充电电池的电极和电极制造方法及其设备技术

充电电池，特别是镍镉及镍氢电池的电极用铜、铜合金、镍质切拉网或镍、镀镍多孔骨架配合干粉活性物质充填后压制的工艺，使做成的电池性能一致性及均匀性好，容量大，生产能耗小，成本低。制造本发明专利技术电极的设备包括核心部分的粉料箱及压粉轮，箱内腔上大下小，含至少一个台阶，确保本发明专利技术方法要点的实现。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及可充电电池，更具体地，涉及可充电电池特别是镉镍和镍氢电池电极骨架之改进和电极制造方法及其设备。可充电电池近年来已获得巨大发展，特别是由于移动电话之类的电子器具的发展为电池发展提供了广阔前景，同时也提出了越来越高的要求比能量要大，寿命要长，成本要低，电池性能一致性要好。充电电池性能之改进，基本上取决于电极骨架的改进及电极制造方法，可充电电池中镉镍和镍氢电池是用得较多的品种，目前传统的电极结构和制造方法是骨架使用发泡镍，活性物质加粘结剂调成浆，填入骨架，再烘干压制成电极。此种技术存在的问题是镍作为骨架材料其导电率并非最佳；浆料中不得不含有粘结剂使活性物质的占有率降低，直接降低电池容量、增大内阻、减慢反应速度和吸收电解液的速度。此外，此种工艺复杂，每片电极浆料涂填重量一致性及均匀性不理想，即各片电极活性物质的量差异大，涂布均匀程度低，致使电池性能离散性大。复杂的工艺导致成本居高不下。拉浆工艺决定了必需烘干，能耗很大。对于镍氢电池，应用传统涂浆工艺更有致命缺点，此种电池的活性物质使用吸氢合金，多为稀土类合金，例如LaNi5，它们的特点是性质活泼，怕氧化，在制备和运输中应做到避免和氧气接触，但制造电极时拉浆过程必需有水，因此必需烘干，干燥到一定程度会有合金露出和气相氧相会，此时还存在水分，这种三相共处状态是氧化最强烈的情况，将使其性能下降，氧化班还会从表面向内延展，破坏吸氢合金的结构，使镍氢电池寿命下降，也造成了电池性能的不一致性。为了解决以上存在的问题，既要排除使用粘结剂以避免它的存在妨碍活性物质占有率的提高，又要排除使用拉浆以避免烘干烧结带来高能耗，破坏活性物质性能，使用干性活性物质是一条可走的路，但难点在于干粉应牢固结合于骨架之上，一直未见可靠的方案。经本专利技术人等的研究试验，成功地取得突破性进展，我们发现，不靠粘结剂及高温烧结，只要利用范德华力，使活性物质凝聚力和吸附力平衡，配合合适的网状骨架结构，可以使干粉活性物质牢固结合于骨架上。此外经我们研究，在特定的网状结构骨架下可以使用铜和铜合金这种其导电性能优于常规使用的镍的材料，带来额外的好处。本专利技术的目的是提供一种充电电池改进的电极。本专利技术的另一目的是提供一种所述改进电极的制造方法，此法流程简单，制成的电极质量高，电池性能均一性好，寿命长。本专利技术再一个目的是提供一种用于所述电极制造方法的设备，其结构简单，效率高，成品率高。本专利技术有如下技术方案一种充电电池电极干式制造方法，电极包括骨架及活性物质层，其特征是本方法由以下步骤组成①骨架由铜、铜合金或镍质切拉网带构成，所述切拉网带为在所述相应材质的片材横向成行切出多个切口，下一行的各切口间未切出切口的部分其位置在上一行切口的中间，随切出切口之后在片材纵向牵拉片材，切口形成菱形、方形或扇形的孔，切口周边的片材随牵拉而扭转，构成孔的框边；或者骨架是发泡的镍或镀镍材质的带；②将所述网带连续通过盛有活性物质干粉料的箱，所述干粉料为从稀土吸氢合金、Ni(OH)2、CoO、CdO、Cd、MnO2中选择的至少一种；③附有所述活性物质的所述网带从上述粉料箱出带口送出；④所述网带在出带口外随即被加压；⑤网带被切成片段，并卷成电极。一种充电电池电极，有骨架和活性物质层，其正极为发泡的镍或镀镍材质的多孔骨架，其特征是其负极骨架为铜、铜合金、镍材质之一的切拉网，所述切拉网有菱形、方形或扇形之一的孔，相邻两行的孔互相错开半个孔距，孔的框边相对于网平面扭转；在所述正极和负极的骨架上附有活性物质层，所述活性物质是稀土吸氢合金、Ni(OH)2、CoO、CdO、Cd、MnO2的干粉中选择的至少一种，附于骨架上后经加压形成活性物质层。一种充电电池电极干式制造设备，其特征是设活性物质粉料箱；在所述粉料箱外设骨架网带盘支架，向所述粉料箱送所述网带通过所述粉料箱中的粉料，所述网带为铜、铜合金、镍材质之一的切拉网或发泡镍或镀镍的多孔带；在粉料箱出带口外设一对转向相反、转速相同的压粉轮，将出带口送出的附着活性物质的网带通过二压粉轮之间受压成形。本专利技术的电极、制造方法和设备方案的基本专利技术点在于①活性物质不藉助于粘结剂来使其附着于骨架上，而是设法在考虑了活性物质凝聚力和吸附力平衡之外，利用范德华力达到活性物质牢固附着于骨架，是一种干式作业，从而完全改变了传统的拉浆法。②负极骨架使用切拉网结构，特别是使用铜质的切拉网骨架，不仅使上述第一个专利技术点充分发挥其作用，而且从骨架方面为提高性能、降低成本等等作出贡献。③本专利技术电极为干式制造，排除拉浆工艺，没有烧结过程，从而避免所有由烧结带来的弊病。骨架，特别是负极使用铜质骨架比镍质骨架价格便宜，导电率高，自然资源丰富。而切拉网结构骨架，尤其是菱形孔切拉网，孔率高，不易变形，配合干粉压制形成活性物质层不含粘结剂，不会造成非活性物质的粘结剂屏蔽掉一部分骨架有效面积的结果，因而有内阻小，反应速度快，吸收电解液速度快的优点。穿孔钢带骨架和本专利技术方案相比，它价贵，表面要镀镍，孔的边缘是镀层薄弱点，易脱落，因而自放电大，且它的孔率不可能超过80％，一般在40-50％。现有技术中发泡镍骨架配合拉浆法形成活性物质层的办法和本专利技术方案比较，本专利技术的优点除骨架本身材料已如上述外，切拉网结构因制造工艺简单而比发泡镍成本远低。此外，拉浆法特点在于加水加粘结剂成浆，填入骨架后要刮平、烘干。粘结剂只为涂布之用，不是活性物质，永远留在骨架上将降低有效作用，使内阻增大，反应速度降低。刮平工艺使浆层厚薄不匀，但又不得不刮。烘干是大耗能步骤，除增加成本外，在镍氢电池中将是损害吸氢合金性能的重要原因。本专利技术方案无需使用粘结剂，涂布十分均匀，控制活性物质数量准确容易，不需烘干步骤，无损害活性物质性能的可能，因此不存在以上缺点，电池性能得以提高，且离散性小，成本也下降。对于正极，虽然使用发泡镍为骨架导电性不如铜，但同样使用本专利技术的干式活性物质层制造工艺，具有所有排除拉浆法及烧结工艺带来的优点。综观之，本专利技术干法制造电极，粉料填入骨架工艺简单，能耗小，成本低，导电性好，自然资源丰富，内阻小，反应速度快，吸收电解液快，更可贵的是，经研究发现，本专利技术方案活性物质涂布得非常均匀，即每片电极重量、厚度一致性好，任何一片电极活性物质层重量差可以做到小于0.075克，由此制成的电极容量提高，均匀率上新台阶，电池的1c放电特性平台可明显增长达50％，制造成本却大幅降低。附图说明图1是电极成形设备主要构成的示意图。图2是图1设备的变化方案示意图。图3(a)(b)是切拉网结构示意图。以下结合附图描述具体实施例。第一实施例为一种镍氢电池的负极的制造例子。本例的电极有骨架，它是一种铜质切拉网，用0.1mm厚的铜箔在其宽度上切出多个切口，如图3(a)所示，相邻的下一行的各切口和上一行各切口错开半个切口节距，即某一行中各切口之间未被切开的部分其位置处在上下相邻行被切开的切口正中间处。随后切口被牵拉，形成菱形孔、方形孔或扇形孔的半个周边，本例中以菱形孔为例，如图3(b)所示，随着牵拉，上一行的切口构成菱形孔的上二个框边，下一行最靠近的切口形成菱形孔的下二个框边，在形成菱形孔的同时各框边被扭转成大体直立。切口的宽窄及牵拉的大小将决定菱形孔的对角线尺寸，相邻行切口间本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种充电电池电极干式制造方法，电极包括骨架及活性物质层，其特征是其本方法由以下步骤组成： ①骨架由铜、铜合金或镍质切拉网带构成，所述切拉网带为在所述相应材质的片材横向成行切出多个切口，下一行的各切口间未切出切口的部分其位置在上一行切口的中间，随切出切口之后在片材纵向牵拉片材，切口形成菱形、方形或扇形的孔，切口周边的片材随牵拉而扭转，构成孔的框边；或者骨架是发泡的镍或镀镍材质的带； ②将所述网带连续通过盛有活性物质干粉料的箱，所述干粉料为从稀土吸氢合金、Ｎｉ（ＯＨ）２、ＣｏＯ、ＣｄＯ、Ｃｄ、ＭｎＯ２中选择的至少一种； ③附有所述活性物质的所述网带从上述粉料箱出带口送出； ④所述网带在出带口外随即被加压； ⑤网带被切成片段，并卷成电极。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王玉杰，李文良，孙连志，王守军，王伟杰，李长锁，王纪三，
申请(专利权)人：王纪三，
类型：发明
国别省市：44[中国|广东]