一種超級電容型鎳碳蓄電池及其製造方法
2023-07-22 06:30:26
一種超級電容型鎳碳蓄電池及其製造方法
【專利摘要】本發明涉及一種超級電容型鎳碳蓄電池及其製造方法，屬於電容型蓄電池【技術領域】。該電池包括外殼、設置在外殼內的電芯和電解液；電芯包括正極板、隔膜和負極板；負極板包括導電基座和納米活性炭層；導電基座是具有多孔結構的發泡鎳片或鎳網箔片；納米活性炭層附著在導電基座上與導電基座直接接觸；當電池存有電能時，正極板與納米活性炭層的負極板形成電容，具有瞬間大電流放電的特有功能。該製造方法包括，預製、卷片（排片）、注液、封裝和包裝。本發明提供的超級電容型鎳碳蓄電池及其製造方法可提高電池及電池的負極合金儲氫容量，提高電極導電性，降低電阻。延長電池使用壽命，降低電池成品重量三分之一。
【專利說明】 一種超級電容型鎳碳蓄電池及其製造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種超級電容型鎳碳蓄電池及其製造方法，屬於電容型蓄電池【技術領域】。
【背景技術】
[0002]鎳合金電池(含氫合金)是從鎳鎘電池發展而來，與鎳鎘電池相比較，鎳合金電池極大的改善了鎳鎘電池的記憶效應，不使用對環境有害的鎘金屬，且電容量較鎳鎘電池大為提高，是一種具有較高能量密度、循環壽命長、環境汙染小的二次電池，常用於行動電話、筆記本電腦、數字相機等電子產品。當前新研發的成果「超級電容型鎳碳蓄電池」更用於電動車、汽車等動力電源。
[0003]鎳合金電池的組成主要包括正極、負極、隔離膜、電解液等。一般而言，鎳合金電池正極的活性物質為氫氧化鎳粉末，另外添加少量添加劑組成，利用粘結劑，如PTFE、EPDM等，將正極活性物質塗覆於導電基材上，所用導電基材為發泡鎳網，或者用鎳金屬纖維與木質纖維材料混合而成的纖維狀基板。
[0004]鎳合金電池負極是影響鎳合金電池性能的關鍵，一般採用儲氫合金材料。儲氫合金材料大致可分為AB5型，AB2型，A2B型及AB型系列合金。其中，A代表強吸氫能力金屬，如Mg，Al.Ti，La等金屬，B代表具有觸媒能力的過渡金屬，如Fe，Co，Ni，Mn，Al，Cr等。現有的製造方法是將儲氫合金粉碎，控制粒徑為100微米以下，然後以粘結劑塗覆填充於導電基材即可。導電基材常採用鍍鎳金屬網，也可使用發泡鎳網，粘結劑為PTEE，EPDM等。隔離膜常採用PP或PE不織布，電解液一般是HOK，L1H溶液或其混合溶液。
[0005]傳統鎳合金電池用儲氫合金的儲氫容量較小，例如；AB5型合金，以LiNi5H6為例，理論儲氫容量約為1.4fft% ；AB合金，以TiFeHl.9為例，理論儲氫容量為1.8fft% ；A2B型合金，以Mg2Ni為例，理論儲氫容量為3.6fft% ；AB2型合金，以ZrV2H4.5為例，理論儲氫容量為 2.0fft%ο
[0006]納米活性炭的儲氫容量因條件不同，其儲氫容量有所差異，從4.0fft%?20.0fft% ；較傳統儲氫容量有所提高，因製備方法及條件不同而有所差別，約為2.5fft%?5.2Wt%。
[0007]但是，當應用於鎳合金電池負極(儲氫合金)時，上述複合儲氫材料需利用粘結劑將其粘結於導電基底，才可將該複合儲氫材料粉末與導電基底牢固結合為一體，粘結劑不可避免會影響複合儲氫材料粉末顆粒之間，複合儲氫材料與導電基底之間的直接接觸，導致負極的電阻增大。從而，含有該負極的鎳合金電池的大電流充放電能力減弱，充放電循環壽命減少。
【發明內容】
[0008]本發明要解決技術問題是:克服上述技術的缺點，提供一種儲氫容量高，總體電阻小，且循環使用壽命長、可在瞬間釋放大電流的超級電容型鎳碳蓄電池。
[0009]為了解決上述技術問題，本發明提出的第一種技術方案是:一種超級電容型鎳碳蓄電池，包括外殼、設置在所述外殼內的電芯和電解液；所述電芯包括正極板、隔膜和負極板；所述負極板包括導電基座和納米活性炭層；所述導電基座是具有多孔結構的發泡鎳片、鎳網或鎳箔片；所述納米活性炭層附著在所述導電基座上與所述導電基座直接接觸；當所述電池存有電能時，所述正極板與所述納米活性炭層形成電容。
[0010]上述方案進一步的改進在於:所述發泡鎳片的孔隙率大於等於95%。
[0011]上述方案進一步的改進在於:所述納米活性炭附著在所述發泡鎳片的孔隙內和表面上。
[0012]為了解決上述技術問題，本發明提出的第二種技術方案是:一種超級電容型鎳碳蓄電池的製造方法，包括如下步驟:
(1)製作正極板；
(2)製作負極板；
(3)根據電池形狀，將正極板和負極板進行卷繞或排片；
(4)注電解液；
(5)封口；
(6)包裝；
上述的步驟(2)還分為如下步驟:
Ca)將具有多孔結構的導電基座加工成所需要電極的尺寸；
(b)對導電基座的表面用鹼溶液或無機鹽溶液進行表面處理，使其表面獲得納米級催化劑點；
(C)將導電基座在保護氣體中加熱至反應溫度，並通入碳氫化合物氣體進行反應，在導電基座上生成納米活性炭，所述納米活性炭附著在導電基座表面和孔隙內；
Cd)停止通入碳氫化合物氣體並停止加熱，將導電基座置於保護氣體中冷卻至室溫； (e)將導電基座與附著在導電基座表面和孔隙內的納米活性炭在真空環境匯總進行燒結。
[0013]上述方案進一步的改進在於:所述導電基座採用具有多孔結構的發泡鎳片、鎳網或者鎳箔片，其孔隙率大於等於95%。
[0014]上述方案進一步的改進在於:所述保護氣體是氮氣、氬氣或者二者的混合氣體。
[0015]上述方案進一步的改進在於:所述步驟(C)中，所述反應溫度為600到1100攝氏度。
[0016]本發明提供的超級電容型鎳碳蓄電池及其製造方法，在導電基底形成碳納米活性炭附著。其中，導電基底是多孔的鎳網、格柵、箔片或發泡鎳片等等，使納米活性炭形成於導電基底的表面及其孔隙內，納米活性炭與正極板形成電容效應，預先存儲電能，在電池放電時，可以有效增加輸出電流，進一步的，也可以在短時間內釋放較大大電流。同時，納米活性炭與導電基底直接接觸，可提高負極板儲氫容量，提高電極導電性，降低電阻，進而延長電池使用壽命。導電基底的多孔結構還可以降低電池成品重量三分之一左右。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1是本發明實施例的製作方法流程圖。
[0018]圖2是圖1中負極板製作方法流程圖。
[0019]圖3是本發明實施例的結構圖。
【具體實施方式】
實施例
[0020]本實施例的一種超級電容型鎳碳蓄電池的製造方法，如圖1所示，包括如下步驟:
(1)製作正極板；
(2)製作負極板；
(3)根據電池形狀，將正極板和負極板進行卷繞或排片；
(4)注電解液；
(5)封口；
(6)包裝；
其中製造正極板與傳統鎳氫電池工藝方法相仿，即採用拉漿法，主要包括如下步驟:和漿、拉漿、烘乾、成型等。
[0021]其中的負極板製造工藝則如圖2所示，包括如下步驟:
(I)將發泡鎳片(帶)作為導電基座依照所需要電極尺寸進行加工；發泡鎳片(帶)具有特殊的三維網狀結構，其孔隙率大於等於95%，導電性良好，孔率高、比表面積大、孔徑小、質量均勻，滲透性優良，非常適宜作為鎳碳蓄電池的導電基底。發泡鎳片(帶)可以通過電化學方法或其它方法製備。發泡鎳片(帶)也可用鎳網、鎳格柵、打孔鎳箔片或鍍鎳鐵網代替。本工藝主要使用鎳網為優。
[0022](2)對導電基座的表面用鹼溶液或無機鹽溶液進行表面處理，使其表面獲得納米級催化劑點；反應時間在10到30分鐘；
(3)將導電基座置入反應爐內，並通入保護氣體防止氧化，然後將反應爐加熱至600到1100攝氏度並維持溫度；加熱過程中再通入碳氫化合物氣體，主要是甲烷、乙烯或乙炔氣體，進行反應，反應時間在20到30分鐘；在催化點的作用下，反應氣體在導電基座上生成納米活性炭層；
(4)反應結束後，停止通入反應氣體、停止加熱，保護氣體維持通入，自然冷卻導電基座至室溫；
(5)為了使將納米活性炭層與導電基座結合牢固，將在導電基座和附著在其上的納米活性炭層在真空環境匯總進行燒結；在增加納米活性炭層與導電基座之間結合強度的同時，還可以達到氣相純化。
[0023]上述製造方法中使用的保護氣體是氮氣、氬氣或者二者的混合氣體。
[0024]最終，由上述方法製造的超級電容型鎳碳蓄電池，包括外殼、設置在外殼內的電芯和電解液；電芯如圖3所示，包括正極板、隔膜和負極板；負極板包括導電基座和納米活性炭層；導電基座是具有多孔結構的發泡鎳片、鎳網或鎳箔片；納米活性炭層附著在導電基座上與導電基座直接接觸；當電池存有電能時，正極板與納米活性炭層形成電容。其中正級板採用氧化鎳，由拉漿法製造而來，負極板則以發泡鎳片(帶)、鎳網、鎳格柵、打孔鎳箔片或鍍鎳鐵網等，由上述方法製造；隔膜則採用PE或PP材料製得。
[0025]本實施例的電池，在電池充電後，納米活性炭層的與正極板形成電容效應，部分電能由該電容存儲，這樣，當電池放電時，電容可以輔助電池提供更高的電流，而這些額外的電流是直接存儲在電極板上的，所以不會損壞電池。正負極板均採用網狀、多孔的結構也使得電池整體重量減少三分之一左右。
[0026]本發明不局限於上述實施例所述的具體技術方案，除上述實施例外，本發明還可以有其他實施方式。凡採用等同替換形成的技術方案，均為本發明要求的保護範圍。
【權利要求】
1.一種超級電容型鑔碳蓄電池，包括外殼、設置在所述外殼內的電芯和電解液；所述電芯包括正極板、隔膜和負極板；其特徵在於:所述負極板包括導電基座和納米活性炭層；所述導電基座是具有多孔結構的發泡鎳片、鎳網或者鎳箔片；所述納米活性炭層附著在所述導電基座上與所述導電基座直接接觸；當所述電池存有電能時，所述正極板與所述納米活性炭層形成電容。
2.如權利要求1所述的超級電容型鎳碳蓄電池，其特徵在於:所述導電基座的孔隙率大於等於95%。
3.如權利要求2所述的超級電容型鎳碳蓄電池，其特徵在於:所述納米活性炭附著在所述發泡鎳片的孔隙內和表面上。
4.如權利要求1所述的超級電容型鎳碳蓄電池的製造方法，包括如下步驟: (1)製作正極板； (2)製作負極板； (3)根據電池形狀，將正極板和負極板進行卷繞或排片； (4)注電解液； (5)封口； (6)包裝； 其特徵在於，所述步驟(2)分為如下步驟: Ca)將具有多孔結構的導電基座加工成所需要電極的尺寸； (b)對導電基座的表面用鹼溶液或無機鹽溶液進行表面處理，使其表面獲得納米級催化劑點； (C)將導電基座在保護氣體中加熱至反應溫度，並通入碳氫化合物氣體進行反應，在導電基座上生成納米活性炭，所述納米活性炭附著在導電基座表面和孔隙內； Cd)停止通入碳氫化合物氣體並停止加熱，將導電基座置於保護氣體中冷卻至室溫； (e)將導電基座與附著在導電基座表面和孔隙內的納米活性炭在真空環境匯總進行燒結。
5.如權利要求4所述的超級電容型鎳碳蓄電池的製造方法，其特徵在於:所述導電基座採用具有多孔結構的發泡鎳片、鎳網或鎳箔片，其孔隙率大於等於95%。
6.如權利要求4所述的超級電容型鎳碳蓄電池的製造方法，其特徵在於:所述保護氣體是氮氣、氬氣或者二者的混合氣體。
7.如權利要求4所述的超級電容型鎳碳蓄電池的製造方法，其特徵在於:所述步驟(c)中，所述反應溫度為600到1100攝氏度。
【文檔編號】H01M10/30GK104505547SQ201410832645
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月29日 優先權日:2014年12月29日
【發明者】陶健, 韓步勳, 蘭茂昭, 黃護林 申請人:南京環球照明能源應用研究所