探索镍镉充电电池负极片制造方法，提升电池性能

探索镍镉充电电池负极片制造方法，提升电池性能

专利名称：一种镍镉充电电池负极片的制造方法

技术领域：

本发明涉及电气领域的电池，特别涉及一种镍镉充电电池负极片的制作方法。

背景技术：

镍镉电池的负极为氧化镉和海绵状金属镉，正极为氧化镍，电解液为KOH水溶液。镍镉电池电极的制造方法有板盒电极（袋电极）、烧结电极、粘结电极、发泡电极、电沉积电极和纤维电极等。由于粘结镉电极作为负极具有制造工艺简单、负极活性高、可连续大批量生产、成本低廉等优点，在镍镉密封电池生产中得到广泛应用。

采用一般方法生产的粘结镉负极制成的电池容量低、易漏液鼓底、耐过充及大电流充放电性能差。其制造工序是先将负极材料氧化镉和海绵镉混合成粉末，加入CMC水溶液作为粘结剂，再加入添加剂制成镉浆，添加剂有纤维、PVA水溶液、变压器油、导电剂等。用拉浆法将冲孔后的镀镍钢带覆上浆料，送入电加热烘干炉烘干制成负极带材，再在辊压机上卷成所需厚度的粘结负极带材，最后剪切成负极片。

由于传统方法所用配方含水量较高（24-35%），浆料搅拌过程无凝固反应（无明显发热现象），拉制出的负极带材填充密度低，与基材（穿孔镀镍钢带）结合不牢固。负极带材经卷绕后，虽然带材强度提高，容易压制成所需厚度，同时提高密度，但负极片的实际表面积与镉氧循环所需的高孔隙率均遭到破坏，导致电池充电电压高，容量水平低，耐过充性能差，电池易漏液，循环寿命短。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是解决传统方法所采用的配方含水量高，浆料搅拌过程无凝固反应，拉制出的负极带填充密度低，与基材粘结不牢，强度低，压延后负极片的实际表面积和孔隙率小，导致电池性能差的问题。采用本发明方法制造的粘结镉负极片，可以获得较大的填充密度、较高的孔隙率和尽可能大的真实表面积，从而大大改善和提升电池性能。

本发明所采用的技术方案是：本发明镍镉充电电池负极板的制造方法分为如下步骤：1)第一步，用纯水将羧甲基纤维素钠(CMC)和磷酸氢二钠配成溶液；2)第二步，依次加入氧化镉(CdO)、镉粉(Cd)、氢氧化镍Ni(OH)2，低速搅拌，再加入聚乙烯醇(PVA)和聚四氟乙烯(PTFE)水溶液，高速搅拌；或加入聚乙烯醇(PVA)和聚四氟乙烯(PTFE)水溶液，高速搅拌，再依次加入氧化镉(CdO)、镉粉(Cd)、氢氧化镍Ni(OH)2，低速搅拌；3)第三步，以穿孔镀镍钢带为基材进行拉浆； 4）第四步，放入拉浆炉烘干；5）第五步，切片。

上述技术方案中，浆料中各物料的重量配比为

氧化镉（CdO）60～85%；镉粉（Cd）10～30%；氢氧化镍Ni(OH)2 1～10%；羧甲基纤维素钠（CMC）0.5～3.0%；聚四氟乙烯（PTFE）0.5～2.0%；聚乙烯醇（PVA）0.5～2.0%；磷酸氢二钠溶液0.5～2.0%。

其余为少量的导电剂、稳定剂、疏水剂和一定量的纯水。

上述技术方案中的干燥工艺和切片工艺可以采用现有的技术工艺，如现有的二次电池负极生产工艺中的拉浆炉干燥工艺和切片工艺。上述组分中所述的导电剂可以为炭黑或乙炔黑或255#镍粉；疏水剂可以为聚四氟乙烯乳液；稳定剂可以为磷酸二氢钠溶液。

上述技术方案中，聚四氟乙烯（PTFE）是电池生产中常用的粘结剂，其化学性质非常稳定，具有较强的耐酸、耐碱、耐高温性能。

上述技术方案中，根据向浆料中投料的不同顺序，使镍镉电池负极配方中的各组分发生化学反应而凝聚，从而增大浆料的密度和粘度，易于拉浆。

本发明采用独特的浆料配方及加料顺序，通过机械搅拌、化学或电化学反应使负极材料凝聚，大大提高了负极浆料的致密度，省去了极带压延工序，避免了压延工序对负极片实际表面积的破坏性损伤及镉氧循环所需的高孔隙率。本发明增加了负极活性物质与基材的结合强度，提高了活性物质的填充密度，降低了极片厚度，满足了电池高容量、稳定、长循环寿命等性能要求，解决了现有一般浆料拉延工艺带来的充电电压高、容量水平低、耐过充性差、电池易漏液、循环寿命短等问题，使电池的技术性能大大提高。

本发明具有以下突出特点：（1）独特的负极配方及浆料搅拌操作程序，使负极活性物质高度凝聚，负极浆料密度达到2.9-3.2g/cm3。

（2）负极糊配方含水量大幅降低，仅为15-25%。

（3）由于负极浆料密度较高，拉制后的电极不需要经过压延，而是提前配制配方、设计好电极，将拉制后的电极厚度控制在要求的范围内。

（4）由于负极浆料密度较高，配方中没有添加对工艺性能影响很大的短纤维，对负极材料的结合强度无明显影响，同时负极材料分布的均匀性大大提高。

（5）由于拉制的负极片不需要经过压延，拉制后的负极片孔隙率较高。本发明生产的负极片活性物质孔隙率可达40%以上，电极反应实际表面积大。因此负极活性物质利用率高，电池性能好。

（6）连续化生产，工艺稳定，容易控制负极片活性物质含量。

（7）电极具有较强的吸氧能力，有利于电池内部的镉氧循环。

（8）特殊的浆料搅拌过程会产生大量的热量，负极糊的温度会升到40-70℃。

具体实施例方式实施例1：采用以CdO：Cd=4：1为基础的配方，加入CMC、PTFE、PVA。先用纯水将CMC、磷酸氢二钠配成3-15%浓度，再依次加入CdO、Cd、Ni(OH)2等，低速搅拌，再加入PVA、PTFE的水溶液（0.5-5%），高速搅拌至混合均匀。以穿孔镀镍钢带为基材进行拉浆，用拉浆炉将极片烘干至水分含量≤2%时，直接将极片切片成100×40×0.5mm左右。所得镉镍电池负极片重量均匀、厚度均匀、表面平整、孔隙率高。采用泡沫镍为基材，填充Ni(OH)2活性物质的正极与负极片组装成镉镍电池AA900（额定容量），经化成、搁置后，以1C电流持续充电2h（过充100%），电池不漏液、不鼓包，在1C电流下充放电循环可达800次以上。

实施例2采用以CdO：Cd=4：1为基础的配方，并添加CMC、PTFE及PVA等。先用纯水将CMC、磷酸氢二钠配成3-15%浓度，再加入PVA、PTFE等水溶液（0.5-5%），高速搅拌，再依次加入CdO、Cd、Ni(OH)2等，低速搅拌至混合均匀。以穿孔镀镍钢带为拉浆基材，经拉浆炉烘干至含水量≤2%，直接切片成约260×35×0.5mm。制备的镉镍电池负极片重量均匀、厚度一致、表面平整、孔隙率高。采用泡沫镍为基体填充Ni(OH)2活性物质的正极与负极片组装成镉镍电池（额定容量的动力电池），以1.5C电流1h即可充满电，以20C电流也可放电，电池不漏液、不鼓包，以1C电流充放电循环可达800次以上。

本发明采用独特的粘结负极配方、负极活性材料高浓缩的制浆工艺、连续拉浆技术制造镍镉蓄电池负极片，特别适合制造圆柱型密封镍镉蓄电池。

索赔

1.一种镍镉充电电池负极片的制造方法，其特征在于分为如下步骤：1)第一步，用纯水将羧甲基纤维素钠(CMC)和磷酸氢二钠配成溶液；2)第二步，依次加入氧化镉(CdO)、镉粉(Cd)、氢氧化镍(Ni(OH)2)，低速搅拌后加入聚乙烯醇(PVA)和聚四氟乙烯(PTFE)水溶液，高速搅拌；或加入聚乙烯醇(PVA)和聚四氟乙烯(PTFE)水溶液，高速搅拌后，依次加入氧化镉(CdO)、镉粉(Cd)、氢氧化镍(Ni(OH)2)，低速搅拌；3)第三步，以穿孔镀镍钢带为基材进行拉浆； 4)第四步，放入拉浆炉进行干燥；5)第五步，进行切片。

2.根据权利要求1所述的镍镉充电电池负极片的制作方法，其特征在于：浆料中各材料的重量配比为：氧化镉(CdO)60-85％；镉粉(Cd)10-30％；氢氧化镍Ni(OH)21-10％；羧甲基纤维素钠(CMC)0.5-3.0％；聚四氟乙烯(PTFE)0.5-2.0％；聚乙烯醇(PVA)0.5-2.0％；磷酸氢二钠溶液0.5-2.0％。余量为少量的导电剂、稳定剂、疏水剂及一定量的纯水。

3.根据权利要求1所述的镍镉充电电池负极片的制造方法，其特征在于：所述氧化镉(CdO)与镉粉(Cd)的比例为CdO：Cd=4：1。

4.根据权利要求1所述的镍镉充电电池负极片的制作方法，其特征在于：将羧甲基纤维素钠(CMC)和磷酸氢二钠用纯水配制成浓度为3～15％的溶液。

5、根据权利要求1所述的镍镉充电电池负极片的制造方法，其特征在于：所述镍镉电池负极糊的含水量为15-25％。

6.根据权利要求 1所述的镍镉充电电池负极片的制造方法，其特征在于：所述第四步：将极片放入拉浆炉中干燥，直至极片含水量≤2％。

7.根据权利要求1所述的镍镉充电电池负极片的制造方法，其特征在于：所述第五步为将负极片切片为100×40×0.5mm或260×35×0.5mm。

8.根据权利要求2所述的镍镉充电电池负极片的制造方法，其特征在于：所述导电剂为炭黑、乙炔黑或255#镍粉，疏水剂为聚四氟乙烯(PTFE)，稳定剂为磷酸二氢钠溶液。

9.根据权利要求1所述的镍镉充电电池负极片的制造方法，其特征在于：所述负极浆料的密度达到2.9～3.2g/cm3。

10.根据权利要求1所述的镍镉充电电池负极片的制造方法，其特征在于：在浆料混合过程中，负极糊的温度上升至40-70℃。

全文摘要

一种镍镉充电电池负极片的制作方法，包括五个步骤：用纯水配制CMC和磷酸氢二钠溶液；加入CdO、Cd、Ni(OH)

文件编号：H01M4/9

公开日期 2004 年 10 月 27 日 申请日期 2003 年 4 月 22 日 优先权日期 2003 年 4 月 22 日

发明人：钟发平 申请人：钟发平