阅读说明：本技术 一种高功率镍锌充电电池的制作方法 (Manufacturing method of high-power nickel-zinc rechargeable battery ) 是由 熊兴海 马福元 寿春晖 吴田 成城 赵宇 于 2020-06-30 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种高功率镍锌充电电池的制作方法,包括：步骤1、制作正极片；步骤2、制作负极片；步骤3、制作位于钢壳内部的极组；步骤4、注入电解液；步骤5、装配、封口和活化。本发明的有益效果是：本发明提供一种方法简单、成本低廉、安全可靠、可长期贮存、大电流放电性能好、电池使用寿命长的镍锌高功率充电电池的制作方法；本发明通过对活性材料的选择、正负极片的配方优化、电解液改进以及电池隔膜的选择,达到提高镍锌电池充放电效率的要求,从而提高了镍锌电池的高倍率放电和循环寿命。(The invention relates to a manufacturing method of a high-power nickel-zinc rechargeable battery, which comprises the following steps: step 1, manufacturing a positive plate; step 2, manufacturing a negative plate; step 3, manufacturing a pole group positioned in the steel shell; step 4, injecting electrolyte; and 5, assembling, sealing and activating. The invention has the beneficial effects that: the invention provides a method for manufacturing a nickel-zinc high-power rechargeable battery, which has the advantages of simple method, low cost, safety, reliability, long-term storage, good large-current discharge performance and long service life; the invention meets the requirement of improving the charge-discharge efficiency of the nickel-zinc battery by selecting the active material, optimizing the formula of the positive and negative pole pieces, improving the electrolyte and selecting the battery diaphragm, thereby improving the high-rate discharge and the cycle life of the nickel-zinc battery.)

一种高功率镍锌充电电池的制作方法

技术领域

本发明涉及镍锌电池领域，尤其包括一种高功率镍锌充电电池的制作方法。

背景技术

随着人类生活水平和环保要求的提高，电池得到了越来越广泛的应用，镍锌电池由于具有可重复充放电、环保、电压和干电池最相近(1.6V)、制造成本低、无污染等优势性而被广泛使用。随着镍锌电池广泛用于各个领域，对镍锌电池稳定性和一致性的要求越来越高，特别是由多只单体电池组合的电池组。

常规镍锌电池制作方法由于负极锌枝晶问题长期得不到解决，粉料均匀性很难达到较高水平的一致性，导致负极主要电性能发挥一致性参差不齐，造成电池使用寿命短(二百多次)，同时电池组的一致性差，难以满足市场对电池一致性要求较高的产品。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种高功率镍锌充电电池及制作方法。

这种高功率镍锌充电电池的制作方法，具体包括以下步骤：

步骤1、制作正极片：采用面密度在320～450g/m²内的泡沫镍作为正极基体材料，正极片分为正极片上粉区和正极片泡沫镍预留区；将正极活性物质(主要是覆钴球镍和添加剂)用干法或湿法方法填充到正极片的正极片上粉区中；正极片的正极片泡沫镍预留区上(边缘未被物质覆盖的部分，约3～6mm宽)形成有一个性能优良、能降低电子运动距离、且能减小阻抗的正极端面；在正极端面上焊接一个纯镍或镀镍钢带集流盘与正极盖帽连接；所述正极片泡沫镍预留区为正极片边缘未被活性物质覆盖的部分；

步骤2、制作负极片：采用黄铜网(锌铜合金)作为负极基体材料；负极片分为负极片铜网预留区和负极片上粉区；将负极活性物质填充到负极片的负极片上粉区中；

步骤3、制作位于钢壳内部的极组：

步骤3.1、将隔膜对折，按照对折的隔膜第一面、负极片、对折的隔膜第二面和正极片的顺序叠放后卷绕得到极组，极组中正极片被卷绕在内，负极片完全包住正极片，负极片上下相邻两层均为隔膜；

步骤3.2、在位于隔膜尾端用4～10mm宽的胶带(电池用积水胶带)粘接一个宽度等于负极片宽度，长度大于2/3极组周长的铜箔；所述铜箔厚度小于0.15mm，铜箔材质为黄铜或铜箔镀锡；铜箔长度方向约5～15mm与负极片尾端重叠接触，铜箔尾部外露出10mm以上长度至隔膜外，外露出的铜箔与钢壳接触；

步骤4、注入电解液；将电解液浸润于钢壳内部和极组中；所述电解液为钾、钠、锂三元电解液配方，并在电解液中适量加入氧化锌，再加入少量硫酸铟和磷酸三钠，质量比范围是：KOH：NaOH：LiOH：H₂O：添加剂＝(50～60％)：(1～15％)：(1～3.0％)：(60～70％)：(0.5～5％)；电解液中OH^－的摩尔浓度为7.0～8.6摩尔/升；电解液的密度为1.280～1.330g/cm³；

步骤5、装配、封口和活化。

作为优选，所述步骤3.1中隔膜为经过接枝技术处理的PP膜和亲水技术处理的防枝晶膜复合后的双层复合隔膜。

作为优选，所述步骤1中正极片上粉区上的正极活性物质包括覆钴球镍(在常规加锌球镍的表面进中行包覆三价钴)和正极添加剂(1％～5％的钙、钇、镍元素添加剂)，所述正极添加剂包括氢氧化钙、氧化钇和镍粉中的至少一种。

作为优选，所述步骤2中负极片上粉区上填充的负极活性物质由氧化锌、锌粉和锌酸钙中的至少一种混合后添加一定比例的负极添加剂制得，所述负极添加剂包括氢氧化钙、导电碳黑(或石墨烯)、氧化铝棉和分散剂等。所述负极片铜网预留区用作集流端面，增强大电流集流效果。

作为优选，所述步骤3中极组的正极片和负极片的活性物质容量比在(1∶1.5)～(1∶2)之间。

本发明的有益效果是：本发明提供一种方法简单、成本低廉、安全可靠、可长期贮存、大电流放电性能好、电池使用寿命长的镍锌高功率充电电池的制作方法。本发明通过对活性材料的选择、正负极片的配方优化、电解液改进以及电池隔膜的选择，达到提高镍锌电池充放电效率的要求，从而提高了镍锌电池的高倍率放电和循环寿命。

附图说明

图1为镍锌充电电池结构图简图；

图2为隔膜纸粘接铜箔结构示意图；

图3为卷绕极片放置图。

附图标记说明：正极片1、负极片2、隔膜3、正极端面4、集流盘5、正极盖帽6、极组7、钢壳8、壳底部9、胶带10、正极片上粉区11、正极片泡沫镍预留区12、负极片铜网预留区13、负极片上粉区14。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

本发明所述的材料包括负极氧化锌和锌酸钙、正极材料和添加剂，亲水处理的复合隔膜纸。镍锌电池循环性能不好的主要原因之一是随着循环次数的增加,负极粉在电解液中溶解生成锌枝晶和形变,枝晶和变形根本原因是放电产物ZnO溶于碱性溶液形成Zn(OH)₄ ^2-，枝晶和变形导致电池微短路甚至失效，因此，想做好镍锌电池,负极材料是一个很关键的因素。

本发明所述的负极氧化锌和锌粉采用粤侨分析纯级氧化锌和中金岭南锌粉与氢氧化钙混合，或使用全锌酸钙替代，由于放电产物为锌酸钙，溶解度很小，极大的改善了锌电极在充放电过程中枝晶的生成的状况，从而提高电池大电流充放电效率和使用寿命，本发明中所述的正极基体采用面密度在320～450g/m²的泡沫镍(因面密度大的发泡镍中镍含量较多，能够加强电池的集流效果，降低电池欧姆内阻，从而提高电池大电流充放电效率)，正极活性材料采用内加三价钴的加锌覆钴球镍，覆钴球镍是在加锌球镍的表面进行包覆三价钴，通过此种方法，球镍在大电流充放的电性能和稳定性更好；隔膜采用经过接枝技术和亲水技术处理的双层复合隔膜来提高电池的充电效率和减小自放电。

本发明所述的负极结构，隔膜尾端用4～10mm宽电池用积水胶带粘接一个一个宽度等同于负极宽度，长度能够包裹住>级组1/3圈的铜箔，铜箔厚度<0.15mm，材质为黄铜或铜箔镀锡，铜箔长度方向约5～15mm与负极片尾端重叠接触，铜箔尾部外露出隔膜10mm以上与钢壳接触，正、负极容量比在1：1.5以上(只有保证有足够负极余量，电池的使用寿命才会更长。)，本发明正负极均采用湿法制片方法，大幅降低了实际生产过程中粉尘对环境的污染。

本发明的电解液采用常规钾、钠、锂三元电解液改进后的配方，并在电解液中加入约1％氧化锌，再加入少量硫酸铟和磷酸三钠，并适当提高电解液中氢氧根(OH^-)的摩尔浓度(延缓锌电极钝化)，实验证明，此种电解液配方对提高电极活性物质的利用率和大电流放电十分有利。因此，本发明通过对活性材料的选择、正负极片的配方优化、电解液改进以及电池隔膜的选择，达到提高电池充放电效率的要求，从而提高了电池的高倍率放电和循环寿命。

实施例1

制作43SC1800mAh镍锌电池：43SC1800mAh镍锌电池属于高容量电池，电池的装配有一定的难度，为了尽量减小松紧度，从而尽可能减小电池的自放电，因此采取了比常规电池松紧度小(85％～96％)的设计，隔膜纸加长全表面积包住负极，隔膜纸尾部用8mm宽积水胶布粘接一个长60mm宽35mm厚度0.08mm的镀锡铜箔衔接负极外圈与钢壳的接触；正极基体采用长沙力元新材料股份有限公司生产的320g/m²发泡镍做基体材料，覆钴球镍采用湖南金天能源覆钴球镍和镍粉等添加剂以(80％～95％)：(5％～15％)比率混合，再加如1％～5％的钙、钇、钛元素添加剂(如氢氧化钙、氧化钇、的其中之一或几种的混和物)，负极采用锌酸钙(天津或云南的其中之一)，再添加适量导电碳黑(或石墨烯)，隔膜采用经接枝技术和亲水技术处理的复合隔膜(锂离子电池用防枝晶膜亲水处理后和碱锰电池用PP膜复合)，正负极容量比为1：1.7，正极点焊二条镍带集流，正负极采用湿法上浆方法，正负极与隔膜进行卷绕(卷绕顺序为先放隔膜，再放负极，再将隔膜对折盖住负极，最后放正极卷绕成极组，卷绕极片放置见图3)，然后装入钢壳再注入电解液、封口、活化，制作出43SC1800mAh镍锌电池。用此方法制作的电池其1C充放电效率见下表1；

表1电池充放电效率表