專利名稱：一種鋅鎳電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及的是一種電池，尤其是一種圓柱形的鋅鎳電池。
背景技術(shù)：
目前，由于日益嚴(yán)峻的環(huán)保形勢(shì)迫使各國(guó)政府出臺(tái)日益嚴(yán)格的環(huán)保法規(guī)，而國(guó)際 油價(jià)居高不下以及國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)和電子產(chǎn)品的繁榮，給電池市場(chǎng)帶來(lái)了新的快速增長(zhǎng)，比如 混合動(dòng)力汽車，電動(dòng)汽車，可充電的能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)，數(shù)據(jù)中心的不間斷電源系統(tǒng)等等，隨著 混合動(dòng)力汽車(HEV)，可插拔式混合動(dòng)力汽車(PHEV)，以及純電動(dòng)汽車(EV)的繁榮發(fā)展，市 場(chǎng)上迫切需要一種可以滿足未來(lái)對(duì)于高功率、高儲(chǔ)能、高可靠性和安全性、更環(huán)保的電池產(chǎn) 品。而過(guò)去最主要的電池技術(shù)，鉛酸電池和鎳鎘電池(NiCd)，無(wú)法跟上市場(chǎng)發(fā) 展的需求，同 時(shí)它們也不具備環(huán)保的要求，鋰電子電池雖然在便攜式電子設(shè)備中獲得成功，但是由于功 率不足、價(jià)格昂貴、安全隱患問(wèn)題，無(wú)法滿足大型系統(tǒng)的要求。新興的鋅鎳電池技術(shù)可以滿 足以上所有要求；鋅鎳電池是功率高、能量足(高達(dá)鉛酸電池的4倍)、無(wú)環(huán)境污染(不含 鉛、不含鎘、不含汞)、高可靠性和安全性好(不易燃)、成本低廉、使用壽命長(zhǎng)的可充電電 池。二十世紀(jì)六十年代，人們花費(fèi)了相當(dāng)多的努力研發(fā)鋅鎳電池永久取代軍事上的銀 鋅電池。七十年代由于能源危機(jī)和日益增長(zhǎng)的石油價(jià)格，電動(dòng)交通工具的優(yōu)勢(shì)日益增長(zhǎng)，為 此人們又花費(fèi)了許多努力研究它。但是(1)由于鋅在堿性電解液中易溶解，其壽命有限； (2)在鋅電極充電過(guò)程中易產(chǎn)生樹(shù)狀枝晶導(dǎo)致短路；(3)循環(huán)過(guò)程中鋅極變形。由于以上原 因，鋅鎳電池多年被阻礙發(fā)展。在鋅鎳電池中，電流的均衡是減少負(fù)極變形以及防止枝晶生長(zhǎng)的關(guān)鍵之一。現(xiàn)在 的鋅鎳電池設(shè)計(jì)中基本上采用將極耳焊接到集流基上然后連接到蓋帽和鋼殼上。這樣做帶 來(lái)的問(wèn)題是電流分布不均勻，在有極耳位的地方電流密度大，遠(yuǎn)離極耳位的地方電流密度 就小，這樣在電池充放電(循環(huán))的情況下就容易引起極片的變形，特別是負(fù)極片的變形； 由于電流分布不均勻，就更容易長(zhǎng)枝晶而造成短路，降低電池的循環(huán)壽命。另外，鋅鎳電池 的隔膜紙，特別是防枝膜，不能承受很高的溫度，在焊接的過(guò)程中容易將隔膜紙燙壞。圓柱形鋅鎳電池包括電池殼體，電極組和電解液，所述電極組和電解液收納于電 池殼中，所述電極組包括卷繞的柔性鎳正極，柔性鋅負(fù)極和隔膜，隔膜位于鎳正極與鋅負(fù)極 之間，所述鋅負(fù)極包括負(fù)極材料和載有該材料的負(fù)極集流體。圓柱形鋅鎳電池的電池殼體是由金屬尤其是鋼鐵材料制成，例如，由鍍鎳鋼殼制 成，因此鋅鎳電池的鋅負(fù)極與鐵金屬接觸會(huì)形成嚴(yán)重析氫反應(yīng)，帶來(lái)電池內(nèi)部壓力升高，俱 有較大安全隱患。此外，有時(shí)圓柱形鋅鎳電池以鋼鐵材料制成的電池殼體作為正極端，以電池封口 蓋帽作為負(fù)極端，而且鋅負(fù)極的集流體與電池封口蓋帽焊接，鋅負(fù)極表面一般由析氫過(guò)電 位較高的金屬鍍層覆蓋，如Sn，SnCu合金、Ag、Pb、Bi、或合金，一旦兩者聯(lián)接也會(huì)發(fā)生較嚴(yán) 重的析氫反應(yīng)，導(dǎo)致電池內(nèi)部壓力增加使電池有安全隱患。[0008]在現(xiàn)有技術(shù)中，一般將電極組中的Zn電極做得比正極短，從而使電極組在卷繞后，由正極與鋼鐵材質(zhì)殼體接觸，這種做法會(huì)較大降低負(fù)極比表面，使電流密度增加而無(wú)法 大電流放電，同時(shí)Zn極很容易發(fā)生鈍化，而失去活性。另外負(fù)極表面過(guò)小，鎳電極在充電過(guò) 程中析出的氧氣也無(wú)法迅速在鋅電極被吸附從而導(dǎo)致內(nèi)壓升高，造成比較大的安全隱患。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，而提供一種工藝簡(jiǎn)單、成本低 廉、安全可靠、可長(zhǎng)期貯存、循環(huán)壽命長(zhǎng)、抗震動(dòng)性強(qiáng)、大電流放電性能好的鋅鎳電池。本實(shí)用新型的目的是通過(guò)如下技術(shù)方案來(lái)完成的，它包括有電池殼體，蓋帽，電極 組和電解液，所述的電極組和電解液收納于密封的電池殼體內(nèi)，電極組的上部相連有蓋帽， 所述的電極組包括有柔性卷繞的鎳正極，柔性卷繞的鋅負(fù)極，以及位于鎳正極和鋅負(fù)極內(nèi) 的復(fù)合隔膜；所述的電極組上端面形成有由鋅負(fù)極伸出段由外向內(nèi)彎曲窩邊形成的平整 負(fù)極導(dǎo)電端面，其上壓接并焊連有帶刺的負(fù)極集流片；所述的電極組下端面形成有由鎳正 極伸出段由外向內(nèi)彎曲窩邊形成的平整正極導(dǎo)電端面，其上壓接并焊連有帶刺的正極集流 片；所述的電極組外表層完全覆蓋有耐堿絕緣膠帶層，且該耐堿絕緣膠帶層高出電極組端 面 0. 5-50mmo所述的負(fù)極集流片上方通過(guò)至少一尼龍密封圈相連有由蓋帽上組件、蓋帽下組件 以及丁晴橡膠塊構(gòu)成的蓋帽；所述的復(fù)合隔膜由一層PP或PE，或兩種材質(zhì)共同組成的微孔 經(jīng)親水處理后的隔膜與一層維尼侖或聚丙烯或無(wú)紡布貯液膜通過(guò)焊接或由MC、CMC、HPMC、 PVA, PV、PTFE其中的一種或多種粘合干燥而成。所述的負(fù)極集流片和正極集流片的一面均帶有高0. I-IOmm毛刺；其中所述的負(fù) 極集流片與蓋帽下組件焊連；所述的正極集流片與電池殼體焊連在一起；蓋帽上組件選用 不銹鋼或鍍鎳鋼片制成，它以部件為中心，對(duì)稱分布有用以保障電池在意外情況下可以及 時(shí)將內(nèi)部的壓力外泄的1-10排氣孔。所述的蓋帽下組件與負(fù)極集流片之間放置有用PP、PE或其它具有耐堿、耐高溫、 延展性、彈性、填充性好的材料制成的密封圈，該密封圈的表面涂覆有改性浙青、電解浙青、 航空石蠟、液體石蠟、專用密封膠中的一種或多種混合密封劑。本實(shí)用新型屬于對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的一種改良，它具有工藝簡(jiǎn)單、成本低廉、安全可靠、 可長(zhǎng)期貯存、循環(huán)壽命長(zhǎng)、抗震動(dòng)性強(qiáng)、大電流放電性能好等特點(diǎn)。

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實(shí)用新型的負(fù)極集流片示意圖。圖3是本實(shí)用新型的正極集流片示意圖。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作詳細(xì)的介紹圖1所示，本實(shí)用新型包括有電池 殼體7，蓋帽，電極組和電解液，所述的電極組和電解液收納于密封的電池殼體7內(nèi)，電極組 的上部相連有蓋帽，所述的電極組包括有柔性卷繞的鎳正極10，柔性卷繞的鋅負(fù)極9，以及位于鎳正極10和鋅負(fù)極9內(nèi)的復(fù)合隔膜8 ；所述的電極組上端面形成有由鋅負(fù)極9伸出段由外向內(nèi)彎曲窩邊形成的平整負(fù)極導(dǎo)電端面，其上壓接并焊連有帶刺的負(fù)極集流片3 ； 所述的電極組下端面形成有由鎳正極10伸出段由外向內(nèi)彎曲窩邊形成的平整正極導(dǎo)電端 面，其上壓接并焊連有帶刺的正極集流片11 ；所述的電極組外表層完全覆蓋有耐堿絕緣膠 帶層5，且該耐堿絕緣膠帶層5高出電極組端面0. 5-50mm。所述的負(fù)極集流片3上方通過(guò)至少一尼龍密封圈2相連有由蓋帽上組件6、蓋帽下 組件4以及中間的丁晴橡膠塊1構(gòu)成的蓋帽；所述的復(fù)合隔膜8由一層PP或PE，或兩種材 質(zhì)共同組成的微孔經(jīng)親水處理后的隔膜與一層維尼侖或聚丙烯或無(wú)紡布貯液膜通過(guò)焊接 或由MC、CMC、HPMC, PVA、PV、PTFE其中的一種或多種粘合干燥而成。所述的負(fù)極集流片3和正極集流片11的一面均帶有高0. I-IOmm毛刺；其中所述 的負(fù)極集流片3與蓋帽下組件焊連；所述的正極集流片11與電池殼體7焊連在一起；蓋帽 上組件6選用不銹鋼或鍍鎳鋼片制成，它以部件為中心，對(duì)稱分布有用以保障電池在意外 情況下可以及時(shí)將內(nèi)部的壓力外泄的1-10排氣孔。所述的蓋帽下組件與負(fù)極集流片3之間放置有用PP、PE或其它具有耐堿、耐高溫、 延展性、彈性、填充性好的材料制成的密封圈2，該密封圈的表面涂覆有改性浙青、電解浙 青、航空石蠟、液體石蠟、專用密封膠中的一種或多種混合密封劑。本實(shí)用新型所述卷繞后的鎳電極未被物質(zhì)覆蓋的邊緣伸出電極組端面0. 5-50mm, 將伸出端用工裝加工成由外至里彎曲90度形成一個(gè)平整的正極導(dǎo)電端面，兩層相鄰的隔 膜形成袋狀將正極完全裝于其中。卷繞后的鋅電極未被物質(zhì)覆蓋的邊緣伸出電極組端面 0. 5-50mm,同樣將伸出端用工裝加工成由外至里彎曲90度形成一個(gè)平整的負(fù)極導(dǎo)電端面， 兩層相鄰的隔膜形成袋狀將負(fù)極完全裝于其中形成一個(gè)平整負(fù)極導(dǎo)電端面，分別在兩端與 兩極集流片接觸或端面焊接保證大電流放電的要求。卷繞后的鋅負(fù)極最外一層被耐堿絕緣 膠帶完全覆蓋，該耐堿絕緣膠帶可以將鋅負(fù)極與鋼鐵制的電池殼體完全隔離，從而克服鋼 鐵與鋅接觸所生的析氫反應(yīng)發(fā)生。在鋅鎳電池的裝配中，我們采用壓極片的裝配方式，具體的做法是先將極片卷繞 好，然后進(jìn)行窩邊將極片的頂部壓成平狀，這樣將整個(gè)正極組或負(fù)極組的集流基都聯(lián)成了 一片；將帶有刺的集流片或壓簧焊接到蓋帽和鋼制電池殼體上；然后再將電極組和帶刺的 集流片片或壓簧壓在一起。這樣整個(gè)電極組都能起到傳導(dǎo)電流的作用，電流分布非常均勻， 并適合大功率放電。以上所述的電池，由于電流分布均勻，不會(huì)因?yàn)殡娏鞣植疾痪饦O化；這樣就 可以大大減少電池在充放電過(guò)程中極片的變形；由于電流分布的均勻性，生長(zhǎng)枝晶的機(jī)會(huì) 也大大降低，從而增加電池的循環(huán)壽命。這樣組裝電池的另外一個(gè)好處是隔膜紙，特別是防枝膜，在組裝過(guò)程中不會(huì)被燙 壞，因?yàn)榉乐δづc焊接的過(guò)程是分開(kāi)的。在電池組裝過(guò)程中防枝膜與極片一起卷繞組成了 電極組，而電極組與蓋帽或鋼制電池殼體的連接是通過(guò)集流片的毛刺壓進(jìn)電極組的。本實(shí)用新型所述的蓋帽下部件2表面鍍Ag、Cu、In、Pb、Sn、Zn或其中的一種或多 種合金，這樣可以隔離鋼鐵組件與負(fù)極板9壓接點(diǎn)產(chǎn)生微電池而析出氫氣。負(fù)極集流件3 材料可為不銹鋼、彈簧鋼、鍍銅鋼帶、銅合金、鎳、或多種金屬覆合帶其中的一種或多種，該 部件具有較強(qiáng)的彈性。其部件表面可鍍Ag、Pb、Bi、Ni、Zn、Sn、Cu、其中的一種或合金這樣可以隔離與負(fù)極集流端面所產(chǎn)生的微腐析氫反應(yīng)發(fā)生；材料優(yōu)選自鋼片；表面鍍層優(yōu)選自Ag、In與Sn兩元合金。所述結(jié)構(gòu)中，復(fù)合隔膜8由一層PP或PE，或兩種材質(zhì)共同組成的微孔經(jīng)親水處理 后的隔膜與一層維尼侖或聚丙烯或無(wú)紡布貯液膜通過(guò)焊接或由MC、CMC、HPMC、PVA、PV、PTFE 其中的一種或多種粘合干燥而成。其優(yōu)點(diǎn)在于形成單層后電池裝配更易操作，電池一致性 得到較好保障，生產(chǎn)效率增加5% -100%。微孔膜優(yōu)選自PP、PE或PP IPE覆合材料，無(wú)紡布 優(yōu)選自聚丙烯氈，兩層膜復(fù)合方式優(yōu)選自高頻焊。所述結(jié)構(gòu)中，鎳正極采用干法或濕法工藝制成柔性鎳正極的極板，極板的基體邊 緣0. 5-50mm未被物質(zhì)覆蓋，形成一條性能優(yōu)良的集流帶，卷繞后外露于極組的其中一個(gè)端 面0. 5-50mm，彎曲后與正極集流片11壓接，可滿足大電流放電的需要。所述結(jié)構(gòu)中，鋅負(fù)極采用干法或濕法工藝制成柔性鋅負(fù)極的極板，極板的基體邊 緣0. 5-50mm未被物質(zhì)覆蓋，形成一條性能優(yōu)良的集流帶，卷繞后外露于極組的其中一個(gè)端 面0. 5-50mm，彎曲后與負(fù)極集流片3壓接，可滿足大電流放電的需要。所述結(jié)構(gòu)中，負(fù)極集流片3可由表面鍍Sb、Se、Ti、Ag、Ni、Cu、Zn、In、Sn其中的一 種或多種金屬組成的合金鍍層，集流片材料可選用不銹鋼、彈簧鋼、鍍鎳鋼片、滲鎳鐵片、紫 銅、黃銅、硬鎳箔、鋅箔、錫箔、銀箔、鈹銅其中的一種或由多種合金共同組成。部件應(yīng)具有極 好彈性、該組件一面或帶有高0. I-IOmm毛刺，其極大降低電池歐姆內(nèi)阻，提升電池高倍率 特性及可靠性，其首先與蓋帽的下組件焊接在一起；優(yōu)選自彈簧鋼、鈹銅；其表面鍍層優(yōu)選 自 Ag、In、Sn。所述結(jié)構(gòu)中，正極集流片11可由表面鍍Ag、Ni、Sb、Se、Ti、Cu、Zn、In、Ni、Sn其中 的一種或多種金屬組成的合金，集流片材料可選用、不銹鋼、彈簧鋼、鍍鎳鋼片、滲鎳鐵片、 紫銅、黃銅、鎳箔、鋅箔、錫箔、銀箔、紫銅其中的一種或由多種合金共同組成。該組件一面或 帶有高0. I-IOmm毛刺，其極大降低電池歐姆內(nèi)阻，提升電池高倍率特性及可靠性，其與鋼 殼7首先焊接在一起。其中正極上原有1條或多條可由Cr、Cu、Fe、Ni、Sn、Zn、Ag、Bi、Sb、 Se、Ti材質(zhì)加工而成的導(dǎo)線穿過(guò)正極集流片與鋼殼焊接在一起，從而極大提高電池搞震動(dòng) 特性；優(yōu)選自鍍鎳鋼片、滲鎳鐵片。表面鍍層優(yōu)選自Cr、M。所述構(gòu)中，耐堿絕緣膠帶5可 選自PP、PE、PTFE、尼龍其中和一種或多種材料共同組成，該膠帶一面有膠一面為光滑面； 同時(shí)具有在40%的KOH溶液中80°C環(huán)境下放置12小時(shí)，其仍具100%憎堿性，收縮變形率 小于4%，它可以有效將鋼殼與負(fù)極進(jìn)行隔離，避免電池短路或析氫發(fā)應(yīng)發(fā)生；優(yōu)選材料自 PP, PE0所述結(jié)構(gòu)中，鍍鎳上蓋組件6材料可選自不銹鋼、鍍鎳鋼片等，以部件為中心，對(duì) 稱分布有1-10排氣孔用以保障電池在意外情況下可以及時(shí)將內(nèi)部的壓力外泄，保證電池 安全。部件表面鍍層可選用Cu、Ni、Sn、Ag、B、Zn、Pb、Pt、Sb、Se、Ti其中的一種或多種金 屬組成的合金鍍層，可以保證電池長(zhǎng)貯期間外觀不受環(huán)境影響而銹蝕；優(yōu)選鍍鎳鋼片、不銹 鋼。所述結(jié)構(gòu)中，負(fù)極基體可選用沖孔、三維、切拉網(wǎng)、編織金屬網(wǎng)、泡沫綿Ag、Zn、Sn、 Bi、Ni、Fe、黃Cu、紫Cu其中的一種或由其中的幾種合金或復(fù)合材料組成，其表面鍍層可選 析氫過(guò)是位較高的Sn、Ag、Cu、Bi、Pb、Pt、Sb、Se、Ti、Ga、Cr、Ge其中的一種或多鐘合金鍍 層，其鍍層可降低電池在長(zhǎng)期貯存與使用期間基體與鋅發(fā)生析氫反應(yīng)，大大降低電池內(nèi)部壓力，從而保證電池的安全、容量可恢復(fù)性、鋅極的可逆性；優(yōu)選三維Ag、Cu、Zn作為基體。表面鍍層優(yōu)選Ag、Bi、Sn、。所述結(jié)構(gòu)中，密封圈2材料可選自PP、PE其他具有耐堿、耐高溫、延展性、彈性、填 充性好的材料，其表面涂附如改性浙青、電解浙青、航空石蠟、液體石蠟、專用密封膠其中的 一種或多種混合密封劑，他能很好保證電池在長(zhǎng)期貯存、使用過(guò)程堿液不會(huì)外泄。優(yōu)選PP、 PE作為密封圈加工原料。所述結(jié)構(gòu)中，蓋帽防爆閥1材料可選自丁睛橡膠、聚胺脂、三元乙丙其材料應(yīng)具有 較好彈性、填充性、耐堿性、耐高溫性、抗氧化性好等特征；優(yōu)選三元乙丙橡膠或丁晴橡膠。
權(quán)利要求一種鋅鎳電池，它包括有電池殼體，蓋帽，電極組和電解液，所述的電極組和電解液收納于密封的電池殼體內(nèi)，電極組的上部相連有蓋帽，其特征在于所述的電極組包括有柔性卷繞的鎳正極，柔性卷繞的鋅負(fù)極，以及位于鎳正極和鋅負(fù)極內(nèi)的復(fù)合隔膜；所述的電極組上端面形成有由鋅負(fù)極伸出段由外向內(nèi)彎曲窩邊形成的平整負(fù)極導(dǎo)電端面，其上壓接并焊連有帶刺的負(fù)極集流片；所述的電極組下端面形成有由鎳正極伸出段由外向內(nèi)彎曲窩邊形成的平整正極導(dǎo)電端面，其上壓接并焊連有帶刺的正極集流片；所述的電極組外表層完全覆蓋有耐堿絕緣膠帶層，且該耐堿絕緣膠帶層高出電極組端面0.5-50mm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋅鎳電池，其特征在于所述的負(fù)極集流片上方通過(guò)至少一尼 龍密封圈相連有由蓋帽上組件、蓋帽下組件以及丁晴橡膠塊構(gòu)成的蓋帽；所述的復(fù)合隔膜 由一層PP或PE制成的隔膜與一層維尼侖或聚丙烯或無(wú)紡布制成的貯液膜焊接而成；或所 述的復(fù)合隔膜由MC、CMC、HPMC, PVA、PV、PTFE其中的一種干燥制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鋅鎳電池，其特征在于所述的負(fù)極集流片(3)和正極集 流片(11)的一面均帶有高0. I-IOmm毛刺；其中所述的負(fù)極集流片(3)與蓋帽下組件焊連； 所述的正極集流片(11)與電池殼體(7)焊連在一起；蓋帽上組件(6)選用不銹鋼或鍍鎳鋼 片制成，它以部件為中心，對(duì)稱分布有用以保障電池在意外情況下可以及時(shí)將內(nèi)部的壓力 外泄的1-10排氣孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鋅鎳電池，其特征在于所述的蓋帽下組件與負(fù)極集流片(3) 之間放置有用PP、PE或其它具有耐堿、耐高溫、延展性、彈性、填充性好的材料制成的密封 圈(2)，該密封圈的表面涂覆有改性浙青、電解浙青、航空石蠟、液體石蠟、專用密封膠中的 一種密封劑。
專利摘要一種鋅鎳電池，它包括有電池殼體，蓋帽，電極組和電解液，所述的電極組和電解液收納于密封的電池殼體內(nèi)，電極組的上部相連有蓋帽，所述的電極組包括有柔性卷繞的鎳正極，柔性卷繞的鋅負(fù)極，以及位于鎳正極和鋅負(fù)極內(nèi)的復(fù)合隔膜；所述的電極組上端面形成有由鋅負(fù)極伸出段由外向內(nèi)彎曲窩邊形成的平整負(fù)極導(dǎo)電端面，其上壓接并焊連有帶刺的負(fù)極集流片；所述的電極組下端面形成有由鎳正極伸出段由外向內(nèi)彎曲窩邊形成的平整正極導(dǎo)電端面，其上壓接并焊連有帶刺的正極集流片；所述的電極組外表層完全覆蓋有耐堿絕緣膠帶層，且該耐堿絕緣膠帶層高出電極組端面0.5-50mm；它具有工藝簡(jiǎn)單、成本低廉、安全可靠、可長(zhǎng)期貯存、循環(huán)壽命長(zhǎng)、抗震動(dòng)性強(qiáng)、大電流放電性能好等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01M10/30GK201556677SQ20092012205
公開(kāi)日2010年8月18日 申請(qǐng)日期2009年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月15日
發(fā)明者胡曉明, 馬福元 申請(qǐng)人:廣東博特動(dòng)力能源有限公司