專利名稱：一體組合型塑料殼體二次電池組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及Ni/MH、Ni/Cd、Ni/Zn、Ni/Fe一體組合型塑料殼體二次電池組的制造。
為了迎接未來的油氣資源枯竭的嚴峻挑戰(zhàn)和克服日益嚴重的環(huán)境污染，當(dāng)前市場急需高性能價格比的二次電池組以滿足電動工具、電動自行車、電動摩托車和電動汽車等各個領(lǐng)域?qū)﹄娫吹钠惹行枨?，但是現(xiàn)在二次電池組的價格較貴，普遍采用不銹鋼、鐵鍍鎳及塑料的單體殼體然后用組裝件組裝，在一定程度上影響了它的迅速推廣使用。
制造塑料殼體二次電池組需要解決下列問題1)電池組內(nèi)有一只電池失效，整個電池組就會失效，因此對電極組的電化學(xué)性能的均一性和長期使用的可靠性要求極高；2)由于電池組整體的密封性和單體電池之間的密封性會嚴重影響電池組的性能，因此要求絕對可靠的密封性；3)由于電池組的熱效應(yīng)會引起壽命縮短，塑料電池組增大了減少熱效應(yīng)影響的難度，因此要采用各種有效辦法減小熱效應(yīng)的影響；4)由于該電池組的機械強度較差，引起了抗內(nèi)壓和安全性問題，因此要采取有效措施加以解決。中國專利CN 86 201602 U公開了塑料殼體堿錳二次電池，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難于實施。
本實用新型的目的在于提供一種一體組合型塑料殼體二次電池組，可以克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點，有效地降低電池組另部件成本，大大簡化生產(chǎn)工藝，有效降低設(shè)備投資和制造成本，顯著提高電池組的重量比能量和重量比功率。
本實用新型一體組合型塑料殼體二次電池組有5-200Ah的X個單體電池或2×1/2X個單體電池的塑料殼體(X＝2-10)。在電池充電后期、過充電或反充電時會產(chǎn)生內(nèi)壓，但是電池組內(nèi)部隔板兩惻的壓力可以基本抵消，并排X個Ni/MH單體電池的塑料電池組對降低內(nèi)壓影響較為有利。綜合考慮電池組制造和使用的多方面因素，單體電池數(shù)以3-8為主。
塑料殼體采用ABS、聚酰胺及其改性材料、聚亞酰胺、聚砜等高強度、流動性好、便于加工、耐老化和耐高溫的高分子材料。上述材料中ABS的價格低，但是不耐老化，在進行產(chǎn)品設(shè)計時要根據(jù)實際需要全面考慮。
采用了高度均一、周邊光滑的正負電極片。在已經(jīng)成熟的漿料配方、制造工藝的基礎(chǔ)上，使用大型自動四維攪拌機，制造非常均勻的漿料，在自動化、高精度的拉漿機上對質(zhì)量控制嚴格的基體涂漿，嚴格控制碾壓、縱切、斷切、沖切、焊筋、焊極耳、貼膠帶等各道工序，制造出尺寸準確、重量均一，無瑕疵的電極極片，電極具有良好的電化學(xué)性能和機械強度。將間以隔膜的正、負極片制成單體電池電極組。
采取穿壁串聯(lián)或過橋串聯(lián)工藝進行單體電池電極組串聯(lián)。穿壁打孔尺寸為φ1-20。穿壁串聯(lián)工藝只適用于熱封方式，需配置直流電焊機或穿壁焊機；過橋串聯(lián)工藝僅適用于膠封方式，使用點焊機將單體電池電極組用不銹鋼片串聯(lián)起來。也可采用鉚焊、螺紋連接、卡簧連接方式，但是必須保證單格之間的隔絕，以防電解液串格。
采用膠封和熱合工藝進行電池組密封。膠封方式，適于小批量生產(chǎn)，操作方便易行，前期投入少，但是受溫度環(huán)境的影響較大，生產(chǎn)操作中必須嚴格杜絕密封膠中氣泡的產(chǎn)生；熱合方式，適于大批量流水作業(yè)，氣密性好，生產(chǎn)效率較高，但熱合機及其模具，需投入一定資金。
采用線密封方式應(yīng)用彈簧的安全閥或線密封方式橡膠彈性啟動原理的安全閥。安全閥的尺寸范圍是φ0.5-20。該安全閥密封性能可靠，開啟壓力范圍小，開啟后可恢復(fù)性強。
采用AB5型負極活性材和Ni(OH)2正極活性材料、6MKOH+0.5MLiOH電解液、極片予處理、電池組熱處理及限制充電方式，有效地解決熱效應(yīng)問題。電極材料中的活性材料要足以抵抗強堿性電解質(zhì)溶液的腐蝕和在充放電過程中電極劇烈的膨脹和收縮。通過選擇電解質(zhì)的組成和濃度可以有效改進電池在不同溫度下的充放電特性，減少熱效應(yīng)。通過電池處理工藝，提高電池的活化程度，亦可有效減少熱效應(yīng)。選擇正確充電方式和充電設(shè)備，也對減少電池的熱效應(yīng)有重要意義。采取一系列有效措施，顯著減少了電池組的熱效應(yīng)。
本實用新型參照附圖描述如下

圖1是使用穿壁串聯(lián)的一體組合型塑料殼體二次電池組的剖面示意圖；圖2是使用過橋串聯(lián)的一體組合型塑料殼體二次電池組的剖面示意圖；圖3是14Ah、7.2V塑料殼體Ni/MH電池外形圖；圖4是14Ah、7.2V塑料殼體鎳氫電池組0.2C放電曲線；圖5是14Ah、7.2V塑料殼體鎳氫電池組循環(huán)壽命曲線；圖6是18Ah、7.2V塑料殼體鎳氫電池組0.5C放電曲線；圖7是18Ah、7.2V塑料殼體鎳氫電池組循環(huán)壽命曲線；圖8是12Ah、6V塑料殼體Ni/MH電池；圖9是12Ah、6V塑料殼體鎳氫電池組0.2C放電曲線；圖10是12Ah、6V塑料殼體鎳氫電池組循環(huán)壽命曲線。
如圖所示，1-極柱；2-安全閥蓋片；3-安全閥；4-上蓋；5-密封膠；6-殼體；7-電極組；8-極耳；9-穿壁部件，10-過橋部件。
本實用新型一體組合型塑料殼體二次電池組具有很多獨特的優(yōu)點，它的塑料電池組殼蓋比不銹鋼、鐵鍍鎳、單體塑料電池組殼蓋價格下降10倍以上，并且非常適宜于大規(guī)模生產(chǎn)，另外可以不使用原電池極柱和密封元件，另部件大大減少，結(jié)構(gòu)變得簡單合理，便宜實用；制造一體組合型塑料殼體二次電池組大大簡化了原生產(chǎn)工藝，不必使用大電流點焊機、激光焊機、氬弧焊機，有利于大規(guī)模生產(chǎn)，有效降低了設(shè)備投資和制造成本；一體組合型塑料殼體二次電池組顯著提高動力電池組的重量比能量和重量比功率，例如，Ni/MH電池組的重量比能量由60Wh/kg提高到70-75Wh/kg，重量比功率也從600W/kg提高到700W/kg，同時電池綜合性能良好，顯示出十分重要的經(jīng)濟效益和社會效益。
本實用新型突出的實質(zhì)性特點和顯著效果可以從下述的實施例得以體現(xiàn)，但它們不是對本實用新型作任何限制。
實施例114Ah、7.2V塑料殼體Ni/MH電池是按下述方法制備的。該電池組的外形尺寸為111mm×68mm×105mm，外殼材質(zhì)為改性聚酰胺樹脂塑料。電池組由六個單體電池組成，每個單體電池內(nèi)部尺寸為89mm×63mm×17.7mm。該電池組重1460g。以活性物質(zhì)Ni(OH)2、導(dǎo)電劑CoO、粘結(jié)劑作為原材料，使用大型拉漿機在1.6mm厚、410g/m2的泡沫鎳上涂漿，經(jīng)200℃左右烘干、碾壓、縱切、斷切、沖切、焊筋、焊極耳、貼膠帶，制備出正極片；以活性物質(zhì)Mn(CoNiAlMn)5合金、導(dǎo)電劑碳黑、粘結(jié)劑作為原材料，使用大型拉漿機在0.06mm厚的穿孔鍍鎳鋼帶上涂漿，經(jīng)180℃左右烘干、碾壓、縱切、斷切、沖切、焊筋、焊極耳，制備出負極片。正極尺寸為0.64mm×62mm×57mm，重8.2±0.05g；負極尺寸為0.37mm×65mm×59mm，重8.5±0.05g。將正極裝入焊接好的70mm×60mm接枝聚丙烯材料隔膜袋。將10片正極片、11片負極片按正負相隔的順序組裝電極組，極耳分別在兩側(cè)對齊，并且要嚴格保證每個極組中極片重量均一。將每個電極組陸續(xù)裝入殼體，進行過橋串聯(lián)，過橋部件采用0.5mm厚、5mm寬不銹鋼板，全部焊完后檢驗有無短路。然后將事先調(diào)好的密封膠均勻的倒入上蓋的密封槽內(nèi)，將裝有6個串聯(lián)電極組的殼體倒插入槽內(nèi)，待密封膠完全凝固后，從安全閥向每個電池單體內(nèi)分別注入30g濃度為6.5KOH＋0.05LiOH的電解質(zhì)溶液，然后安裝安全閥，安全閥內(nèi)徑φ5mm，最后進行電池化成。所制備的電池見附圖3。
經(jīng)過化成后，進行充放電測試，以0.2C充電5.5h、以0.2C放電的放電曲線見附圖4。該電池組的壽命曲線見附圖5。
實施例218Ah、7.2V塑料殼體Ni/MH電池是按下述方法制備的。該電池組的外形尺寸為150mm×65mm×92mm，外殼材質(zhì)為改性聚酰胺樹脂塑料。電池組由六個單體電池組成，每個單體電池內(nèi)部尺寸為80mm×30mm×47mm。該電池組重1890g。以活性物質(zhì)Ni(OH)2、導(dǎo)電劑CoO、粘結(jié)劑作為原材料，使用大型拉漿機在1.6mm厚、410g/m2的泡沫鎳上涂漿，經(jīng)200℃左右烘干、碾壓、縱切、斷切、沖切、焊筋、焊極耳、貼膠帶，制備出正極片；以活性物質(zhì)Mm(CoNiAlMn)5合金、導(dǎo)電劑碳黑、粘結(jié)劑作為原材料，使用大型拉漿機在0.06mm厚的穿孔鍍鎳鋼帶上涂漿，經(jīng)180℃左右烘干、碾壓、縱切、斷切、沖切、焊筋、焊極耳，制備出負極片。正極尺寸為0.65mm×43mm×62mm，重5.8±0.05g；負極尺寸為0.36mm×45mm×63mm，重6.4±0.05g。將正極裝入焊接好的67mm×45mm接枝聚丙烯材料隔膜袋。將12片正極片、13片負極片按正負相隔的順序組裝電極組，極耳分別在兩側(cè)對齊，并且要嚴格保證每個極組中極片重量均一。將每個電極組陸續(xù)裝入殼體，進行過橋串聯(lián)，過橋部件采用0.5mm厚、5mm寬不銹鋼板，全部焊完后檢驗有無短路。然后將事先調(diào)好的密封膠均勻的倒入上蓋的密封槽內(nèi)，將裝有6個串聯(lián)電極組的殼體倒插入槽內(nèi)，待密封膠完全凝固后，從安全閥向每個電池單體內(nèi)分別注入39g濃度為6.5KOH＋0.05LiOH的電解質(zhì)溶液，然后安裝安全閥，安全閥內(nèi)徑φ5mm，最后進行電池化成。所制備的電池同附圖3。
經(jīng)過化成后，進行充放電測試，以0.2C充電5.5h、以0.5C放電的放電曲線見附圖6。該電池組的壽命曲線見附圖7。
實施例312Ah、6V塑料殼體Ni/MH電池是按下述方法制備的。該電池組的外形尺寸為96mm×72mm×96mm，外殼材質(zhì)為改性聚酰胺樹脂塑料。電池組由五個單體電池組成，每個單體電池內(nèi)部尺寸為80mm×67mm×16mm。該電池組重1300g。以活性物質(zhì)Ni(OH)2、導(dǎo)電劑CoO、粘結(jié)劑作為原材料，使用大型拉漿機在1.6mm厚、410g/m2的泡沫鎳上涂漿，經(jīng)200℃左右烘干、碾壓、縱切、斷切、沖切、焊筋、焊極耳、貼膠帶，制備出正極片；以活性物質(zhì)Mm(CoNiAlMn)5合金、導(dǎo)電劑碳黑、粘結(jié)劑作為原材料，使用大型拉漿機在0.06mm-厚的穿孔鍍鎳鋼帶上涂漿，經(jīng)180℃左右烘干、碾壓、縱切、斷切、沖切、焊筋、焊極耳，制備出負極片。正極尺寸為0.64mm×62mm×52mm，重7.4±0.05g；負極尺寸為0.37mm×63mm×52mm，重7.6±0.05g。將正極裝入焊接好的65mm×55mm接枝聚丙烯材料隔膜袋。將10片正極片、11片負極片按正負相隔的順序組裝電極組，極耳分別在兩側(cè)對齊，并且要嚴格保證每個極組中極片重量均一。將每個電極組陸續(xù)裝入電池組殼體，進行過橋串聯(lián)，過橋部件采用0.5mm厚、5mm寬不銹鋼板，全部焊完后一起裝入殼體，并檢驗有無短路。然后將事先調(diào)好的密封膠均勻的倒入上蓋的密封槽內(nèi)，將裝有5個串聯(lián)電極組的殼體倒插入槽內(nèi)，待密封膠完全凝固后，從安全閥向每個電池單體內(nèi)分別注入24g濃度為6.5KOH＋0.05LiOH的電解質(zhì)溶液，然后安裝安全閥，安全閥內(nèi)徑φ5mm，最后進行電池化成。所制備的電池見附圖8。
經(jīng)過化成后，進行充放電測試，以0.2C充電5.5h、以0.2C放電的放電曲線見附圖9。該電池組的壽命曲線見附圖10。
權(quán)利要求1.一體組合型塑料殼體二次電池組，二次電池系指Ni/MH、Ni/Cd、Ni/Zn、Ni/Fe電池，其特征在于它包括有5-200Ah的X個單體電池或2×1/2X個單體電池與塑料殼體構(gòu)成，其中X＝2-10。
2.按照權(quán)利要求1所述的一體組合型塑料殼體二次電池組，其特征在于所述的Ni/MH二次電池X＝3-8。
3.按照權(quán)利要求1所述的一體組合型塑料殼體二次電池組，其特征在于所述的殼體是ABS、聚酰胺及其改性材料、聚亞酰胺、聚砜高分子材料。
4.按照權(quán)利要求1所述的一體組合型塑料殼體二次電池組，其特征在于所述的單體電池電極組是穿壁串聯(lián)或過橋串聯(lián)，亦可采用鉚焊、螺紋連接或卡簧連接方式。
5.按照權(quán)利要求1所述的一體組合型塑料殼體二次電池組，其特征在于所述的殼體采用膠封或熱合工藝進行電池組密封。
6.按照權(quán)利要求1所述的一體組合型塑料殼體二次電池組，其特征在于所述的殼體有采用線密封方式彈性的安全閥，安全閥出氣孔的尺寸范圍是φ0.5-20。
專利摘要本實用新型屬于二次電池結(jié)構(gòu)和制造,它包括有5-200Ah的X個單體電池或2×1/2X個單體電池與塑料殼體構(gòu)成的一體組合型塑料殼體二次電池組,其中X=2-10。電池綜合性能良好,有效地降低電池組零部件成本,大大簡化生產(chǎn)工藝,有效降低設(shè)備投資和制造成本,顯著提高電池組的重量比能量和重量比功率,如Ni/MH電池組的重量比能量由60Wh/kg提高到70-75Wh/kg,顯示出十分重要的經(jīng)濟效益和社會效益。
文檔編號H01M10/24GK2476879SQ0122713
公開日2002年2月13日 申請日期2001年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月14日
發(fā)明者閻德意, 馬云洲, 許克學(xué), 于泓, 趙文亮, 賈偉, 陳志平, 張俊英, 蔡靜嫻 申請人:天津和平海灣電源集團有限公司