢合金为Mm(或M1)(NiCoMnAl)5。合金的粒度为200目，容量＞250mAh/g，钴含量＞7％。②拉浆负极工艺拉浆工艺是将活性物质配成浆膏，把它均匀涂复在金属基体上，连续、快速地生产。拉浆负极的技术关键是选择合适的添加剂、去极化剂和复合粘结剂。在调浆过程中要严格控制好膏料的粘度，具体措施是选用适当厚度和网孔的镀镍钢带或镍带作集流体；使用一定配比的添加剂，去极化剂和复合粘结剂；与MH材料均匀混合后，把膏料调成一定粘度，使膏料均匀粘附在集流体上，通过专用的烘干炉干燥后，再滚压成所需要厚度的极片带，然后裁剪成MH电极片。
拉浆负极制作工艺过程如下添加剂 粘结剂 集流体↓ ↓ ↓MH粉料—→浆料—→调浆—→刮浆—→烘干—→压片—→后处理③发泡镍填充负极生产制造出以发泡镍为基体的贮氢负极，关键是一要选择好基体；二要调好膏料，泡沫填充用浆料可以与刮浆浆料配方相同，适当调整粘度；三要进行电极的后处理，具体生产工艺过各如下MH粉↓添加剂}—→混料—→调膏—→填充—→烘干—→压片—→后处理活化剂↑ ↑粘结剂 泡沫铜(或镍)(3)电池装配和后处理镍/氢化物电池的组装可以借鉴同类型镍/镉电池组装工艺，但还需对组成电池的三要素电极、隔膜、电解液采取一些改进措施。具体措施有①采用有机聚合物溶液对正、负极表面进行处理，防止在充放电过程中表面脱粉，减小自放电；②对购用的无纺尼龙隔膜进行后处理，使之有利于电池的装备；③精确控制电解液成份和注入量，保证电池内部气体复合。④选用专用的密封胶以保证电池的密封性。
装配工艺步骤如下正、负极片→卷绕←隔膜↓装配→滚槽→注电解液→化成→后处理↓包装←质检分类←封口
3、原材料评价方法和分析测试技术为实现控制产品质量，确定了检测按确定出的生产工艺生产的电池产品的质量标准。
图1是本发明的镍氢化物电池结构图，图2是本发明镍氢化物电池(以AA型为例)的放电曲线。
与已有技术相比较，本发明已达到的技术效果1)电池比能量高Ni/MH电池的比能量在圆柱型密封电池中可达～50瓦时/公斤，在方型电池中可达到70瓦时/公斤以上，比同类Ni/Cd电池放电容量高约一倍，即Ni/MH电池放电时间长一倍。
2)可以快速充电前使用的可充电池均难具备1C率(1小时)快充性能，而Ni/MH电池可允许1C率快充，甚至可以以3C率快充。设计良好的电池加上适宜充电器可能完成几分钟或十几分钟内充电。
3)清洁无污染在Ni/MH电池生产过程中不使用(或仅含微量)有害元素，被称为“绿色电池”。目前，大多蓄电池大量使用Cd、Hg或Pd等有害元素。
4)无记忆效应镍镉电池由于记忆效应，常要求正确的充放电深度和贮存方式，给用户带来不便。Ni/MH电池则无此限制。
图1是圆柱型镍/氢化物电池结构示意图。图1中1-镍正极片；2-隔膜；3-贮氢负极片；4-正极集流带；5-密封圈；6-防爆橡胶球；7-电池帽盖。
图2是AA型镍/氢化物电池放电性能曲线。图2中1-0.2C率放电曲线；2-0.5C率放电曲线；3-1C率放电曲线；4-3C率放电曲线。
实施例按上述制备镍正极的方法，将一定比例的氢氧化亚镍、导电剂、粘结剂、添加剂等调成浆料，经机械滚压填充至金属多孔基体中，干燥后碾压成正极片。按上述的拉浆方法将贮氢合金粉、粘结剂、添加剂等调成浆料，经拉浆炉均匀涂复至穿孔镍带两边，干燥碾压后裁剪成负极片。将正、负极片以维尼龙无纺隔膜隔离在卷绕机上卷绕成电池芯；放置于Φ16.5×50mm的镀镍钢筒中，注入碱液，开口化成，然后甩干电液，加密封盖，点焊正极，封口清洗干净，即成A型镍氢化物电池成品。
权利要求
1.一种新型的Ni/MH电池，其特征在于本发明是以多元混合稀土贮氢合金通过连续拉浆法生产负极，新型轻质多孔金属基体连续滚压法充填活性氢氧化亚镍为正极，无纺维尼龙布作隔膜，将它们叠合在一起卷绕成型，装入镀镍钢筒内，并注入含LiOH的KOH电解液，化成后，加防爆盖封口而成；
2.按权利要求1所述的Ni/MH电池，其特征在于贮氢负极的拉浆生产工艺，它是将贮氢合金粉、导电剂、添加剂与多元复合粘结剂搅拌成浆料，均匀涂复在穿孔金属泊带两边；经烘干后，放入有机溶剂中洗涤除去粘结剂中杂质，并促进聚合物纤维化；然后碾压成厚度为≥0.38到0.4mm极片；
3.按权利要求1和2的镍氢化物电池的制造方法，其特征在于负极浆料的配方为，贮氢合金粉≥80到85％，导电剂≥5到10％，金属氧化物去极化剂≥3到5％，多元复合粘剂5％(含氟塑料≥3到3.5％，环氧树脂、氨基树脂、酚醛树脂的混合物1％左右，甲基纤维素≥0.5到1％)；
4.按权利要求1所述的Ni/MH电池，其特征在于高容量正极制备，它是将高密度球性β-Ni(OH)2经过化学镀使表面形成局部金属膜，以增加正极活性物质导电性；将这种正极活性物质含量≥80到85％，导电剂(镍粉、石墨)≥2到5％，去极化剂(含钴粉、氢氧化钴及微量镉粉)≥5到6％，与混合粘结剂5％左右(氟塑料≥2到3％，水溶性聚合物≥0.5到1％，树脂胶的混合物≥1到1.5％，羧甲基纤维素≥0.5到1％)混合均匀，调成浆料，经专用机械连续均匀地填充至多孔正极基板中；
5.按权利要求1所述的镍氢化物电池，其特征在于按本发明的配方制备的负极浆料填充置多孔泡沫铜(或镍)基体中，可以生产高性能负极片。
全文摘要
本发明公开了一种镍/氢化物电池生产工艺技术，它属于电化学或/和日用生活品技术领域。它是以稀土贮氢合金为负极，新型多孔镍基体填充高活性氢氧化亚镍为正极，合理装配化成的可充电电池新技术和质控体系。本发明电池比能量高，为常规镍/镉电池放电容量的1.5-2.0倍，具有1C率(1小时以内)的快充电性能，且没有“记忆效应”，还克服了泄气、液漏问题，是一种具有广泛应用前景的先进二次电池。这种电池的制造中正极采用多次连续滚压填充活性物质方法，负极采用金属穿孔的泊带拉浆连续生产新工艺，结合优化的正负极工艺配方，克服了通常生产工艺的不均匀性，同时提高了生产效率。
文档编号H01M10/30GK1134047SQ9510441
公开日1996年10月23日 申请日期1995年4月19日 优先权日1995年4月19日
发明者杨汉西, 刘金城, 胡容晖, 李升宪, 钟发平, 吴锋 申请人:武汉大学