[发明专利]一种密封锌镍二次电池负极及使用此负极的密封锌镍二次电池的前处理方法

说明书

技术领域

本发明属于电池制造领域，主要涉及一种密封锌镍二次电池负极，以及使用此负极的电池在密封后出厂之前的一系列处理步骤，通过此步骤能使电池内部体系趋于稳定，并减小电池体系内部副反应的进行，提高了电池的自放电性能。

背景技术

近年来，随着数码类移动设备的普及，对移动电源的能量比、体积、使用寿命、大倍率放电以及储存性能等要求也越来越高，同时还要满足环保的要求。因此现在在世界范围内，各厂家与科研机构都在大力发展性能优良、无污染、价格便宜的商品电池。目前市场中最常见的动力电池有铅酸蓄电池，锂离子电池、镍镉电池、镍氢电池等。但这些电池都有一些缺点，以至于制约了他们的进一步发展，其中锂离子电池的电压虽高，但是其成本较高，且安全性较差，制备工艺较复杂，生产时对环境要求很高；镍氢电池的储氢合金成本亦较高，且电池组一致性也有待提高；镍镉电池和铅酸电池虽然占据了较大的市场份额，但是这两类电池能量密度比较低，商品电池一般只能达到30～50Wh kg^-1，不适合在需要大量贮存能量又要移动的场合使用，对环境的危害又较为严重，不容易回收利用，此外欧盟已强制要求电池生产企业负担这些电池的废旧品处理，这些电池面临着欧美EUP指令(《用能产品生态设计指令》)、WEEE指令(《关于报废电子电气设备指令》)和RoHs指令(《关于在电子电气设备中限制使用某些有害物质指令》)三大壁垒，严重限制了他们的生产发展，因此不能够长远持续的发展。

开发环保绿色的二次化学电源已经成为当前一项十分必要和紧迫的任务，锌镍二次电池以其优越的性能得到推崇，它同时具有以下多种优点：1.比能量高(55-59.8Wh/kg)；2.比功率高(140-200W/kg)；3.开路电压高(1.75V)；4.原材料丰富廉价；5.大电流放电性能非常优越。因此锌镍电池更适合作为各种移动通讯设备、小型电动工具、电动自行车、电动吸尘器、电动模型及电动割草机等的动力电源。

目前国内外的锌镍电池经过上百年的发展，最近几年已经开始实现产业化，已经有公司陆续推出了锌镍方形电池和密封圆柱锌镍二次电池。但是发展到今天，锌镍二次电池主要存在的问题有自放电大、循环寿命短、负极枝晶生长和电极变形等问题仍然存在，而其中负极形变厉害，自放电严重等问题仍然是目前制约其产业化的最主要的因素之一。

目前普遍认为的自放电大的主要原因可以归纳为：

1.锌负极的活性物质活性过大，锌单质及其氧化物均为两性物质。在碱性电解液中锌单质容易溶解，发生自腐蚀行为，并析出氢气。如电池内壳金属或集流体金属的析氢过电位越低，则越容易发生这种腐蚀行为。而这种腐蚀行为产生的气体不仅使电池出现漏液，鼓底，而且使自放电变大，严重影响电池使用。

2.负极极片强度不够，在电解液溶液的长期浸泡过程中，容易泡烂，变形，由锌负极集流体上脱落。

3.电池内部含有的杂质，不稳定或者某些成分存在其他化学副反应。

为了解决电池的自己放电性能差，储存性能不好的的问题，针对自放电产生原因其方法可以为：

1.抑制锌活性物质在碱性电解液中的腐蚀析氢行为。

2.使锌负极极片有较好的机械强度，不容易脱粉。

3.在锌负极中增加锌单质的含量，且改变锌单质与氧化锌的比例，使电池在前期化成充电后有足够的锌单质。

目前，针对锌镍二次电池主要存在的问题，专利CN201022083Y中，发明了锌镍二次密封电池的金属外壳。此专利主要在金属外壳的内部壳底冲槽，以形成不同形状的连通的气体复合通道，提高气体复合效率，以解决电池爬碱、漏液、鼓底、气胀等问题，此方法有一定效果，但是效果有限。专利CN101202357中所述的电池壳和电池盖帽均采用铜或者铜合金外壳。通过这些改善电池外壳的方法，虽能提高析氢过电位，但是使生产制造成本增加。而在比亚迪公司的专利中，为避免锌负极与电池壳接触，在电池壳内壁上发生析氢行为，圆柱电池极片卷绕方式设计与通常电池相反，为正极包裹负极，这样极片卷绕方式会有以下缺点：负极利用率较低，且容量不足，电池的循环寿命很短，因负极与钢壳接触面积小，电池不能进行大倍率充放电，且需要对电池的外壳和电池盖帽进行改造。

上述诸多方法中，对提高锌镍电池自放电性能能起到一定的效果，但效果有限，操作繁琐，困难，且成本较高。因此，无论从从生产可操作性或者产品性能和成本出发，都需要对锌镍二次电池生产工艺进行优化改进，寻找更简单使用的方法以提高电池性能，加快其产业化速度。

发明内容