鹼性二次鎳氫電池的正負極材料及電池製造方法
2023-11-01 01:51:02 1
專利名稱：鹼性二次鎳氫電池的正負極材料及電池製造方法
技術領域：
本發明可涉及可充電二次電池及其製造領域。主要適用於製造鹼性二次鎳氫電池。
近幾年來，由於鎳--金屬氫化物蓄電池具有高容量比、無汙染、使用壽命長和工作溫度寬等優點，得到了廣泛的應用。在這類電池中，作為負極主要材料的儲氫合金能夠穩定地吸收和儲存數倍於自身體積的氫(常溫常壓下以氣體計算)，而且作為能源能夠安全地儲存和運輸。利用儲氫合金電化學吸放氫的特性及電催化作用研製充電電池是目前化學電源中最活路的領域之一。
在現有技術中，二次鎳氫電池的正極材料以Ni(OH)2為主，負極材料以混合稀土鎳錳鈷鋁合金為主，並配與其它材料，由此而製作的電池的性能仍不太理想，特別是在高倍率下放電，1.2V容量佔總容量偏低(中國專利ZL92102795.8、ZL92102550.6)。
在二次儲氫電池的現有生產工藝中，對卷繞成的或相疊成的電池需要進行三次開口化成，需要大量的電解液，並且開口化成時，電解液對設備會造成腐蝕，對工作人員的身體也有影響，而且還需對這些電解液進行環保處理，否則對環境造成汙染。
本發明的目的在於提供一種電池性能更優異的，其製造方法簡單、成本低、無汙染的鹼性二次鎳氫電池的負、正極材料及電池製造方法。
根據上述目的，本發明的技術方案是在負正極材料中加入稀土氧化物和導電材料，提高電池性能；在製造方法中，採用直接往裝有電池芯的電池筒中注入定量的所需的電解液，並立即封口等。
現分述如下本發明所述的二次鎳氫電池的負、正極材料的化學成分如下負極材料的化學成分(重量％)為儲氫合金MmNi3.4(Mn、Co、Al、Ti)1.665-98％，導電材料1-20％，添加劑0.01-15％；正極材料的化學成分(重量％)為Ni(OH)265-98％，導電材料1-20％，添加劑O.01-15％。
其中導電材料為鎳粉、石墨粉、乙炔黑、CoO、Co(OH)2、CoCO3中任一種或任兩種以上。
添加劑至少為稀土Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu的氧化物中任一種。
(1)負極板和正極板的製作首先根據負極材料和正極材料的化學成分範圍分別進行配料，並製成粉末，分別放入混料機中混合均勻，然後將混合均勻的負極材料和正極材料混合物分別與聚合粘結劑及水混合，製成負極膏狀物和正極膏狀物，再將負極膏狀物及正極膏狀物分別塗敷在導電基片上，乾燥後按預定形狀成形為負極板和正極板；負極膏狀物的成分配比(重量％)為負極材料混合物80-90％，聚合粘結劑3-10％，水7-10％；正極膏狀物的成分配比(重量％)為正極材料混合物75-85％，聚合粘結劑6-13％，水9-12％。
其中，聚合粘結劑為羧基甲基纖維素、甲基纖維素、聚四氟乙烯、聚乙烯醇、聚丙烯酸鈉中任一種或任兩種以上。
導電基片為二維基體金屬材料或三維基體材料中的任一種。
二維基體金屬材料為由金屬鍍鎳、熱塗覆鎳或純鎳三種材料中的衝孔金屬帶、氣拉網或絲網中任一種。
三維基體金屬材料為氈狀多孔狀金屬或海綿多孔狀金屬中的任一種。
(2)卷繞電池芯在製作好的負、正極板之間以隔膜材料相隔，然後用卷繞機捲成筒狀或其它形狀緊密相疊的電池芯，並將電池芯裝入形狀一致的電池筒中。
(3)電池筒中加入電解液將電解液KOH、NaOH或LiOH中任一種或任兩種以上之和加入裝有電池芯的電池筒中，根據電容量，每個電池電解液的加入量為1.5-2.7ml/Ah。
(4)電池封口每個電池加入電解液後，將正極引線與電池蓋帽焊合，並用封口機將電池封好，即製成本發明所述的鹼性二次鎳氫電池。
採用本發明所述的負、正極材料及製造方法所製備的二次鎳氫電池具有優異的性能AA型電池，0.5A放電，電池1.2V，保持時間達成125分鐘，1A放電，電池1.2V，保持時間達58分鐘。
與現有技術相比，本發明具有如下優點(1)工藝簡化，工作效率提高，現有技術需將電池芯放入電池筒(殼)後，再進行開口化成，本發明可以直接封口電池，無需開口化成，縮短了工藝周期。
(2)節約原材料，消除汙染。現有技術在開口化成時需要大量電解液，用後大量的多餘的電解液大部分作廢液倒掉，既浪費原材料，又對設備和環境造成汙染；本發明的電解液按需要量加入，無多餘的，其用量為現有技術的10％-20％，既節省了原材料，又減少了汙染，改善了工人的勞動強度和勞動環境。
(3)電池性能提高了，現有技術中的開口化成AA型電池，在0.5C倍率和1C倍率下放電，1.2V容量分別只佔總容量的62.5％和53％；而本發明同一型號電池，在相同倍率下放電，1.2V容量佔總容量的80％和76％。
實施例按照本發明所述的負、正極材料的化學成分範圍及製造方法製備了四批AA型鹼性二次鎳氫電池。
首先按化學成分範圍配備負、正極材料，其具體的化學成分範圍如表1、表2所示；接著按成分配比配備相應批號的負極膏狀物和正極膏狀物，並將它們分別塗敷在對應批號的導電基片上，待乾燥後成形為片狀的負極板和正極板。相應的負極膏狀物、正極膏狀物的成分配比及所採用的導電基片如表3所示。隨後，在每一批號的負、正極板之間以隔膜材料相隔，並用卷繞機捲成圓筒形電池芯，裝入形狀一致的AA型電池筒中，所用隔膜材料為國產維尼綸短纖維。接著將電解液注入電池筒中，並將正極引線與電池蓋帽焊合，用封口機將電池封好，成為最終的鹼性二次鎳氫電池。相應批號所用的電解液種類及加入量如表4所示。
電池做好後，測其性能，測量結果如表5所示。
表1實施例負極材料的化學成分(重量％)
表2實施例正極材料的化學成分(重量％)
表3實施例負極、正極膏狀物的成分配比及導電基片
注表3中的負極材料混合物和正極材料混合物分別為表1、表2中相應批號的負極材料和正極材料。
表4實施例加入電池筒中的電解液種類和劑量(Ml)
表5實施例所製備鹼性二次鎳氫電池的特性
權利要求
1.一種鹼性二次鎳氫電池的負、正極材料，其特徵在於(1)負極材料的化學成分(重量％)為儲氫合金MmNi3.4(Mn、Co、Al、Ti)1.665-98％，導電材料1-20％，添加劑O.01-15％；(2)正極材料的化學成分(重量％)為Ni(OH)265-98％，導電材料1-20％，添加劑0.01-15％。
2.根據權利要求1所述的負、正極材料，其特徵在於導電材料為鎳粉、石墨粉、乙炔黑、CoO、Co(OH)2、CoCO3中任一種或任兩種以上。
3.根據權利要求1所述的負、正極材料，其特徵在於添加劑至少為稀土Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu的氧化物中任一種。
4.一種鹼性二次鎳氫電池的製造方法，其特徵在於該方法包括如下步驟(1)負極板和正極板的製作首先根據負極材料和正極材料的化學成分範圍分別進行配料，並製成粉末，分別放入混料機中混合均勻，然後將混合均勻的負極材料和正極材料混合物分別與聚合粘結劑及水混合，製成負極膏狀物和正極膏狀物，再將負極膏狀物及正極膏狀物分別塗敷在導電基片上，乾燥後按預定形狀成形為負極板和正極板；負極膏狀物的成分配比(重量％)為負極材料混合物80-90％，聚合粘結劑3-10％，水7-10％；正極膏狀物的成分配比(重量％)為正極材料混合物75-85％，聚合粘結劑6-13％，水9-12％；(2)卷繞電池芯在製作好的負、正極板之間以隔膜材料相隔，然後用卷繞機卷繞成筒狀或其它形狀緊密相疊的電池芯，並將電池芯裝入形狀一致的電池筒中；(3)電池筒中加入電解液將電解液KOH、NaOH或LiOH中任一種或任兩種以上之和加入裝有電池芯的電池筒中，根據電池容量，每個電池需加入電解液的劑量為1.5-2.7ml/Ah。(4)電池封口每個電池加入電解液後，將正極引線與電池蓋帽焊合，並用封口機將電池封好。
5.根據權利要求4所述的製造方法，其特徵在於聚合粘結劑為羧甲基纖維素、甲基纖維素、聚四氟乙烯、聚乙烯醇、聚丙烯酸鈉中任一種或任兩種以上。
6.根據權利要求4所述的製造方法，其特徵在於導電基片為二維基體金屬材料或三維基體金屬材料中任一種；二維基體金屬材料為由金屬鍍鎳、熱塗覆鎳或純鎳三種材料的衝破孔金屬帶、氣拉網或絲網中任一種；三維基體金屬材料為氈狀多孔狀金屬或海綿多孔狀金屬中任一種。
全文摘要
本發明屬於涉及可充電二次電池及製造領域。本發明所述的鎳氫電池的負、正極材料分別由M
文檔編號H01M10/28GK1216405SQ9812527
公開日1999年5月12日 申請日期1998年12月15日 優先權日1998年12月15日
發明者程菊, 徐德明, 王新林, 李軍, 孟慶仁 申請人:冶金工業部鋼鐵研究總院