一種降低鎳氫電池內壓的添加劑的製作方法
2023-05-01 08:21:26
專利名稱：一種降低鎳氫電池內壓的添加劑的製作方法
技術領域：
本發明是一種降低鎳氫電池內壓的添加劑，涉及電池生產技術，屬於綠色環保領域。
背景技術：
鎳氫電池作為新型高性能的綠色電池的典型代表，具有能量密度高，無鎘汙染，可大電流快速充放電等特點，在小型可攜式電子器件中獲得了廣泛的應用。隨著研究工作的深入和技術的不斷發展，也隨著能源問題和環境保護問題的日益突出，這類電池在電動工具、電動車輛和混合動力車上也正在逐步得到應用，形成新的發展。為了滿足鎳氫動力電池的要求，提高電池的綜合性能，尤其是電池的安全性和穩定性是當務之急。由於鎳氫電池的內壓是嚴重影響電池安全性的因素，降低電池內壓升高速度和最終內壓值，改進電池的安全性和穩定性以提高電池的綜合性能的關鍵問題之一。
本發明的目的是針對鎳氫動力電池所需要提高的安全性和穩定性問題，提供了一類添加劑和添加方式，較大幅度降低了電池充電過程中的內壓升高速度和最終內壓值，提高了電池的充電效率，改善了電池的整體性能，從而使電池的性能更適合動力電池的要求。
發明內容
本發明的內容是這樣實現的在鎳氫電池內添加一定比例(5％以下)具有高催化活性的添加劑，其特徵在於在電池負極活性物質、電池電極片表面、電池電解液中或電池隔膜的表面添加具有高催化活性的綠色生物類大分子添加劑，製成密封電池，電池型號無限制。本技術採用的添加劑種類有具有半導體特性的葉綠素；葉綠素金屬鹽；以多烯鍵的聚異戊二烯長鍵為分子中心的類胡蘿蔔素。這些添加劑中葉綠素金屬鹽的特徵在於將葉綠素的中心金屬離子鎂用其它金屬所取代，金屬在四吡咯環中間的空隙裡，經共價鍵和配價鍵與之相結合形成葉綠素金屬鹽，如葉綠素銅鈉鹽，葉綠素鐵鈉鹽等；類胡蘿蔔素的特徵在於分子中心都是烯鍵的聚異戊二烯長鍵，以此為基礎，通過末端氧化、氧的加入或者鍵的旋轉及異構化等方式產生的各種衍生物。(如
等)。加入添加劑以後，鎳氫電池的內壓通常可以下降20％～80％，因為在電池反應過程中涉及的反應比較複雜，添加劑的高催化活性和特殊生物活性一般都通過電池內壓的降低表現出來。這些添加劑都可以直接採用市場上出售的化學純試劑。
具體添加方式如下本發明在鎳氫電池負極活性物質添加添加劑的時候，採用在製作電池負極片的時候將添加劑以質量百分比小於5％的比例摻入電池負極活性物質中，再加入1.5～2％的濃度為60％的聚四氟乙烯乳液，通過調漿、塗片、真空乾燥、壓片等工藝製備成電池負極極片，再和正極片以及隔膜卷繞成電池。該方法製成的電池其0.4倍率充電時最終總內壓值可降低多達60％，1倍率充電時的最終內壓值可降低多達80％。
本發明在鎳氫電池電極片表面添加添加劑的時候，採用在電池極片表面均勻塗覆事先用無水乙醇完全溶解的添加劑，然後和隔膜一起卷繞成電池。該方法製成的電池其0.4倍率充電時最終內壓值可降低多達50％，1倍率充電時的最終內壓值可降低多達70％。
本發明在鎳氫電池電解液中添加添加劑的時候，將添加劑以質量百分比小於5％的比例混入電解液中，採用該電解液給已經卷繞好的電池注液，然後封口製成電池。該方法製成的電池其0.4倍率充電時最終內壓值可降低多達30％，1倍率充電時的最終內壓值可降低多達40％。
本發明在電池隔膜的表面添加添加劑的時候，採用隔膜表面均勻塗覆事先用無水乙醇完全溶解的添加劑，然後和電池正負極片一起卷繞成電池。該方法製成的電池其0.4倍率充電時最終內壓值可降低多達30％，1倍率充電時的最終內壓值可降低多達40％。
本發明在電池內添加上述添加劑，工藝較為簡單，無須更改現有生產設備。根據所加活性物質比例及添加方式不同，最終內壓值可降低20～80％，使電池具有更好的穩定性和安全性，從而賦予二次電池更好的充放電性能。
本發明的優點在於1、通過在電池內部添加低於5％的高催化活性的綠色生物類大分子添加劑，可以大幅度降低電池充電以及過充電過程中電池的內壓升高幅度和最終內壓值，從而顯著改善電池的安全性和穩定性。工藝簡單，易操作。
2、該綠色生物類大分子物質均對環境友好，是一種安全綠色的新型添加劑。
3、通過按照不高於5％的某個比例添加少量的高催化活性的綠色生物類大分子添加劑，根據所加活性物質比例及添加方式不同，最終內壓值可降低20～80％，使電池具有更好的穩定性和安全性，從而賦予鎳氫動力電池更好的充放電性能。
圖1為用本發明提供的方法添加了添加劑的電池和未添加添加劑的電池0.5倍率循環300次以後0.4倍率充電過程中電池內壓升高情況比較圖。充電制度為0.4倍率充電至額定容量的150％。在圖1中，A線表示用本發明提供的方法添加了添加劑的電池內壓升高曲線，B線表示未添加添加劑的參比電池的內壓升高曲線。由圖中可以看出，用本發明提供的方法添加了添加劑的電池在0.4倍率過充電時的內壓升高速度和最終內壓值都明顯低於未添加任何添加劑的參比電池。
圖2為用本發明提供的方法添加了添加劑的電池和未添加添加劑的電池在浮充2000次以後進行1倍率脈衝充電過程中電池內壓和電池電壓的比較圖。在圖2中，A電壓線和A內壓線表示用本發明提供的方法添加了添加劑的電池浮充以後1倍率充電時的電壓曲線和內壓曲線，B電壓線和B內壓線表示未添加添加劑的參比電池在浮充以後1倍率充電時的電池電壓曲線和內壓曲線。由圖中可以看出，用本發明提供的方法添加了添加劑的電池的充電電壓平臺明顯低於未添加任何添加劑的參比電池；而且用本發明提供的方法添加了添加劑的電池的內壓升高速度和最終內壓值都明顯低於未添加任何添加劑的參比電池。
圖3為用本發明提供的方法添加了添加劑的電池和未添加添加劑的電池先後進行0.4倍率充電至額定容量的150％，0.4倍率放電至1伏和1倍率充電至額定容量的150％，0.4倍率放電至1伏過程中電池內壓升高情況比較圖。在圖3中，A線表示用本發明提供的方法添加了添加劑的電池內壓升高曲線，B線表示未添加添加劑的參比電池的內壓升高曲線。由圖中可以看出，用本發明提供的方法添加了添加劑的電池在0.4倍率和1倍率過充電時的內壓升高速度和最終內壓值都明顯低於未添加任何添加劑的參比電池。
圖4為用本發明提供的添加方式添加了添加劑的電池和未添加添加劑的電池在浮充過程中電池充放電平臺隨浮充次數的變化曲線圖。在圖4中，A線表示用本發明提供的方法添加了添加劑的電池浮充特性曲線，B線表示未添加添加劑的參比電池的浮充特性曲線。由圖中可以看出，用本發明提供的方法添加了添加劑的電池在浮充過程中電池的充電電壓平臺升高緩慢，而參比電池的充電電壓平臺隨浮充過程升高速度明顯。
具體實施例方式
實施例15號電池負極活性物質(AB5型合金，A和B均為混合稀土)中添加4.8％葉綠素鐵鈉鹽，再加入聚四氟乙烯乳液等，通過調漿、塗片、真空乾燥、壓片等工藝製備成5號電池負極片(42mm×110mm×0.38mm)，和正極片(42mm×80mm×0.68mm)以及隔膜卷繞成5號電池，電池0.4倍率充電內壓升高速度降低50％，最終內壓值降低了52％；1倍率充電內壓升高速度降低77％，最終內壓值降低了78％，充電電壓平臺降低16％。
實施例25號電池負極活性物質(AB5型合金，A和B均為混合稀土)中添加1.5％葉綠素銅鈉鹽，其它步驟同實施例1，製成的電池0.4倍率充電內壓升高速度降低43％，最終內壓值降低了45％；1倍率充電內壓升高速度降低56％，最終內壓值降低了60％。
實施例35號電池負極活性物質(AB5型合金，A和B均為混合稀土)中添加1.5％葉綠素(葉綠素鎂鈉鹽)，其它步驟同實施例1，製成的電池0.4倍率充電內壓升高速度降低30％，最終內壓值降低了34％；1倍率充電內壓升高速度降低32％，最終內壓值降低了32％。
實施例45號電池負極活性物質(AB5型合金，A和B均為混合稀土)中添加3％類胡蘿蔔素，其它步驟同實施例1，製成的電池0.4倍率充電內壓升高速度降低32％，最終內壓值降低了37％；1倍率充電內壓升高速度降低32％，最終內壓值降低了33％。
實施例5將正極片(42mm×80mm×0.68mm)，負極片(42mm×110mm×0.38mm)表面塗覆一層葉綠素銅鈉鹽(3mg)，卷繞成5號電池，電池浮充2000次後再進行1倍率脈衝充電的時候電池內壓升高速度降低60％，最終內壓值降低65％。
實施例6將正極片(42mm×80mm×0.68mm)，負極片(42mm×110mm×0.38mm)表面塗覆一層葉綠素鐵鈉鹽(1.5mg)，卷繞成5號電池，電池浮充2000次後再進行1倍率脈衝充電的時候電池內壓升高速度降低68％，最終內壓值降低70％。
實施例7將正極片(42mm×80mm×0.68mm)，負極片(42mm×110mm×0.38mm)表面塗覆一層葉綠素(葉綠素鎂鈉鹽)(1.5mg)，卷繞成5號電池，電池浮充2000次後再進行1倍率脈衝充電的時候電池內壓升高速度降低42％，最終內壓值降低48％。
實施例8將正極片(42mm×80mm×0.68mm)，負極片(42mm×110mm×0.38mm)表面塗覆一層類胡蘿蔔素(1.5mg)，卷繞成5號電池，電池浮充2000次後再進行1倍率脈衝充電的時候電池內壓升高速度降低34％，最終內壓值降低35％。
實施例9電解液中添加2％類胡蘿蔔素，注入5號電池，電池正極為Ni(OH)2(42mm×80mm×0.68mm)，電池負極為AB5(42mm×110mm×0.38mm)，電池1倍率循環160周以後進行1倍率強制過充電至額定容量的150％時電池內壓升高速度降低26％，最終內壓值降低31％。
實施例10電解液中添加2％葉綠素(葉綠素鎂鈉鹽)，注入5號電池，其它同實施例9，電池1倍率循環160周以後進行1倍率強制過充電至額定容量的150％時電池內壓升高速度降低21％，最終內壓值降低24％。
實施例11電解液中添加2％葉綠素銅鈉鹽，注入5號電池，其它同實施例9，電池1倍率循環160周以後進行1倍率強制過充電至額定容量的150％時電池內壓升高速度降低29％，最終內壓值降低32％。
實施例12
電解液中添加2％葉綠素鐵鈉鹽，注入5號電池，其它同實施例9，電池1倍率循環160周以後進行1倍率強制過充電至額定容量的150％時電池內壓升高速度降低36％，最終內壓值降低39％。
實施例13隔膜表面塗覆2.5％葉綠素鐵鈉鹽，與電池正負極片一起卷繞成電池，電池正極為Ni(OH)2(42mm×80mm×0.68mm)，電池負極為AB5(42mm×110mm×0.38mm)，電池0.5倍率循環160周以後進行0.4倍率強制過充電至額定容量的150％時電池內壓升高速度降低22％，最終內壓值降低24％。
實施例14隔膜表面塗覆2.5％葉綠素銅鈉鹽，其它步驟同實施例13，電池0.5倍率循環160周以後進行0.4倍率強制過充電至額定容量的150％時電池內壓升高速度降低21％，最終內壓值降低22％。
實施例15隔膜表面塗覆2.5％葉綠素(葉綠素鎂鈉鹽)，其它步驟同實施例13，電池0.5倍率循環160周以後進行0.4倍率強制過充電至額定容量的150％時電池內壓升高速度降低25％，最終內壓值降低27％。
實施例16隔膜表面塗覆2.5％類胡蘿蔔素，其它步驟同實施例13，電池0.5倍率循環160周以後進行0.4倍率強制過充電至額定容量的150％時電池內壓升高速度降低20％，最終內壓值降低22％。
權利要求
1.一種降低鎳氫電池內壓的添加劑，該添加劑選自類胡蘿蔔素衍生物，其特徵在於其分子中心都是烯鍵的聚異戊二烯長鍵，以此為基礎，通過末端氧化、末端鍵的旋轉或異構化方式產生。
2.一種添加權利要求1所述降低鎳氫電池內壓的添加劑的方法，其特徵在於將所述添加劑添加於電池負極材料中、添加在電極極片表面、添加於電解液中或添加於隔膜之上。
3.一種按照權利要求2所述的添加方法，其特徵在於將所述添加劑添加於電池負極材料中，採用在製作電池負極片的時候將添加劑以質量百分比小於5％的比例摻入電池負極活性物質中，再加入1.5～2％的濃度為60％的聚四氟乙烯乳液，通過調漿、塗片、真空乾燥、壓片製備成電池負極極片，再和正極片以及隔膜卷繞成電池。
4.一種按照權利要求2所述的添加方法，其特徵在於將所述添加劑添加在電池極片表面，採用在電池極片表面均勻塗覆事先用無水乙醇完全溶解的添加劑，然後和隔膜一起卷繞成電池。
5.一種按照權利要求2所述的添加方法，其特徵在於將所述添加劑添加於電解液中，採用在電解液中添加質量百分比小於5％的添加劑，採用該電解液給已經卷繞好的電池注液，然後封口製成電池。
6.一種按照權利要求2所述的添加方法，其特徵在於將所述添加劑添加於隔膜之上，採用隔膜表面均勻塗覆事先用無水乙醇完全溶解的添加劑，然後和電池正負極片一起卷繞成電池。
全文摘要
本發明是一種降低鎳氫電池內壓的添加劑。它是通過在二次鎳氫電池的電極中添加一定比例(5％以下)具有高催化活性和特殊生物活性的綠色生物類大分子添加劑，顯著降低電池充電過程中的內壓升高速度和最終內壓值，從而有效改善電池的安全性能，並可提高電池的充電效率，延長電池充放電壽命。根據所加活性物質比例及添加方式不同，最終內壓值可降低20～80％，使電池具有更好的穩定性和安全性，從而賦予鎳氫電池更好的充放電性能。本發明工藝簡單，無需改造現有設備，具有廣闊的工業化前景。
文檔編號C08F8/48GK1956250SQ20061014077
公開日2007年5月2日 申請日期2004年9月27日 優先權日2004年9月27日
發明者吳鋒, 王芳, 陳實, 張存中, 王國慶 申請人:北京理工大學, 國家高技術綠色材料發展中心