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CN111916581A - 一种大容量可充电镍氢电池及制造方法 - Google Patents

一种大容量可充电镍氢电池及制造方法 Download PDF

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王能军
王文周
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Abstract

本发明公开了一种大容量可充电镍氢电池及制造方法，属于电池领域，一种大容量可充电镍氢电池，包括以下材料：电池正极片、电池负极片、正极极耳、负极极耳、电解液、隔离膜、钢壳、盖帽和密封圈，所述电池正极片为氢氧化镍正极片，所述电池负极片为储氢合金负极片。本方案的镍氢电池的制造方法，步骤简单，操作方便，且保证了在过充电、过放电反应过程中可以更加有效的提升电池的耐过充过放性能，优良的耐过充过放电性能大幅度的提升了电池使用的安全性能，解决了现有的镍氢电池制造技术中镍氢电池的制造工艺非常麻烦，导致镍氢电池生产效率较低，且安全性能较低的问题。

Description

一种大容量可充电镍氢电池及制造方法
技术领域
本发明涉及电池技术领域，具体为一种大容量可充电镍氢电池及制造方法。
背景技术
镍氢电池是一种性能良好的蓄电池，镍氢电池分为高压镍氢电池和低压镍氢电池，镍氢电池正极片活性物质为Ni（OH）2（称NiO电极），负极片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6mol/L氢氧化钾溶液，镍氢电池作为氢能源应用的一个重要方向越来越被人们注意。
由于化石燃料在人类大规模开发利用的情况下越来越少，近年来，氢能源的开发利用日益受到重视，镍氢电池作为氢能源应用的一个重要方向越来越被人们注意，然而现有的镍氢电池制造技术中镍氢电池的制造工艺非常麻烦，导致镍氢电池生产效率较低，且安全性能较低。
发明内容
（一）解决的技术问题
1．要解决的技术问题
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种大容量可充电镍氢电池及制造方法，具备操作简单和安全性能高的优点，解决了现有的镍氢电池制造技术中镍氢电池的制造工艺非常麻烦，导致镍氢电池生产效率较低，且安全性能较低的问题。
（二）技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种大容量可充电镍氢电池，包括以下材料：电池正极片、电池负极片、正极极耳、负极极耳、电解液、隔离膜、钢壳、盖帽和密封圈，所述电池正极片为氢氧化镍正极片，所述电池负极片为储氢合金负极片。
优选的，所述隔离膜材质为维尼纶、聚丙烯或尼龙中的一种或三种的复合层，单层厚度为0.01-0.02mm，三种的复合层厚度为0.02-0.025mm。
优选的，所述电解液是由组成为KOH、LiOH和NaOH混合而成，所述KOH、LiOH和NaOH的重量比为：KOH：LiOH：NaOH=40:1:3。
优选的，所述钢壳为圆柱形，一端开口，厚度为0.2mm，所述钢壳的材质为CPCEN钢材，所述钢壳的内外层均镀有镍。
优选的，所述盖帽的材质为CCPC钢材，表面镀镍，所述盖帽的反面的中间设置有防爆球，所述防爆球的材质为三元乙丙橡胶。
优选的，所述密封圈为中空圆形，内径和盖帽配套，外径和钢壳内径配套，所述密封圈的底部有突出的台阶，所述密封圈的材料为尼龙-66。
本发明要解决的另一技术问题是提供一种大容量可充电镍氢电池的制造方法，包括以下步骤：
步骤一、根据需求将备好的电池正极片和电池负极片裁成需要的小条正极极片和小条负极极片；
步骤二、将步骤一中裁好的小条正极极片、小条负极极片和隔离膜通过卷绕机卷绕组合在一起，且隔离膜放置在小条正极极片和小条负极极片之间，完成贴胶后，形成裸电芯；
步骤三、将步骤二中形成的裸电芯进行短路测试，若无发生短路现象，首先将绝缘垫片放入钢壳内；
步骤四、在恒温条件下，用真空烘烤机烘干步骤三中测试合格的电芯，真空度为-0.095-0.10Mpa，每小时抽一次真空注一次氮气，氮气气压不大于0.5Mpa；
步骤五、将步骤四中烘干的裸电芯放入钢壳内，用电焊机将负极极耳焊接在钢壳底部；
步骤六、将装好裸电芯的钢壳开口端用滚槽机滚出1mm左右深的槽，接着在真空的环境下将电解液加入到步骤五中的钢壳内，并将裸电芯完全封住；
步骤七、用激光焊把正极极耳焊接在盖帽上，并将密封圈与盖帽组合在一起，接着将盖帽与钢壳焊接在一起，最后采用电池封口胶进行封口，即可制造出镍氢电池。
（三）有益效果
与现有技术相比，本发明提供了一种大容量可充电镍氢电池及制造方法，具备以下有益效果：
1、本方案的镍氢电池的制造方法，步骤简单，操作方便，且保证了在过充电、过放电反应过程中可以更加有效的提升电池的耐过充过放性能，优良的耐过充过放电性能大幅度的提升了电池使用的安全性能，解决了现有的镍氢电池制造技术中镍氢电池的制造工艺非常麻烦，导致镍氢电池生产效率较低，且安全性能较低的问题。
2、隔离膜具备离子透过度大、机械性强度适当、本身为绝缘体、不与电解液及电极发生反应的优点，在使用的过程中可以避免电池正极极片和电池负极极片上的活性物质直接接触而造成电池内部的短路。
3、通过CPCEN钢材为电池钢壳，使得镍氢电池具有耐强碱液腐蚀，柔韧性好，耐深冲的优点，通过设置防爆球可避免镍氢电池发生爆炸的现象，提高镍氢电池的安全性。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
一种大容量可充电镍氢电池，包括以下材料：电池正极片、电池负极片、正极极耳、负极极耳、电解液、隔离膜、钢壳、盖帽和密封圈，所述电池正极片为氢氧化镍正极片，所述电池负极片为储氢合金负极片
进一步的，所述隔离膜材质为维尼纶、聚丙烯或尼龙中的一种或三种的复合层，单层厚度为0.01-0.02mm，三种的复合层厚度为0.02-0.025mm，维尼纶、聚丙烯和尼龙中均具备离子透过度大、机械性强度适当、本身为绝缘体、不与电解液及电极发生反应的优点。
进一步的，所述电解液是由组成为KOH、LiOH和NaOH混合而成，所述KOH、LiOH和NaOH的重量比为：KOH：LiOH：NaOH=40:1:3。
进一步的，所述钢壳为圆柱形，一端开口，厚度为0.2mm，所述钢壳的材质为CPCEN钢材，所述钢壳的内外层均镀有镍，CPCEN钢材具有耐强碱液腐蚀，柔韧性好，耐深冲的优点。
进一步的，所述盖帽的材质为CCPC钢材，表面镀镍，所述盖帽的反面的中间设置有防爆球，所述防爆球的材质为三元乙丙橡胶，通过设置防爆球可避免镍氢电池发生爆炸的现象，提高镍氢电池的安全性。
进一步的，所述密封圈为中空圆形，内径和盖帽配套，外径和钢壳内径配套，所述密封圈的底部有突出的台阶，所述密封圈的材料为尼龙-66。
一种大容量可充电镍氢电池的制造方法，包括以下步骤：
步骤一、根据需求将备好的电池正极片和电池负极片裁成需要的小条正极极片和小条负极极片；
步骤二、将步骤一中裁好的小条正极极片、小条负极极片和隔离膜通过卷绕机卷绕组合在一起，且隔离膜放置在小条正极极片和小条负极极片之间，完成贴胶后，形成裸电芯，以避免两极上的活性物质直接接触而造成电池内部的短路；
步骤三、将步骤二中形成的裸电芯进行短路测试，若无发生短路现象，首先将绝缘垫片放入钢壳内；
步骤四、在恒温条件下，用真空烘烤机烘干步骤三中测试合格的电芯，真空度为-0.095-0.10Mpa，每小时抽一次真空注一次氮气，氮气气压不大于0.5Mpa。
步骤五、将步骤四中烘干的裸电芯放入钢壳内，用电焊机将负极极耳焊接在钢壳底部；
步骤六、将装好裸电芯的钢壳开口端用滚槽机滚出1mm左右深的槽，接着在真空的环境下将电解液加入到步骤五中的钢壳内，并将裸电芯完全封住；
步骤七、用激光焊把正极极耳焊接在盖帽上，并将密封圈与盖帽组合在一起，接着将盖帽与钢壳焊接在一起，最后采用电池封口胶进行封口，即可制造出镍氢电池。
由上述方法制成的镍氢电池在正常和过充电、过放电过程中的电化学反应如下：
正常充电时：
正极反应：Ni(OH)2 + OH- → NiOOH + H2O + e-
负极反应：M + H2O + e- → MH + OH-
总反应：M + Ni(OH)2 → MH + NiOOH
正常放电时：
正极：NiOOH + H2O + e- → Ni(OH)2 + OH-
负极：MH + OH- → M + H2O + e-
总反应：MH + NiOOH → M + Ni(OH)2
过充电时：
正极：4OH- → 2H2O + O2 + 4e-
负极：4M + 4H2O +4e- → 4MH +4OH-
4MH+O2 → 4M+2H2O
总反应：无物质消耗
过放电时：
正极：H2O + e- → 1/2H2 + OH-
负极：MH+OH-→H2O+M+e-
M +1/2H2 → MH
总反应：无物质消耗
可见，无论是在正常反应条件下还是在过充电、过放电反应条件下镍氢电池反应只是物质在电池正负极之间的转移，不会消耗电池的电解液和电池的内部成分，可以实现电池内部物质的自平衡，这就从原理上保证了电池具备良好的过充电和过放电特性，镍氢电池的负极是由50%左右的镍组成的，在不断的电化学反应过程中实现了镍在合金表层的富集，由于在电化学体系下镍为电化学反应的优良催化剂，加之在电池设计过程中考虑到电池的动力学特性，设计了放电储备、充电储备，就保证了在过充电、过放电反应过程中可以更加有效的提升电池的耐过充过放性能，优良的耐过充过放电性能大幅度的提升了电池使用的安全性能。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种大容量可充电镍氢电池，其特征在于：包括以下材料：电池正极片、电池负极片、正极极耳、负极极耳、电解液、隔离膜、钢壳、盖帽和密封圈，所述电池正极片为氢氧化镍正极片，所述电池负极片为储氢合金负极片。
2.根据权利要求1所述的一种大容量可充电镍氢电池，其特征在于：所述隔离膜材质为维尼纶、聚丙烯或尼龙中的一种或三种的复合层，单层厚度为0.01-0.02mm，三种的复合层厚度为0.02-0.025mm。
3.根据权利要求1所述的一种大容量可充电镍氢电池，其特征在于：所述电解液是由组成为KOH、LiOH和NaOH混合而成，所述KOH、LiOH和NaOH的重量比为：KOH：LiOH：NaOH=40:1:3。
4.根据权利要求1所述的一种大容量可充电镍氢电池，其特征在于：所述钢壳为圆柱形，一端开口，厚度为0.2mm，所述钢壳的材质为CPCEN钢材，所述钢壳的内外层均镀有镍。
5.根据权利要求1所述的一种大容量可充电镍氢电池，其特征在于：所述盖帽的材质为CCPC钢材，表面镀镍，所述盖帽的反面的中间设置有防爆球，所述防爆球的材质为三元乙丙橡胶。
6.根据权利要求1所述的一种大容量可充电镍氢电池，其特征在于：所述密封圈为中空圆形，内径和盖帽配套，外径和钢壳内径配套，所述密封圈的底部有突出的台阶，所述密封圈的材料为尼龙-66。
7.一种大容量可充电镍氢电池的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、根据需求将备好的电池正极片和电池负极片裁成需要的小条正极极片和小条负极极片；
步骤二、将步骤一中裁好的小条正极极片、小条负极极片和隔离膜通过卷绕机卷绕组合在一起，且隔离膜放置在小条正极极片和小条负极极片之间，完成贴胶后，形成裸电芯；
步骤三、将步骤二中形成的裸电芯进行短路测试，若无发生短路现象，首先将绝缘垫片放入钢壳内；
步骤四、在恒温条件下，用真空烘烤机烘干步骤三中测试合格的电芯，真空度为-0.095-0.10Mpa，每小时抽一次真空注一次氮气，氮气气压不大于0.5Mpa；
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步骤七、用激光焊把正极极耳焊接在盖帽上，并将密封圈与盖帽组合在一起，接着将盖帽与钢壳焊接在一起，最后采用电池封口胶进行封口，即可制造出镍氢电池。
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