一種包覆式鐵電極及其製備方法
2023-06-09 13:53:26
一種包覆式鐵電極及其製備方法
【專利摘要】本發明公開了一種包覆式鐵電極及其製備方法。本發明的技術方案要點為：一種包覆式鐵電極，包括極板，該極板主要由發泡鎳基體或發泡鐵基體和塗覆於發泡鎳基體或發泡鐵基體中的活性物質構成，所述的極板兩側分別包覆有切拉網、衝孔網帶、編織網或微孔金屬片，該切拉網、衝孔網帶、編織網或微孔金屬片通過機械輥壓或縫焊或機械輥壓與縫焊後使極板被包覆於切拉網、衝孔網帶、編織網或微孔金屬片之內。本發明還公開了該包覆式鐵電極的製備方法。本發明的包覆式鐵電極與傳統袋式鐵電極相比，活性物質利用率提高了28%-30%，大電流放電能力提高了50%-60%。
【專利說明】一種包覆式鐵電極及其製備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬於二次電池【技術領域】，具體涉及一種包覆式鐵電極及其製備方法。
【背景技術】
[0002] 19世紀末20世紀初，歐洲的JUNJER和美國的EDISON發明了鐵鎳電池，這是一種 以鐵電極作為負極，羥基氧化鎳作為正極的二次電池。由於鐵電極可承受過充過放，長期放 電態擱置等電性能濫用，且鐵電極使用壽命長，循環壽命可達2000次以上，使用年限為20 年以上，再者由於鐵電極採用了鐵作為活性物質，相比鎘鎳電池，鉛酸電池負極使用的鎘和 鉛材料，不構成對環境的汙染。而相比氫鎳電池負極使用的主要以稀土為主的貯氫合金，成 本優勢又十分明顯，鐵電極傳統上採用的是袋式結構，即通過機械設備將四氧化三鐵活性 物質、添加劑和導電劑等混合粉包在鍍鎳鋼帶做成的袋狀極板條內。根據容量需要，將所需 數量的極板條通過機械作用力拼接在一起，然後按要求尺寸裁切成不同寬度的極板毛坯， 再將毛坯裝進極板框內，經過壓紋形成極板，最後將極板焊接或裝配在集流板上形成完整 的鐵電極，但這種袋式鐵電極的製作工藝複雜，設備投入大，由於活性物質與集流體鋼帶間 距大，活性物質利用率低，大電流放電能力較弱，一般僅適合製作中低倍率放電的鐵鎳電池 (1C倍率以下電流放電)。
【發明內容】
[0003] 本發明為克服現有技術的不足而提供了一種成本低、使用安全、使用壽命長、製作 方法簡單、大電流放電能力強且活性物質利用率高的包覆式鐵電極及其製備方法。
[0004] 本發明的技術方案為：一種包覆式鐵電極，包括極板，該極板主要由發泡鎳基體或 發泡鐵基體和塗覆於發泡鎳基體或發泡鐵基體中的活性物質構成，其特徵在於：所述的極 板兩側分別包覆有切拉網、衝孔網帶、編織網或微孔金屬片，該切拉網、衝孔網帶、編織網或 微孔金屬片通過機械輥壓或縫焊或機械輥壓與縫焊後使極板被包覆於切拉網、衝孔網帶、 編織網或微孔金屬片之內。
[0005] 本發明所述的活性物質是由以下重量百分含量的組分製備而成的：還原鐵粉 87%-95. 5%、添加劑1%-5%、導電劑3%-7%和粘結劑0. 5%-1%，所述的添加劑為硫酸鎳、氫氧化 鎳或稀土類氧化物中的至少一種，其中稀土氧化物為二氧化鈦、氧化釔、氧化鉺或氧化鐿中 的一種或多種，所述的導電劑為鐵粉、鎳粉、石墨或乙炔黑中的至少一種，所述的粘結劑為 PTFE乳液。
[0006] 本發明所述的切拉網、衝孔網帶、編織網或微孔金屬片的材質為厚度< 1mm的金 屬帶。
[0007] 本發明所述的切拉網、衝孔網帶、編織網或微孔金屬片的孔徑彡80目。
[0008] 本發明所述的極板包覆切拉網、衝孔網帶、編織網或微孔金屬片後經壓槽在極板 及包覆於極板兩側的切拉網、衝孔網帶、編織網或微孔金屬片上共同形成相對應的凸起和 凹槽。
[0009] 本發明所述的凸起和凹槽為直線型凸起和凹槽、虛線型凸起和凹槽、曲線型凸起 和凹槽、幾何型凸起和凹槽或不規則形狀的凸起和凹槽。
[0010] 本發明所述的包覆式鐵電極的製備方法，其特徵在於包括以下步驟：（1)活性物 質混合料的製備，將重量百分含量為87%-95. 5%的還原鐵粉、重量百分含量為1%-5%的添加 劑和重量百分含量為3%-7%的導電劑混合均勻，然後加入重量百分含量為0. 5%-1%的粘結 劑配製成的質量濃度為10%_20%的粘結劑水溶液調製，攪拌均勻即製得活性物質混合料； (2)包覆式鐵電極的製備，將步驟（1)製得的活性物質混合料刷塗於發泡鎳基體或發泡鐵基 體中，壓片，衝切，點焊極耳製得極板，再將切拉網、衝孔網帶、編織網或微孔金屬片包覆於 極板兩側通過機械輥壓或縫焊或機械輥壓與縫焊後使極板被包覆於切拉網、衝孔網帶、編 織網或微孔金屬片之內即製得包覆式鐵電極。
[0011] 本發明與現有技術相比具有以下優點：（1)發泡鎳基體或發泡鐵基體製得的包覆 式鐵電極，與袋式鐵電極相比，由於發泡鎳基體或者發泡鐵基體獨特的三維網狀結構和高 度的微孔化，這樣活性物質與集流體間的距離大大縮短，包覆式鐵電極的大電流放電能力 明顯加強，活性物質的利用率也得到提高；（2)極板包覆切拉網、衝孔網帶、編織網或微孔 金屬片後經壓槽在極板及包覆於極板兩側的切拉網、衝孔網帶、編織網或微孔金屬片上共 同形成相對應的凸起和凹槽，一方面使切拉網、衝孔網帶、編織網或微孔金屬片與極板緊密 粘合在一起，有效防止活性物質的脫落，另一方面也有利於氣液在切拉網、衝孔網帶、編織 網或微孔金屬片通道中流動；（3)用本發明的包覆式鐵電極製作的鐵鎳電池可滿足高倍率 放電的要求，製作方法簡單、便於生產；（4)本發明的包覆式鐵電極與傳統袋式鐵電極相 t匕，活性物質利用率提高了 28%-30%，大電流放電能力提高了 50%-60%。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012] 圖1是本發明實施例1製得的包覆式鐵電極的結構示意圖，圖2是圖1的橫向剖 視圖。
[0013] 圖面說明：1、極板，2、切拉網。
【具體實施方式】
[0014] 以下通過實施例對本發明的上述內容做進一步詳細說明，但不應該將此理解為本 發明上述主題的範圍僅限於以下的實施例，凡基於本發明上述內容實現的技術均屬於本發 明的範圍。
[0015] 實施例1 包覆式鐵電極的製備 (1)活性物質混合料的製備：將87g還原鐵粉、5g添加劑硫酸鎳和7g導電劑石墨混合 均勻，然後加入由lg粘結劑配製成質量濃度為20%的粘結劑水溶液5g，調製攪拌混合均勻， 即製成活性物質混合料；（2)發泡鎳基體或發泡鐵基體的製備：將發泡海綿經電鍍鎳後燒 除海綿製得發泡鎳基體，將發泡海綿經電鍍鐵再電鍍鎳後燒除海綿製得發泡鐵基體；（3) 包覆式鐵電極的成型：將步驟（1)製得的活性物質混合料刷塗於步驟（2)製得的發泡鎳基 體或發泡鐵基體中，壓片，衝切，點焊極耳製得極板1，再將切拉網2包覆於極板1兩側通過 機械輥壓與縫焊後使極板1被包覆於切拉網2之內，極板1包覆切拉網2後經壓槽在極板 1及包覆於極板1兩側的切拉網2上共同形成相對應的凸起和凹槽即製得發泡鎳式鐵電極 或發泡鐵式鐵電極，統稱為包覆式鐵電極。
[0016] 傳統袋式鐵電極：將還原鐵粉87g、添加劑硫酸鎳5g和導電劑石墨7g混合均勻， 通過機械設備將混合粉包在鍍鎳鋼帶做成的袋狀極板條內，然後壓成極板，最後將極板焊 接極耳，即製成袋式鐵電極。
[0017] 將本發明的包覆式鐵電極和傳統的袋式鐵電極與燒結式鎳電極以聚丙烯無紡布 和聚乙烯輻射接枝膜組成的隔膜隔開，組成疊片式鐵鎳電池，裝入尼龍塑料殼內，然後灌注 比重為1. 25g/mL的氫氧化鉀水溶液（內含15g/mL的氫氧化鋰),擱置12小時，再經充放電 活化即成為鐵鎳電池。
[0018] 電池以0. 25C充電8小時，停30分鐘，以0. 2C放電至1.0V，計算出電池放電容量。
[0019] 電池以0. 25C充電8小時，停30分鐘，以5C放電至0. 8V，計算出電池放電容量。
[0020] 電池以鐵電極理論容量的0. 1C充電10小時，停30分鐘，然後以鐵電極理論容量 的〇. 1C放電至0. 55V (相對鋅參比電極)，計算出鐵電極中活性物質克容量。
[0021] 本發明的包覆式鐵電極與傳統的袋式鐵電極活性物質利用率和大電流放電能力 比較，見下表：
【權利要求】
1. 一種包覆式鐵電極，包括極板，該極板主要由發泡鎳基體或發泡鐵基體和塗覆於發 泡鎳基體或發泡鐵基體中的活性物質構成，其特徵在於：所述的極板兩側分別包覆有切拉 網、衝孔網帶、編織網或微孔金屬片，該切拉網、衝孔網帶、編織網或微孔金屬片通過機械輥 壓或縫焊或機械輥壓與縫焊後使極板被包覆於切拉網、衝孔網帶、編織網或微孔金屬片之 內。
2. 根據權利要求1所述的包覆式鐵電極，其特徵在於：所述的活性物質是由以下重量 百分含量的組分製備而成的：還原鐵粉87%-95. 5%、添加劑1%-5%、導電劑3%-7%和粘結劑 0. 5%-1%，所述的添加劑為硫酸鎳、氫氧化鎳或稀土類氧化物中的至少一種，其中稀土氧化 物為二氧化鈦、氧化釔、氧化鉺或氧化鐿中的一種或多種，所述的導電劑為鐵粉、鎳粉、石墨 或乙炔黑中的至少一種，所述的粘結劑為PTFE乳液。
3. 根據權利要求1所述的包覆式鐵電極，其特徵在於：所述的切拉網、衝孔網帶、編織 網或微孔金屬片的材質為厚度< 1mm的金屬帶。
4. 根據權利要求1所述的包覆式鐵電極，其特徵在於：所述的切拉網、衝孔網帶、編織 網或微孔金屬片的孔徑<80目。
5. 根據權利要求1所述的包覆式鐵電極，其特徵在於：所述的極板包覆切拉網、衝孔網 帶、編織網或微孔金屬片後經壓槽在極板及包覆於極板兩側的切拉網、衝孔網帶、編織網或 微孔金屬片上共同形成相對應的凸起和凹槽。
6. 根據權利要求5所述的包覆式鐵電極，其特徵在於：所述的凸起和凹槽為直線型凸 起和凹槽、虛線型凸起和凹槽、曲線型凸起和凹槽、幾何型凸起和凹槽或不規則形狀的凸起 和凹槽。
7. -種權利要求1所述的包覆式鐵電極的製備方法，其特徵在於包括以下步驟：（1) 活性物質混合料的製備，將重量百分含量為87%-95. 5%的還原鐵粉、重量百分含量為1%-5% 的添加劑和重量百分含量為3%-7%的導電劑混合均勻，然後加入重量百分含量為0. 5%-1% 的粘結劑配製成的質量濃度為1〇%_2〇%的粘結劑水溶液調製，攪拌均勻即製得活性物質混 合料；（2)包覆式鐵電極的製備，將步驟（1)製得的活性物質混合料刷塗於發泡鎳基體或發 泡鐵基體中，壓片，衝切，點焊極耳製得極板，再將切拉網、衝孔網帶、編織網或微孔金屬片 包覆於極板兩側通過機械輥壓或縫焊或機械輥壓與縫焊後使極板被包覆於切拉網、衝孔網 帶、編織網或微孔金屬片之內即製得包覆式鐵電極。
【文檔編號】H01M4/32GK104103858SQ201410270803
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年6月18日 優先權日:2014年6月18日
【發明者】楊玉鋒, 李群傑, 李喜歌 申請人:河南創力新能源科技有限公司