一種鹼性電池用的貯氫合金電極的製作方法

2023-12-02 19:39:16

一種鹼性電池用的貯氫合金電極的製作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種鹼性電池用的貯氫合金電極，通過極板、彈性多孔基片、雙層隔網、柔性多孔基片對應的凸起設置；克服了現有技術中電極結構複雜、使用密封配件不便、電流放電性較小以及不穩定等不足的問題，使其達到高容量、高強度、不脫落、降低接觸電阻，提高電池大電流放電性能，解決點焊鬆動或脫落問題，提高大電流放電性能的可靠性等有益效果。
【專利說明】—種鹼性電池用的貯氫合金電極
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及電池電極領域，尤其涉及貯氫合金電極領域，特別是涉及一種鹼性電池用的貯氫合金電極。
【背景技術】
[0002]眾所周知，氫是一種高能量密度和潔淨的理想能源，貯氫合金粉末材料的產業化是關心能源利用和清潔能源的科學技術界、產業部門和政府決策部門非常關心的重大項目
之一 O
[0003]二十世紀六十年代以來，貯氫合金材料，特別是AB型MmNiCoMnAL系貯氫合金材料的研究、應用及生產製造深受關注，貯氫合金粉末材料的產業化是九十年代國際上正在大力實施的系統工程。實現貯氫合金材料產業化，必須解決可實現穩定生產的製造方法和相應的配套設備。已公開發表的製備貯氫合金粉末材料的方法有:《真空電弧熔煉鑄錠、機械破碎制粉法》、《真空感應熔煉、水冷通融模鑄錠、機械破碎制粉法》、《氣霧化制粉法》等等。上述方法均屬於貯氫合金粉末材料的製備方法，對其材料的進一步均質處理、氫氣熱的方法和設備卻很少，幾乎沒有，尤其是貯氫合金粉末材料的氫氣熱處理裝置尚未問世，而貯氫合金粉末材料經進一步均質處理、氫氣熱處理，可獲得成份偏析小、細微、均質的合金組織，可提高貯氫合金材料的耐熱性，延長其充、放電周期壽命所以貯氫合金粉末材料的進一步均質處理和氫氣熱處理尤為重要。
[0004]鎳氫電池從八十年代問世以來，電池中採用的貯氫合金電極的成分、結構一直受到關注，在貯氫合金成份組成、金相組織結構、粉末粒度的製造控制上有了很大發展，為進一步提高貯氫合金負極的綜合性能，目前還未見其結合電池電極的任何相關的報導。
[0005]長期以來，電動力能源市場被鎳鎘電池所壟斷，而鎘具劇毒性，會對環境造成嚴重汙染，而且2006年歐洲開始禁鎘，因此，開發高功率鎳氫電池用於電動工具，取代鎳鎘電池，具有廣闊的市場前景。
[0006]鎳氫電池的大電流充放電性能受正極、負極、隔膜和電解液等的影響，對鎳氫電池阻抗的分析研究表明:MH/Ni電池阻抗40%來源於負極，30%來源於正極，20%來源於電解液，另外10%來源於隔膜。所以提高電池的功率特性從根本上說是要降低電池阻抗，因此用來降低每一部分阻抗的技術都能夠提高電池的功率特性。
[0007]貯氫合金電極(負極)的高功率性能除與所用的貯氫合金材料有關外，還與其製作工藝直接相關。
[0008]目前一般的製作工藝為塗膏式，即將貯氫合金粉、添加劑、粘結劑和水混合成漿料塗敷到導電集流體上如泡沫鎳和穿孔鍍鎳鋼帶，烘乾後裁成電極，也稱為塗膏式電極。但塗膏式電極的缺點是:粘結劑阻礙了三相界面，即氣相(氧氣)、液相(電解液)，固相(貯氫合金)的形成和氧氣在合金表面的還原，導致電池內壓升高，不能夠大電流充電；增大了合金顆粒間的接觸電阻，從而使電極內阻提高。這樣的製作工藝大大地降低了電極的高倍率性能。[0009]而採用低電阻的銅、鍍銅的鎳和銅鎳合金代替泡沫鎳和穿孔鍍鎳鋼帶作為導電集流體製成負極板，能降低電池內阻，明顯提高功率性能。但如果直接將集流盤點焊在含有合金粉的銅、鍍銅的鎳等導電集流體上，易出現虛焊和脫落現象。既使點焊到位，也會因為合金粉在充放電過程中的膨脹，而引起集流盤的鬆動或脫落。當集流盤鬆動或脫落時，接觸電阻增大，大大降低了電池的大電流放電性能。
[0010]目前，隨著化石能源枯竭的日益臨近及人類對清潔環境的追求，氫能將會起著越來越重要的作用。近年來，各國政府競相投巨資用於氫能利用相關技術的研究。從目前的技術發展看來，氫的儲運是氫能利用技術瓶頸之一。其中，高性能貯氫材料的研究是目前的研究熱點。合金貯氫材料是目前商業化程度最高的貯氫材料，已經廣泛的用於鎳氫電池、氫提純、催化劑等領域。然而，在開發新型貯氫合金及相關的工程應用中，需要通過實驗測定貯氫合金的一些基本參數:Δ H反應焓、Δ S反應熵、反應的平衡壓Peq、平臺寬度、平臺斜率dInP/d(H/M)、滯後係數In(Pa/Pd)、反應速率、吸放氫循環粉化後的粒徑分布及其對反應的平臺壓、平臺寬度、平臺滯後、吸放氫速率的影響等。但是現有的貯氫測試裝置應用壓力使用範圍小，系統穩定性差，易洩漏，自動化程度不高一基本上都是手動測試裝置，系統的靈活性差，精確度不高。《稀有金屬》，1997，21(1)，貯氫合金PCT曲線的簡易測定，報導的試驗裝置為手動裝置，使用的最高壓力為2.5MPa，壓力表的精度等級為2.5級。該裝置的精度較低，且不能用來測試一些平衡壓較高的貯氫合金。《中國有色金屬學報》，2003，13 (3)，儲氫材料性能測試裝置及應用，報導的試驗裝置雖然採用電腦進行數據採集，但是仍為手動裝置，且其動力學測試只能針對一些平衡壓大於一個大氣壓的金屬氫化物，對於室溫下平衡壓小於一個大氣壓的LaNiAl系列金屬氫化物則無能為力。
[0011]目前現有的圓柱密封鎳電池的負極通常是在泡沫鎳基體上填充貯氫合金粉，經壓延後而成，而正極是在泡沫鎳基體上填充正極活性物質經壓延後而成。兩電極用聚丙烯隔膜隔開經卷繞後裝入電池殼，正極通過極耳與電池蓋連接，電池蓋即為電池正極端，負極與電池殼壁相接觸作為電池負極端，在電池殼中注入一定KOH溶液後封口，經化成後即可使用，這種電池具有比容量高、循環壽命長、無汙染等特點。但是當這種電池以高功率進行放電時，負極與電池殼壁之間的接觸電阻就表現出來，此時接觸電阻不但產生較大的電壓降而且產生大量的熱；另外，通常情況下正極與電池蓋同是通過薄鎳片(厚為0.05-0.2mm)作為極耳連接的，為使電池能大電流工作，需要焊多個極耳，這使得極耳與電池蓋間焊接出現困難，而且焊接時產生的熱量會使電池蓋溫度升高，造成二次安全閥性能改變，使電池密封性變差，電池在高功率(大電流)條件下工作時，電池間的聯接電阻和原料結構也是不容忽視的問題。
實用新型內容
[0012]本實用新型目的在於解決現有技術中結構複雜、使用密封配件不便、電流放電性較小以及不穩定等不足的問題，提供一種無需密封、同時減少焊接方式帶來的諸多弊病，具有高輸出、輸入功率，可以大量生產易活化、導電性能穩定的高容量鹼性電池用的貯氫合金電極，使其達到高容量、高強度、不脫落、降低接觸電阻，提高電池大電流放電性能，解決點焊鬆動或脫落問題，提高大電流放電性能的可靠性等有益效果。
[0013]為實現上述目的，本實用新型是通過以下技術方案實現的:[0014]本實用新型的一種鹼性電池用的貯氫合金電極，所述鹼性電池用的貯氫合金電極由上至下依次包括第一極板、彈性多孔基片、雙層隔網、柔性多孔基片和第二極板；其特徵在於，所述第一極板的上表面鍍有一層體心立方或體心正方晶體結構的貯氫合金表層，所述第一極板的下表面的中央部分均勻設有多個凸起，所述彈性多孔基片的多孔與所述凸起活動扣接，所述彈性多孔基片的下表面與所述雙層隔網的上表面通過第一膠片粘結連接，所述雙層隔網的下表面與所述柔性多孔基片通過第二膠片粘結連接，所述第二極板的上表面邊緣部分均勻設有多個突出部，所述柔性多孔基片的多孔與所述第二極板的突出部活動扣接。
[0015]作為優選方式，所述彈性多孔基片由有機矽彈性薄膜層與聚酯薄膜層壓合一體後開孔構成。
[0016]作為優選方式，所述柔性多孔基片由聚醯亞胺薄膜層與聚醚多元醇薄膜層壓合一體後開孔構成。
[0017]作為優選方式，所述雙層隔網由兩個超細玻璃纖維網疊加構成，所述超細玻璃纖維網的超細玻璃纖維的直徑範圍在0.6?0.75u m之間。
[0018]相對於現有技術，本實用新型有以下優勢:
[0019]本實用新型的一種鹼性電池用的貯氫合金電極，其電極在組成電池後，電極接觸電解液後組分的彈性多孔基片、雙層隔網與柔性多孔基片就溶入電解液內，是一種耐大電流衝放、導電率高和活性能力好的動力電池用高容量貯氫合金電極片。這種電極片在電池生產過程中也不會造成粉末化或氧化，大幅度降低鎳氫電池容量與貯氫合金粉用量的比值，大大減少貯氫合金粉的加入量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是本實用新型的一種鹼性電池用的貯氫合金電極的結構流程示意圖。
【具體實施方式】
[0021]下面結合【具體實施方式】，進一步闡述本實用新型。
[0022]實施例1:
[0023]如圖1所示，本實用新型的一種鹼性電池用的貯氫合金電極，所述鹼性電池用的貯氫合金電極由上至下依次包括第一極板、彈性多孔基片、雙層隔網、柔性多孔基片和第二極板；其特徵在於，所述第一極板的上表面鍍有一層體心立方或體心正方晶體結構的貯氫合金表層，所述第一極板的下表面的中央部分均勻設有多個凸起，所述彈性多孔基片的多孔與所述凸起活動扣接，所述彈性多孔基片的下表面與所述雙層隔網的上表面通過第一膠片粘結連接，所述雙層隔網的下表面與所述柔性多孔基片通過第二膠片粘結連接，所述第二極板的上表面邊緣部分均勻設有多個突出部，所述柔性多孔基片的多孔與所述第二極板的突出部活動扣接。
[0024]實施例2:
[0025]如圖1所示，本實用新型的一種鹼性電池用的貯氫合金電極，所述鹼性電池用的貯氫合金電極由上至下依次包括第一極板、彈性多孔基片、雙層隔網、柔性多孔基片和第二極板；其特徵在於，所述第一極板的上表面鍍有一層體心立方或體心正方晶體結構的貯氫合金表層，所述第一極板的下表面的中央部分均勻設有多個凸起，所述彈性多孔基片的多孔與所述凸起活動扣接，所述彈性多孔基片的下表面與所述雙層隔網的上表面通過第一膠片粘結連接，所述雙層隔網的下表面與所述柔性多孔基片通過第二膠片粘結連接，所述第二極板的上表面邊緣部分均勻設有多個突出部，所述柔性多孔基片的多孔與所述第二極板的突出部活動扣接；所述彈性多孔基片由有機矽彈性薄膜層與聚酯薄膜層壓合一體後開孔構成。
[0026]實施例3:
[0027]如圖1所示，本實用新型的一種鹼性電池用的貯氫合金電極，所述鹼性電池用的貯氫合金電極由上至下依次包括第一極板、彈性多孔基片、雙層隔網、柔性多孔基片和第二極板；其特徵在於，所述第一極板的上表面鍍有一層體心立方或體心正方晶體結構的貯氫合金表層，所述第一極板的下表面的中央部分均勻設有多個凸起，所述彈性多孔基片的多孔與所述凸起活動扣接，所述彈性多孔基片的下表面與所述雙層隔網的上表面通過第一膠片粘結連接，所述雙層隔網的下表面與所述柔性多孔基片通過第二膠片粘結連接，所述第二極板的上表面邊緣部分均勻設有多個突出部，所述柔性多孔基片的多孔與所述第二極板的突出部活動扣接；所述彈性多孔基片由有機矽彈性薄膜層與聚酯薄膜層壓合一體後開孔構成；所述柔性多孔基片由聚醯亞胺薄膜層與聚醚多元醇薄膜層壓合一體後開孔構成。
[0028]實施例4:
[0029]如圖1所示，本實用新型的一種鹼性電池用的貯氫合金電極，所述鹼性電池用的貯氫合金電極由上至下依次包括第一極板、彈性多孔基片、雙層隔網、柔性多孔基片和第二極板；其特徵在於，所述第一極板的上表面鍍有一層體心立方或體心正方晶體結構的貯氫合金表層，所述第一極板的下表面的中央部分均勻設有多個凸起，所述彈性多孔基片的多孔與所述凸起活動扣接，所述彈性多孔基片的下表面與所述雙層隔網的上表面通過第一膠片粘結連接，所述雙層隔網的下表面與所述柔性多孔基片通過第二膠片粘結連接，所述第二極板的上表面邊緣部分均勻設有多個突出部，所述柔性多孔基片的多孔與所述第二極板的突出部活動扣接；所述彈性多孔基片由有機矽彈性薄膜層與聚酯薄膜層壓合一體後開孔構成；所述柔性多孔基片由聚醯亞胺薄膜層與聚醚多元醇薄膜層壓合一體後開孔構成；所述雙層隔網由兩個超細玻璃纖維網疊加構成，所述超細玻璃纖維網的超細玻璃纖維的直徑範圍在0.6?0.75u m之間。
[0030]根據上述說明書的揭示和教導，本實用新型所屬領域的技術人員還可以對上述實施方式進行適當的外形變更和原料的替換修改。因此，本實用新型並不局限於上面揭示和描述的【具體實施方式】，對本實用新型的一些修改和變更也應當落入本實用新型的權利要求的保護範圍內。此外，儘管本說明書中使用了 一些特定的術語，但這些術語只是為了方便說明，並不對本實用新型構成任何限制。
【權利要求】
1.一種鹼性電池用的貯氫合金電極，所述鹼性電池用的貯氫合金電極由上至下依次包括第一極板、彈性多孔基片、雙層隔網、柔性多孔基片和第二極板；其特徵在於，所述第一極板的上表面鍍有一層體心立方或體心正方晶體結構的貯氫合金表層，所述第一極板的下表面的中央部分均勻設有多個凸起，所述彈性多孔基片的多孔與所述凸起活動扣接，所述彈性多孔基片的下表面與所述雙層隔網的上表面通過第一膠片粘結連接，所述雙層隔網的下表面與所述柔性多孔基片通過第二膠片粘結連接，所述第二極板的上表面邊緣部分均勻設有多個突出部，所述柔性多孔基片的多孔與所述第二極板的突出部活動扣接。
2.根據權利要求1所述的一種鹼性電池用的貯氫合金電極，其特徵在於，所述彈性多孔基片由有機矽彈性薄膜層與聚酯薄膜層壓合一體後開孔構成。
3.根據權利要求1所述的一種鹼性電池用的貯氫合金電極，其特徵在於，所述柔性多孔基片由聚醯亞胺薄膜層與聚醚多元醇薄膜層壓合一體後開孔構成。
4.根據權利要求1所述的一種鹼性電池用的貯氫合金電極，其特徵在於，所述雙層隔網由兩個超細玻璃纖維網疊加構成，所述超細玻璃纖維網的超細玻璃纖維的直徑範圍在.0.6 ?0.75um 之間。
【文檔編號】H01M4/24GK203746973SQ201420150947
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年3月31日 優先權日:2014年3月31日
【發明者】張治平, 鄭小海 申請人:福建高力金煌能源科技有限公司