專利名稱：：一種鎳鋅二次電池正極的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及鎳鋅二次電池
技術(shù)領(lǐng)域：
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背景技術(shù)：
：隨著各種電動(dòng)設(shè)備朝著小型化、便攜化的方向發(fā)展，電池得到了越來越廣泛的應(yīng)用。電池可以分為一次電池和二次電池，一次電池》丈完電以后無法再充電，只能廢棄。二次電池又稱為可充電電池，在》文完電以后，可以再進(jìn)行充電，循環(huán)使用。所以，在電動(dòng)工具、電動(dòng)玩具中，普遍采用二次電池。鎳鎘電池是傳統(tǒng)上使用得較多的一種二次電池，但鎳鎘電池因?yàn)樨?fù)極中使用了有毒物質(zhì)鎘，已經(jīng)有越來越多的國(guó)家對(duì)鎳鎘電池的使用進(jìn)行限制。解決之道就是要尋找鎳鎘電池的替代品。鎳氫電池是其中的一種，但鎳氬電池的成本較高。除此之外，鎳鋅電池漸漸進(jìn)入人們的視野，鎳鋅電池中的負(fù)極使用鋅，代替了以往使用的鎘，鋅是無毒的，對(duì)環(huán)境友好。并且，生產(chǎn)鎳鋅電池可以在很大程度上使用鎳鎘電池的生產(chǎn)設(shè)備，降低生產(chǎn)投入成本。鎳鋅電池的電芯由正極、負(fù)極以及處于正負(fù)極之間的絕緣隔膜組成。正極是在載流體上涂覆正極材料制成。載流體的作用主要在于兩個(gè)方面，一個(gè)方面是提供了正極材料依附的載體，另一個(gè)方面是收集正極材料發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的電流，起到導(dǎo)電的作用。在傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝中，正極的載流體選用發(fā)泡鎳。發(fā)泡鎳是在帶有大量孔隙的塑料泡沫上鍍金屬鎳而制成的，具有良好的孔隙率與導(dǎo)電性，但隨著鎳價(jià)的上漲，發(fā)泡鎳的價(jià)格也隨之上升，導(dǎo)致電池的成本不斷增加。另外，鎳屬于重金屬，擴(kuò)散到環(huán)境中以后，也會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生不良影響，所以，尋找價(jià)格低廉、環(huán)境友好的材料替代發(fā)泡鎳作為正極載流體成為十分重要的課題。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的技術(shù)解決問題是克服現(xiàn)有技術(shù)中使用發(fā)泡鎳作為電池正極載流體的不足之處，提供一種新型鎳鋅電池的正極。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是鎳鋅二次電池正極，由載流體以及涂覆于載流體上的正極材料構(gòu)成，載流體為石墨紙，或?yàn)樵诨w材料上涂覆石墨、碳黑、碳粉、碳纖維、鎳粉、金屬粉末或金屬纖維中的一種或幾種構(gòu)成，正極材料由活性材料、導(dǎo)電材料、添加劑、粘結(jié)劑組成。石墨紙由作為主體材料的含碳量80%~99.99%WT的碳纖維與作為填充材料的含碳量80。/()~99.99%WT的碳纖維粉或石墨粉或碳粉或其組合構(gòu)成。其厚度為0.1mm0.4mm,抗拉強(qiáng)度為大于等于3MPa，石墨純度為80%~99.99%?；w材料為不與電池的電解液發(fā)生反應(yīng)的材料，可以為尼龍、或維尼綸、或聚烯烴、或氟化聚烯烴、或聚酰胺，或上述材料中的一種或幾種通過單層或多層復(fù)合而成。厚度為0.1mm0.35mm，抗拉強(qiáng)度為大于等于3MPa。在基體材料上涂覆石墨等是采用浸涂、噴涂或輥壓的方式涂覆。正極材料中的活性材料為氫氧化鎳，重量百分比為60%~80%;添加劑為鈷或鈷的化合物、鋅或鋅的氧化物、稀土元素及其化合物，重量百分比為3%~10%。導(dǎo)電材料為石墨、碳黑、碳粉、碳纖維、鎳粉、金屬粉末或金屬纖維中的一種或幾種組成，重量百分比為15%~25%。粘結(jié)劑為羧曱基纖維素鈉(CMC)、羥丙基曱基纖維素(HPMC)、聚四氟乙烯(PTFE)、丁苯橡膠(SBR)、聚乙烯醇(PVA)中的一種或幾種，重量百分比為1%~5%。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是使用由石墨紙或在基體材料上涂覆石墨等材料構(gòu)成的載流體作為電池正極的載流體，克服了以往使用發(fā)泡鎳作為電池正極載流體傳統(tǒng)做法的不足之處，可以大大降低鎳的使用量，從而大大降低成本，并且減輕了環(huán)境污染。圖1為本發(fā)明的使用石墨紙作為電池電極載流體的電池正極結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的使用在基體材料上涂覆石墨等作為電池電極載流體的電池正極結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施例方式實(shí)施例1:本實(shí)施例以制造鎳鋅AA600mAh電池為例，鎳鋅二次電池正極的載流體采用石墨紙，石墨紙的厚度為0.1mm，抗拉強(qiáng)度為3MPa，石墨純度為99.9%。石墨紙由含碳量99.99%WT的碳纖維作為主體材料，用含碳量為99.99。/。WT的碳纖維粉作為填充材料，進(jìn)行壓制而成。將石墨紙裁切成寬度為38mm的長(zhǎng)條狀，然后每間隔80mm粘結(jié)上才及耳，即可作為正極的載流體使用。正極材料按重量百分比配制為正極活性材料氬氧化鎳為70%,輔助添加劑氧化亞鈷為5%，導(dǎo)電材料石墨為20。/。，粘結(jié)劑為4。/。的聚四氟乙烯乳液加1%的羥丙基曱基纖維素。將上述配比的氬氧化鎳、氧化亞鈷、石墨加入球磨設(shè)備中球磨均勻，得到正極材料的干粉料，然后，將上述配比的聚四氟乙烯乳液和羥丙基曱基纖維素加水混合均勻，再加入正極材料的干粉料中，充分?jǐn)嚢杈鶆颍粗频煤隣畹恼龢O材料。如圖1所示，在石墨紙1的上下兩面分別涂覆正極材料，形成正極材料上涂層2和正極材料下涂層3，在烘干爐中烘干，再碾壓成厚度為0.5mm的正極板。將長(zhǎng)條形的正極板每間隔80mm裁切一下，制成規(guī)才各為80mmx38mm的正極片。將正極極片、隔膜、負(fù)極極片組合即成電池電芯，封裝入電池鋼殼，注入電解液，封口，即成鎳鋅電池。按照本實(shí)施例制造鎳鋅AA600mAh電池，對(duì)電池的循環(huán)性能和自放電性能作出測(cè)定(一)電池的循環(huán)性能測(cè)試條件如下(1)在電流為600mA的條件下充電72分鐘;(2)充電完畢后將電池?cái)R置30分鐘；(3)以600mA的電流將電池放電到1.3V;(4)按步驟(1)~(3)循環(huán)200次。測(cè)試結(jié)果如表1所示。表1電池容量與循環(huán)次數(shù)對(duì)照表<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>從表1可以看出，使用本發(fā)明的電池正極制造的鎳鋅電池，經(jīng)過200次的循環(huán)充放電后，電池容量保持在初始容量的85%以上。(二)電池自放電性能按照以下方法測(cè)試電池(1)600mA充電72分鐘，擱置30分鐘，再以600mA放電到1.3V，得到放電容量Co;(2)600mA充電72分鐘，擱置28天，再以600mA放電到1.3V，得到放電容量d;(3)(C0—CO/C0x100%，即為月自放電。測(cè)試結(jié)果為電池的月自放電為24%,可以看出，使用本發(fā)明的電池正極制造的鎳鋅電池的自放電率符合設(shè)計(jì)要求。實(shí)施例2:本實(shí)施例以制造鎳鋅AA600mAh電池為例，電池正極載流體采用在基體材料上涂覆石墨制成，基體材料選用尼龍。本領(lǐng)域的技術(shù)人員也很容易可以實(shí)現(xiàn)，可以用石墨、碳黑、碳粉、碳纖維、鎳粉、金屬粉末或金屬纖維中的一種或幾種來代替本實(shí)施例中使用的石墨，用尼龍、維尼綸、或聚烯烴、或氟化聚烯烴、或聚酰胺中的一種或幾種通過單層或多層復(fù)合而構(gòu)成基體材料來代替本實(shí)施例中使用的尼龍，達(dá)到與本實(shí)施例中所有材料同樣的效果，在這里不——贅述。基體材料尼龍的厚度為0.35mm，抗拉強(qiáng)度為8MPa，如圖2所示，在基體材料尼龍4的上下兩面分別噴涂上石墨，基體材料尼龍4的上面為石墨層5，基體材料4的下面為石墨層6，經(jīng)固化后即制成電極栽流體。將制成的電極載流體裁切成寬度為38mm的長(zhǎng)條狀，然后每間隔80mm粘結(jié)上極耳，即可作為正極的載流體使用。正極材料擠重量百分比配制為正極活性材料氫氧化鎳為72%,輔助添加劑鋅與氧化鋅的混合物為5%，導(dǎo)電材為碳黑與金屬粉末的混合物，占18%，粘結(jié)劑為4%的聚氧化乙烯加1。/。的聚乙烯醇。將上述配比的氬氧化鎳、鋅、氧化鋅、碳黑與金屬粉末加入球磨設(shè)備中球磨均勻，得到正極材料的干粉料，然后，將聚氧化乙烯和聚乙烯醇混合均勻，再加入正極材料的干粉料，充分?jǐn)嚢璧玫胶隣畹恼龢O材料。如圖2所示，在電極載流體的上下兩面涂覆正極材料，形成正極材料上涂層7和正極材料下涂層8，在烘干爐中烘干，再碾壓成厚度為0.7mm的正極板。將長(zhǎng)條形的正極板每間隔80mm裁切一下，制成規(guī)格為80mmx38mm的正極片。將正極極片、隔膜、負(fù)極極片組合即成電池電芯，封裝入電池鋼殼，注入電解液，封口，即成鎳鋅電池。按照本實(shí)施例制造鎳鋅AA600mAh電池，對(duì)電池的循環(huán)性能和自放電性能作出測(cè)定(一)電池的循環(huán)性能測(cè)試條件如下(1)在電流為600mA的條件下充電72分鐘；(2)充電完畢后將電池?cái)R置30分鐘；(3)以600mA的電流將電池放電到1.3V;(4)按步驟(1)~(3)循環(huán)200次。測(cè)試結(jié)果如表1所示。表2電池容量與循環(huán)次數(shù)對(duì)照表8<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>從表2可以看出，一使用本發(fā)明的電池正極制造的鎳鋅電池，經(jīng)過200次的循環(huán)充放電后，電池容量保持在初始容量的85%以上。(二)電池自放電性能按照以下方法測(cè)試電池(1)600mA充電72分鐘，擱置30分鐘，再以600mA放電到1.3V，得到放電容量Co;(2)600mA充電72分鐘，擱置28天，再以600mA放電到1.3V，得到放電容量d;(3)(C0—d)/C0x100%，即為月自放電。測(cè)試結(jié)果為電池的月自放電為22%，可以看出，使用本發(fā)明的電池正極制造的鎳鋅電池的自放電率符合設(shè)計(jì)要求。以上實(shí)施例僅為說明生產(chǎn)鎳鋅二次電池正極的過程而列舉，不能看作為對(duì)本發(fā)明的權(quán)利要求的限制，依照本發(fā)明的特征，鎳鋅二次電池正極中的相關(guān)材料可以使用其他類似材料替代而實(shí)現(xiàn)，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以依據(jù)本發(fā)明不經(jīng)創(chuàng)造性勞動(dòng)即可實(shí)現(xiàn)，亦為本發(fā)明的權(quán)利保護(hù)范圍。權(quán)利要求1.一種鎳鋅二次電池正極，由載流體以及涂覆于載流體上的正極材料構(gòu)成，其特征在于載流體為石墨紙，或?yàn)樵诨w材料上涂覆石墨、碳黑、碳粉、碳纖維、鎳粉、金屬粉末或金屬纖維中的一種或幾種構(gòu)成，正極材料由活性材料、導(dǎo)電材料、添加劑、粘結(jié)劑組成。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎳鋅二次電池正極，其特征在于所述的石墨紙的厚度為0.1mm0.4mm，抗拉強(qiáng)度為大于等于3MPa，石墨純度為80%~99.99%。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎳鋅二次電池正極，其特征在于所述的石墨紙由作為主體材料的含碳量80%~99.99%WT的碳纖維與作為填充材料的含碳量80%~99.99%WT的碳纖維粉或石墨粉或碳粉或其組合構(gòu)成。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎳鋅二次電池正極，其特征在于所述的基體材料的厚度為0.1mm~0.35mm,抗拉強(qiáng)度為大于等于3MPa。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎳鋅二次電池正極，其特征在于所述的基體材料為不與電池的電解液發(fā)生反應(yīng)的材料。6.根據(jù)權(quán)利要求1或4或5所述的鎳鋅二次電池正極，其特征在于所述的基體材料為尼龍、或維尼綸、或聚烯烴、或氟化聚烯烴、或聚酰胺中的一種或幾種通過單層或多層復(fù)合而成。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎳鋅二次電池正極，其特征在于所述的在基體材料上涂覆石墨等是采用浸涂、噴涂或輥壓的方式涂覆。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎳鋅二次電池正極，其特征在于所述的活性材料為氫氧化鎳，重量百分比為60%~80%;添加劑為鈷或鈷的化合物、鋅或鋅的氧化物、稀土元素及其化合物，重量百分比為3%~10%。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎳鋅二次電池正極，其特征在于所述的導(dǎo)電材料為石墨、碳黑、碳粉、碳纖維、鎳粉、金屬粉末或金屬纖維中的一種或幾種組成，重量百分比為15%~25%。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎳鋅二次電池正極，其特征在于所述的粘結(jié)劑為羧曱基纖維素鈉(CMC)、羥丙基曱基纖維素(HPMC)、聚四氟乙烯(PTFE)、丁苯橡膠(SBR)、聚乙烯醇(PVA)中的一種或幾種，重量百分比為1%~5%。全文摘要一種鎳鋅二次電池正極，涉及電池制造
技術(shù)領(lǐng)域：
。由載流體以及涂覆于載流體上的正極材料構(gòu)成，載流體為石墨紙，或?yàn)樵诨w材料上涂覆石墨、碳黑、碳粉、碳纖維、鎳粉、金屬粉末或金屬纖維中的一種或幾種構(gòu)成，正極材料由活性材料、導(dǎo)電材料、添加劑、粘結(jié)劑組成。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是使用由石墨紙或在基體材料上涂覆石墨等材料構(gòu)成的載流體作為電池正極的載流體，克服了以往使用發(fā)泡鎳作為電池正極載流體傳統(tǒng)做法的不足之處，可以大大降低鎳的使用量，從而大大降低成本，并且減輕了環(huán)境污染。文檔編號(hào)H01M4/24GK101465421SQ20071012509公開日2009年6月24日申請(qǐng)日期2007年12月18日優(yōu)先權(quán)日2007年12月18日發(fā)明者瑤李申請(qǐng)人:深圳市沃特瑪電池有限公司