專利名稱：一種粘結(jié)式鎳電極及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種鎳電極及其制造方法，特別是涉及一種粘結(jié)式鎳電極及其制法。
鎘鎳、氫鎳、鋅鎳等二次堿性電池用鎳電極通常分燒結(jié)式電極和非燒結(jié)式電極。對于燒結(jié)式鎳電極制造，是先在鎳基板上涂覆由粘合劑與金屬鎳粉組成的混合物后進行燒結(jié)處理，得到多孔鎳基板，將此基板經(jīng)過鎳鹽溶液浸漬、堿化處理等工序，反復多次，制成燒結(jié)式鎳電極，該制備工序復雜，活性物質(zhì)填充密度低；而非燒結(jié)式鎳電極以泡沫鎳電極為代表，將活性物質(zhì)直接填充到泡沫鎳多孔體內(nèi)部制備而成，該種電極制法簡單，由于采用了高孔隙度的發(fā)泡鎳多孔體，因而可以高密度填充，制造高容量電池，但是由于發(fā)泡鎳制備工藝復雜，帶來了成本高等問題。為了解決這些問題，開發(fā)出了使用穿孔金屬板作電極集流體的粘結(jié)式鎳電極。
1985年10月8日授權的美國第4,546,058號專利公開的一種粘結(jié)式鎳電極，通過將活性物質(zhì)、導電劑、聚四氟乙烯(PTFE)及其它添加劑碾壓成條，然后與穿孔金屬板層壓成型而制備，在該過程中，聚四氟乙烯與上述物料經(jīng)攪拌混合以使之纖維化，活性料流動性很小，脫水后物料相互固著緊密，但該制造方法邊角廢料較多，生產(chǎn)效率低下。
1995年3月8日公開的中國專利第CN1099908A號公開了一種采用聚乙烯作粘結(jié)劑的粘結(jié)式鎳電極，該電極采用混合活性物料擠出成型一次載到導電網(wǎng)上制得；在該制備方法中，除了用到非水溶劑外，整個配料過程均用保持漿料溫度在125-150℃，增加操作難度，也帶來了成本高等缺點。
本發(fā)明人通過深入細致的研究發(fā)現(xiàn)，采用聚四氟乙烯作粘結(jié)劑，因其纖維化作用而顯示出比聚乙烯緊密固著性，使鎳電極能忍耐堿液浸泡，提高電池使用壽命，同時在物料中添加親水性粘結(jié)劑來改善漿料流動性，使在室溫下配制成的漿料，可以一次性直接涂布于穿孔金屬板兩側(cè)；經(jīng)烘干沖切成型的粘結(jié)式鎳電極，無邊角費料，可大批量連續(xù)生產(chǎn)。因此，本發(fā)明的第一個目的在于提供一種粘結(jié)式鎳電極，本發(fā)明的第二個目的在于提供一種如上述粘結(jié)式鎳電極的制造方法。
本發(fā)明的粘結(jié)式鎳電極，包含有一層導電性支持體，以及由氫氧化鎳活性物質(zhì)和粘結(jié)劑、導電劑等輔助物質(zhì)混合組成的正極料，所述的粘結(jié)劑是由包含有聚四氟乙烯和親水性粘結(jié)劑組成的混合粘合劑。
在上述的粘結(jié)式鎳電極中，所述的親水性粘結(jié)劑包括甲基纖維素、羧甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素中至少一種或其二元、三元的混合物。
在上述的粘結(jié)式鎳電極中，所述的親水性粘結(jié)劑用量對正極料干粉的總重量比優(yōu)選為0.3％-2％。
在上述的粘結(jié)式鎳電極中，所述的聚四氟乙烯用量對正極料干粉的總重量比優(yōu)選為1％-6％。
在上述的粘結(jié)式鎳電極中，所述的導電劑包括有粉末狀石墨，其平均粒徑小于10微米。
在上述的粘結(jié)式鎳電極中，所述的導電性支持體是由多孔薄片狀耐堿金屬材料制成。
在上述的粘結(jié)式鎳電極中，所述的金屬材料選自鎳金屬或鍍有鎳金屬的合金。
本發(fā)明的制備如前述的粘結(jié)式鎳電極的方法，包括如下步驟(1)室溫下，將氫氧化鎳活性物質(zhì)和導電劑等輔助物質(zhì)預先混合，得到混料Ⅰ；(2)室溫下，將粘合劑與混料Ⅰ混合可得漿料Ⅱ；(3)將漿料Ⅱ涂布于導電性支持體上，烘干除去水分制得粘結(jié)式鎳電極。
所述的粘結(jié)式鎳電極制備方法，其中在第(2)步中，先將親水性粘結(jié)劑加入到混料Ⅰ中混合均勻后，再加入水懸浮液狀聚四氟乙烯混合。
在所述的粘結(jié)式鎳電極制備方法中，所述的親水性粘結(jié)劑包括甲基纖維素、羧甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素中至少一種或其二元、三元的混合物。
在所述的粘結(jié)式鎳電極制備方法中，所述的親水性粘結(jié)劑用量對正極料干粉的總重量比優(yōu)選為0.3％-2％。
在所述的粘結(jié)式鎳電極制備方法中，所述的聚四氟乙烯用量對正極料干粉的總重量比優(yōu)選為1％-6％。
在所述的粘結(jié)式鎳電極制備方法中，所述的導電劑包括有粉末狀石墨，其平均粒徑小于10微米。
在所述的粘結(jié)式鎳電極制備方法中，所述的導電性支持體是由多孔薄片狀耐堿金屬材料制成。
在所述的粘結(jié)式鎳電極制備方法中，所述的金屬材料選自鎳金屬或鍍有鎳金屬的合金。
如前所述，聚四氟乙烯作粘結(jié)劑，因其纖維化作用而顯示出比聚乙烯緊密固著性，但當聚四氟乙烯用量小于1％時，所制備電極耐堿性較差，在電極遁環(huán)過程易于粉化脫落，而高于6％時，活性物質(zhì)量相對減少，電極反應性能下降，使電池放電電壓平臺低下；前述粘結(jié)劑除了包含PTFE外，還含一種或多種親水性粘結(jié)劑，該粘結(jié)劑在起到粘結(jié)作用的同時還要充當表面活性劑的角色，以防止PTFE過早纖維化?？闪信e的親水性粘結(jié)劑有，但不局限于甲基纖維素(MC)、羧甲基纖維素(CMC)、羥丙基甲基纖維素(HPMC)。親水性粘結(jié)劑用量占活性料干粉總重量的0.3-2％為宜，用量低于0.3％時粘結(jié)強度低，PTFE也很容易過早纖維化，用量高于2％時電極電學性能下降，耐堿性能也隨著粘結(jié)劑用量的增加而降低，聚四氟乙烯和親水性粘結(jié)劑協(xié)同提高鎳電極性能；
前述涂布于導電支持體兩側(cè)的正極料包含活性物質(zhì)氫氧化鎳和石墨、鈷粉或鈷化合物或二者混合物導電劑，石墨采用平均粒徑小于10微米粉末，加入量優(yōu)選為占干粉總重量的2％-6％，。鈷粉或鈷合物在電極中經(jīng)氧化可形成導電性良好的CoOOH覆蓋于活性物質(zhì)表面，提高活性物質(zhì)利用率。
本發(fā)明的粘結(jié)式鎳電極制造方法，采用聚四氟乙烯和親水性粘結(jié)劑組成的混合粘合劑，制成漿料后，一次擠出成型電極，配料及極片后處理工藝簡單，無邊角廢料，適合于連續(xù)化生產(chǎn)；本發(fā)明的粘結(jié)式鎳電極耐堿性好，電極反應活性高，制得電池放電電壓平穩(wěn)，壽命長。


圖1為鎘鎳電池放電曲線圖。
以下將結(jié)合實施例對本發(fā)明加以進一步說明，但應當理解實施例對本發(fā)明權利要求不構成任何限制；
實驗結(jié)果比較例1所制極片有5％完全剝離，其余部分掉料嚴重，實施例1-3所制極片1部分脫落，極片2少量脫落，極片3基本無脫落現(xiàn)象。比較例2除PTFE水懸浮液用量改為10％外，其余同實施例1，制得電池D。
權利要求
1．一種粘結(jié)式鎳電極，包含有一層導電性支持體，以及由氫氧化鎳活性物質(zhì)和粘結(jié)劑、導電劑等輔助物質(zhì)混合組成的正極料，其特征在于所述的粘結(jié)劑是由包含有聚四氟乙烯和親水性粘結(jié)劑組成的混合粘合劑。
2．根據(jù)權利要求1所述的粘結(jié)式鎳電極，其特征在于所述的親水性粘結(jié)劑包括甲基纖維素、羧甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素中至少一種或其二元、三元的混合物。
3．根據(jù)權利要求2所述的粘結(jié)式鎳電極，其特征在于所述的親水性粘結(jié)劑用量對正極料干粉的總重量比為0.3％-2％。
4．根據(jù)權利要求1所述的粘結(jié)式鎳電極，其特征在于所述的聚四氟乙烯用量對正極料干粉的總重量比為1％-6％。
5．根據(jù)權利要求1所述的粘結(jié)式鎳電極，其特征在于所述的導電劑包括有粉末狀石墨，其平均粒徑小于10微米。
6．根據(jù)權利要求1所述的粘結(jié)式鎳電極，其特征在于所述的導電性支持體是由多孔薄片狀耐堿金屬材料制成。
7．根據(jù)權利要求6所述的粘結(jié)式鎳電極，其特征在于所述的金屬材料選自鎳金屬或鍍有鎳金屬的合金。
8．一種制備如權利要求1所述的粘結(jié)式鎳電極的方法，包括如下步驟(1)室溫下，將氫氧化鎳活性物質(zhì)和導電劑等輔助物質(zhì)預先混合，得到混料Ⅰ；(2)室溫下，將粘合劑與混料Ⅰ混合可得漿料Ⅱ；(3)將漿料Ⅱ涂布于導電性支持體上，烘干除去水分制得粘結(jié)式鎳電極。
9．根據(jù)權利要求8所述的粘結(jié)式鎳電極制備方法，其中在第(2)步中，先將親水性粘結(jié)劑加入到混料Ⅰ中混合均勻后，再加入水懸浮液狀聚四氟乙烯混合。
10．根據(jù)權利要求9所述的粘結(jié)式鎳電極制備方法，其特征在于所述的親水性粘結(jié)劑包括甲基纖維素、羧甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素中至少一種或其二元、三元的混合物。
11．根據(jù)權利要求10所述的粘結(jié)式鎳電極制備方法，其特征在于所述的親水性粘結(jié)劑用量對正極料干粉的總重量比為0.3％-2％。
12．根據(jù)權利要求9所述的粘結(jié)式鎳電極制備方法，其特征在于所述的聚四氟乙烯用量對正極料干粉的總重量比為1％-6％。
13．根據(jù)權利要求8所述的粘結(jié)式鎳電極制備方法，其特征在于所述的導電劑包括有粉末狀石墨，其平均粒徑小于10微米。
14．根據(jù)權利要求8所述的粘結(jié)式鎳電極制備方法，其特征在于所述的導電性支持體是由多孔薄片狀耐堿金屬材料制成。
15．根據(jù)權利要求14所述的粘結(jié)式鎳電極制備方法，其特征在于所述的金屬材料選自鎳金屬或鍍有鎳金屬的合金。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種粘結(jié)式鎳電極及其制造方法，所用粘結(jié)劑包括聚四氟乙烯和親水性粘合劑；室溫下，將氫氧化鎳活性物質(zhì)與導電劑預先混合后與粘合劑攪拌均勻，涂布在導電支持體上，烘干除去水分制得粘結(jié)式鎳電極；本發(fā)明的制備方法，能一次成型電極，配料及極片后處理工藝簡單，無邊角廢料，適合于連續(xù)化生產(chǎn)；本發(fā)明的鎳電極耐堿性好，電極反應活性高，制得電池放電電壓平穩(wěn)，壽命長。
文檔編號H01M4/26GK1317839SQ0011419
公開日2001年10月17日 申請日期2000年4月12日 優(yōu)先權日2000年4月12日
發(fā)明者何龍 申請人:深圳市比亞迪實業(yè)有限公司