可在低溫環境使用的鎳氫電池及其製備方法

2023-10-25 16:12:07

專利名稱：可在低溫環境使用的鎳氫電池及其製備方法
技術領域：
本發明涉及鎳氫電池和其製造方法，特別涉及能在低溫環境中可正常放電的鎳氫電池及其製備方法。
背景技術：
鎳氫電池是使用氫氧化鎳做正極，儲氫合金作負極，氫氧化鉀、氫氧化鈉、氫氧化鋰的混合水溶液為電解液的(通常稱為三元電解液)，無紡布為隔膜的二次電池。鎳氫電池充電時為放熱反應，放電時為吸熱反應，同時放電初期需要從環境吸熱，導致體系溫度降低，惡化了低溫性能，在放電一定時間後才會由於電池內阻發熱而使電池內部溫度有所上升。說明在儲氫合金粉在較低溫度下不利於其放電，並且在高溫下也不利於其充電。所以普通鎳氫電池一般只能在_20°C 60°C的環境下使用。

發明內容
本發明的目的在於提供一種提高電池在低溫下的放電能力的可在低溫環境使用的鎳氫電池及其製備方法。本發明的目的可以這樣實現，設計一種可在低溫環境使用的鎳氫電池，包括殼體、 設置在殼體內的正極、負極、電解液和隔膜，隔膜將正極與負極隔離，負極採用富鈰或富鑭儲氫合金。優選地，所述正極主要由球形Ni (OH)2, CoO, Ca (OH)2, ZnO組成，其質量比為 100 : 4 6 : I : 2 4。優選地，所述電解液主要由NaOH、KOH、LiOH組成，NaOH、KOH、LiOHmol/L比的比例為2 8 4 8 2。優選地，所述隔膜為以聚丙烯為材質後期進行接枝處理的無紡布。所述負極主要由富鈰或富鑭儲氫合金、羧甲基纖維素、導電炭黑組成，其質量比為 100 0. 33 0. 5 0. 598 0. 9。本發明的目的可以這樣實現，設計一種可在低溫環境使用的鎳氫電池的製備方法，包括以下步驟A、製作正極片、負極片；其中負極片的製作為將富鈰或富鑭儲氫合金、羧甲基纖維素分散液、導電炭黑分散液按質量比100 12 18 13 19. 5進行混合，經充分攪拌後混合成糊狀漿料用塗布方式將其填充到鍍鎳鋼帶導電骨架的空隙中，經乾燥，輥壓成片狀，將其裁切符合規格的負極片；B、正極經超聲波在長度方向居中位置清出用於點焊鎳帶的位置，鎳帶在後續裝配中與蓋帽點焊在一起作為正極的引出端；C、用卷繞機將正極片、負極片、隔膜卷繞成筒狀，裝入鍍鎳鋼殼中，加入電解液，組裝成電池。優選地，其中正極片的製作為將球形Ni(0H)2、CoO、Ca(OH)2, ZnO、聚四氟乙烯乳液按質量比100 : 4 6 : I : 2 4 : I在研缽中混合均勻後，然後過130 180目篩兩次，然後將其填充進發泡鎳基體中，輥壓成片狀，將其裁切為符合規格的正極片。優選地，電解液的配製使用Na0H、K0H、Li0H，mol/L比的比例為2 8 4 8 2。優選地，隔膜為以聚丙烯為材質後期進行接枝處理的無紡布。本發明的電池，在_40°C下擱置8h，0. 2C放電能力超過40%額定容量；在_301下擱置8h，0. 2C放電超過60%的額定容量；在-20°C下擱置8h，0. 2C放電超過90%額定容量。在冬天戶外環境下使用本發明的電池，用電設備也能保持較長的電力，滿足客戶的使用需要,並且本發明的電池循環壽命和動力性能較好。


圖I是本發明較佳實施例的電池結構示意圖；圖2是本發明較佳實施例的工藝流程示意圖。
具體實施例方式以下結合實施例對本發明作進一步的描述。如圖I所示，一種可在低溫環境使用的鎳氫電池，包括殼體4、設置在殼體內的正極I、負極2、電解液和隔膜3，隔膜3將正極I與負極2隔離，負極2採用富鈰或富鑭儲氫合金；所述正極I主要由球形Ni (OH) 2、CoO、Ca (OH) 2、ZnO組成，其質量比為100 4 6:1: 2 4;所述電解液主要由Na0H、K0H、Li0H組成，Na0H、K0H、Li0Hmol/L比的比例為2 8 : 4 8 : 2;所述隔膜3為以聚丙烯為材質後期進行接枝處理的無紡布。正極添加稀土氧化物或其它金屬氧化物改善其正極性能，提高正極活性物質的利用率，防止電極膨脹、變形和老化。Zn及其化合物的加入可促使電極反應可逆性增加，提高工作電位，強化析氧極化。Ca及其化合物的加入可以使Ni的平均氧化態提高，其陽離子嵌入晶格中，減少Y-NiOOH的生成，抑制電極膨脹。CoO的加入，CoO會在電解液中溶解， 生成Co (OH) 2_4，然後在Ni (OH) 2表面再析出，在充電時變成穩定的Co (OH)2,最後進一步變成CoOOH，其導電能力較強，在正極形成導電網絡，降低鎳電極反應的電荷轉移電阻，改善 Ni (OH) 2的質子傳導性，減少電子內阻，提高放電深度，提高析氧過電位和充電效率。負極中La元素的含量同儲氫合金的放電容量密切相關，含量越高，放電容量越高，平衡氫壓越低，壽命越短。Ce元素的作用同La相反，含量越高，放電容量越低，平衡氫壓越高，壽命越長。由於合金表面的Ce容易氧化成CeO2薄膜,可以阻止合金的進一步腐蝕。本發明使用的電解液在低溫情況下的導電性能有較好的提高。本發明使用的隔膜具有較高的電子隔離性、吸鹼率、化學穩定性、離子導電性、耐鹼性，而且在電池過充、過放時有良好的透氣性。長時間浸泡後，其抗拉強度和重量變化小。如圖I所示，可在低溫環境使用的鎳氫電池還包括安全閥5、蓋帽6、上墊片7、密封圈8，殼體4為銅殼。所述負極2主要由富鈰或富鑭儲氫合金、羧甲基纖維素、導電炭黑組成，其質量比為 100 0.33 0.5 0.598 0.9。如圖2所示，一種可在低溫環境使用的鎳氫電池的製備方法，包括以下步驟A、製作正極片、負極片；其中負極片的製作為將富鈰或富鑭儲氫合金、羧甲基纖維素分散液、導電炭黑分散液按質量比100 12 18 13 19. 5進行混合，經充分攪拌後混合成糊狀漿料用塗布方式將其填充到鍍鎳鋼帶導電骨架的空隙中，經乾燥，輥壓成片狀，將其裁切符合規格的負極片；B、正極經超聲波在長度方向居中位置清出用於點焊鎳帶的位置，鎳帶在後續裝配中與蓋帽點焊在一起作為正極的引出端；C、用卷繞機將正極片、負極片、隔膜卷繞成筒狀，裝入鍍鎳鋼殼中，加入電解液，組裝成電池。其中正極片的製作為將球形Ni(0H)2、Co0、Ca(0H)2、Zn0、聚四氟乙烯乳液按質量比100 : 4 6 : I : 2 4 : I在研缽中混合均勻後，然後過130 180目篩兩次，然後將其填充進發泡鎳基體中，輥壓成片狀，將其裁切為符合規格的正極片；電解液的配製使用 NaOH、KOH、LiOH, mol/L比的比例為2 8 4 8 2 ;隔膜為以聚丙烯為材質後期進行接枝處理的無紡布。所述聚四氟乙烯乳液含60%聚四氟乙烯。所述羧甲基纖維素分散液含2. 75%羧甲基纖維素，導電炭黑分散液份含4. 6%炭黑固體成分。如圖2所示，步驟C中包括卷繞、滾槽塗膠、注液、封口工序、化成分選、檢驗等工序。步驟C為現有技術，現有技術中的鎳氫電池也是採用該步驟。以下使用具體實施例來進行對比。實施例I :採用本發明製作I. 2VAA1800mAh電池在低溫下測試。正極片的製作按質量比將普通球形Ni (OH)2IOO份，CoO 4份，Ca(OH)2I份，ZnO 2份，添加I份聚四氟乙烯乳液(含60%聚四氟乙烯)，在研缽中混合均勻後，然後過150目篩兩次，然後將其填充進發泡鎳基體中，輥壓成片狀，將其裁切為80. Omm長X 38. Om寬X0. 81厚規格的正極片。負極片的製作將普通富鑭儲氫合金100份，與羧甲基纖維素分散液12份(含2. 75%羧甲基纖維素)，導電炭黑分散液13份(含4. 6%炭黑固體成分)經充分攪拌後混合成糊狀漿料用塗布方式將其填充到0. 04_厚的鍍鎳鋼帶導電骨架的空隙中，經乾燥，輥壓成片狀，將其裁切為80. Omm長X 38. 5m寬X0. 28厚規格的負極片。正極經超聲波在長度方向居中位置清出8. Omm深X4. Omm寬的位置用於點焊鎳帶，鎳帶在後續裝配中與蓋帽點焊在一起作為正極的引出端。電解液使用8mol/L NaOH、4mol/L K0H、2mol/L LiOH三元電解液，以聚丙烯為材質後期進行接枝處理的無紡布為隔膜；用普通卷繞機將正極片、負極片、隔膜卷繞成筒狀，裝入鍍鎳鋼殼中。組裝成電池，電池用二次電池檢測設備以360mA(0. 2C)的電流進行充放，放電電壓限制在I. 0V，循環3次，讓其充分活化容量達到1800mAh。實施例2 :採用本發明製作I. 2VAA1800mAh電池在低溫下測試。正極片的製作按質量比將普通球形Ni (OH)2IOO份，CoO 5份，Ca(OH)2I份，Zn02份，添加I份聚四氟乙烯乳液(含60%聚四氟乙烯)，在研缽中混合均勻後，然後過150目篩兩次，然後將其填充進發泡鎳基體中，輥壓成片狀，將其裁切為80. Omm長X 38. Om寬X0. 81厚規格的正極片。負極片的製作將普通富鑭儲氫合金100份，與羧甲基纖維素分散液12份(含2. 75%羧甲基纖維素)，導電炭黑分散液13份(含4. 6%炭黑固體成分)經充分攪拌後混合成糊狀漿料用塗布方式將其填充到0. 04_厚的鍍鎳鋼帶導電骨架的空隙中，經乾燥，輥壓成片狀，將其裁切為80. Omm長X 38. 5m寬X0. 28厚規格的負極片。正極經超聲波在長度方向居中位置
5清出8. Omm深X4. Omm寬的位置用於點焊鎳帶，鎳帶在後續裝配中與蓋帽點焊在一起作為正極的引出端。電解液使用8mol/L NaOH、4mol/L K0H、2mol/L LiOH三元電解液，以聚丙烯為材質後期進行接枝處理的無紡布為隔膜；用普通卷繞機將正極片、負極片、隔膜卷繞成筒狀，裝入鍍鎳鋼殼中。組裝成電池，電池用二次電池檢測設備以360mA(0. 2C)的電流進行充放，放電電壓限制在I. 0V，循環3次，讓其充分活化容量達到1800mAh。實施例3 :採用本發明製作I. 2VAA1800mAh電池在低溫下測試。正極片的製作按質量比將普通球形Ni (OH)2IOO份，CoO 5份，Ca(OH)2I份，ZnO 3份，添加I份聚四氟乙烯乳液(含60%聚四氟乙烯)，在研缽中混合均勻後，然後過150目篩兩次，然後將其填充進發泡鎳基體中，輥壓成片狀，將其裁切為80. Omm長X 38. Om寬X0. 81厚規格的正極片。負極片的製作將普通富鑭儲氫合金100份，與羧甲基纖維素分散液12份(含2. 75%羧甲基纖維素)，導電炭黑分散液13份(含4. 6%炭黑固體成分)經充分攪拌後混合成糊狀漿料用塗布方式將其填充到0. 04_厚的鍍鎳鋼帶導電骨架的空隙中，經乾燥，輥壓成片狀，將其裁切為80. Omm長X 38. 5m寬X0. 28厚規格的負極片。正極經超聲波在長度方向居中位置清出8. Omm深X4. Omm寬的位置用於點焊鎳帶，鎳帶在後續裝配中與蓋帽點焊在一起作為正極的引出端。電解液使用8mol/L NaOH、4mol/L K0H、2mol/L LiOH三元電解液，以聚丙烯為材質後期進行接枝處理的無紡布為隔膜；用普通卷繞機將正極片、負極片、隔膜卷繞成筒狀，裝入鍍鎳鋼殼中。組裝成電池，電池用二次電池檢測設備以360mA(0. 2C)的電流進行充放，放電電壓限制在I. 0V，循環3次，讓其充分活化容量達到1800mAh。實施例4 :採用本發明製作I. 2VAA1800mAh電池在低溫下測試。正極片的製作按質量比將普通球形Ni (OH)2IOO份，CoO 6份，Ca(OH)2I份，ZnO 4份，添加I份聚四氟乙烯乳液(含60%聚四氟乙烯)，在研缽中混合均勻後，然後過150目篩兩次，然後將其填充進發泡鎳基體中，輥壓成片狀，將其裁切為80. Omm長X 38. Om寬X0. 81厚規格的正極片。負極片的製作將普通富鑭儲氫合金100份，與羧甲基纖維素分散液12份(含2. 75%羧甲基纖維素)，導電炭黑分散液13份(含4. 6%炭黑固體成分)經充分攪拌後混合成糊狀漿料用塗布方式將其填充到0. 04_厚的鍍鎳鋼帶導電骨架的空隙中，經乾燥，輥壓成片狀，將其裁切為80. Omm長X 38. 5m寬X0. 28厚規格的負極片。正極經超聲波在長度方向居中位置清出8. Omm深X4. Omm寬的位置用於點焊鎳帶，鎳帶在後續裝配中與蓋帽點焊在一起作為正極的引出端。電解液使用8mol/L NaOH、4mol/L K0H、2mol/L LiOH三元電解液，以聚丙烯為材質後期進行接枝處理的無紡布為隔膜；用普通卷繞機將正極片、負極片、隔膜卷繞成筒狀，裝入鍍鎳鋼殼中。組裝成電池，電池用二次電池檢測設備以360mA(0. 2C)的電流進行充放，放電電壓限制在I. 0V，循環3次，讓其充分活化容量達到1800mAh。對比例I :製作I. 2VAA1800mAh電池在低溫下測試，正極片的製作按質量比將普通球形Ni (OH)2IOO份，CoO 4份，添加I份聚四氟乙烯乳液(含60%聚四氟乙烯)，在研缽中混合均勻後，然後過150目篩兩次，然後將其填充進發泡鎳基體中，輥壓成片狀，將其裁切為80. Omm長X 38. Om寬X0. 81厚規格的正極片。負極片的製作將普通富鑭儲氫合金 100份，與羧甲基纖維素分散液12份(含2. 75%羧甲基纖維素)，導電炭黑分散液13份(含 4. 6%炭黑固體成分)經充分攪拌後混合成糊狀漿料用塗布方式將其填充到0. 04_厚的鍍鎳鋼帶導電骨架的空隙中，經乾燥，輥壓成片狀，將其裁切為80. Omm長X 38. 5m寬X0. 28 厚規格的負極片。正極經超聲波在長度方向居中位置清出8. Omm深X4. Omm寬的位置用於點焊鎳帶，鎳帶在後續裝配中與蓋帽點焊在一起作為正極的引出端。電解液使用8mol/L NaOH、4mol/L K0H、2mol/L LiOH三元電解液，以聚丙烯為材質後期進行接枝處理的無紡布為隔膜；用普通卷繞機將正極片、負極片、隔膜卷繞成筒狀，裝入鍍鎳鋼殼中。組裝成電池， 電池用二次電池檢測設備以360mA (0. 2C)的電流進行充放，放電電壓限制在I. 0V，循環3 次，讓其充分活化容量達到1800mAh。將比較例和實施例活化穩定後製得的電池在室溫(20±5°C )下360mA充電7小時，並在室溫下擱置I小時，在360mA放電至電池電壓為I. 0V，得到初始容量為CciHiAh ;然後在室溫下用360mA充電7小時，並在室溫下擱置I小時，然後分別在_20°C、-30°C和_40°C 條件下擱置8h，360mA放電至電池電壓為I. 0V，得到放電容量為C1HiAK C2HiAh和C3mAh，利用公式 n 放電效率=(C1ZC0) X 100%、(C2ZC0) X 100% 和(C3/C0) X 100% 計算在-20。。、-30 0C 和-40°C條件下的放電能力。比較例和實施例容量和Hatww的比較結果如下表
類別實施例 I實施例 2實施例 3實施例 4對比例 I電池室溫容量，ComAh18521837184118341845-20°C放電容量，C1InAh11531192123712941058-20 Cr)放電效率62.26%64.89%67.19%70.56%57.34%-30°C放電容量，C2mAh368438528618249-30 Cr)放電效率19.87%23.84%28.68%33.70%13.50%-40°C放電容量，C3mAh689511412254-40 C Tj放電效率3.67%5.17%6.19%6.65%2.93%實施例5 :採用本發明製作I. 2VAA1800mAh電池在低溫下測試，正極片的製作按質量比將普通球形Ni (OH)2IOO份，CoO 6份，Ca(OH)2I份，ZnO 4份，添加I份聚四氟乙烯乳液(含60%聚四氟乙烯)，在研缽中混合均勻後，然後過150目篩兩次，然後將其填充進發泡鎳基體中，輥壓成片狀，將其裁切為80. Omm長X 38. Om寬X0. 81厚規格的正極片。負極片的製作將普通富鈰儲氫合金100份，與羧甲基纖維素分散液12份(含2. 75%羧甲基纖維素)，導電炭黑分散液13份(含4. 6%炭黑固體成分)經充分攪拌後混合成糊狀漿料用塗布方式將其填充到0. 04_厚的鍍鎳鋼帶導電骨架的空隙中，經乾燥，輥壓成片狀，將其裁切為80. Omm長X 38. 5m寬X0. 28厚規格的負極片。正極經超聲波在長度方向居中位置清出8. Omm深X4. Omm寬的位置用於點焊鎳帶，鎳帶在後續裝配中與蓋帽點焊在一起作為正極的引出端。電解液使用普通的8mol/L NaOH、4mol/L K0H、2mol/L LiOH三元電解液，以聚丙烯為材質後期進行接枝處理的無紡布為隔膜；用普通卷繞機將正極片、負極片、隔膜卷繞成筒狀，裝入鍍鎳鋼殼中。組裝成電池，電池用二次電池檢測設備以360mA(0. 2C)的電流進行充放，放電電壓限制在I. 0V，循環3次，讓其充分活化容量達到1800mAh。將比較例和實施例活化穩定後製得的電池在室溫(20±5°C )下360mA充電7小時，並在室溫下擱置I小時，在360mA放電至電池電壓為I. 0V，得到初始容量為CciHiAh ;然後在室溫下用360mA充電7小時，並在室溫下擱置I小時，然後分別在_20°C、-30°C和_40°C 條件下擱置8h，360mA放電至電池電壓為I. 0V，得到放電容量為C1HiAK C2HiAh和C3mAh，利用公式 n 放電效率=(CVC0) X 100%、(C2ZC0) X 100% 和(C3/C0) X 100% 計算在-20。。、-30°c 和-40°c條件下的放電能力。比較例和實施例容量和Hatww的比較結果如下表
權利要求
1.一種可在低溫環境使用的鎳氫電池，包括殼體、設置在殼體內的正極、負極、電解液和隔膜，隔膜將正極與負極隔離，其特徵在於負極採用富鋪或富鑭儲氫合金。
2.根據權利要求I所述的可在低溫環境使用的鎳氫電池，其特徵在於所述正極主要由球形Ni (OH)2、Co0、Ca(OH)2、ZnO組成，其質量比為100 4 6 I 2 4。
3.根據權利要求I所述的可在低溫環境使用的鎳氫電池，其特徵在於所述電解液主要由 Na0H、K0H、Li0H 組成，Na0H、K0H、Li0Hmol/L 比的比例為 2 8 4 8 2。
4.根據權利要求I所述的可在低溫環境使用的鎳氫電池，其特徵在於所述隔膜為以聚丙烯為材質後期進行接枝處理的無紡布。
5.根據權利要求I所述的可在低溫環境使用的鎳氫電池，其特徵在於所述負極主要由富鈰或富鑭儲氫合金、羧甲基纖維素、導電炭黑組成，其質量比為100 O. 33 O.5 O. 598 O. 9。
6.一種可在低溫環境使用的鎳氫電池的製備方法，其特徵在於包括以下步驟A、製作正極片、負極片；其中負極片的製作為將富鈰或富鑭儲氫合金、羧甲基纖維素分散液、導電炭黑分散液按質量比100 12 18 13 19. 5進行混合，經充分攪拌後混合成糊狀漿料用塗布方式將其填充到鍍鎳鋼帶導電骨架的空隙中，經乾燥，輥壓成片狀，將其裁切符合規格的負極片；B、正極經超聲波在長度方向居中位置清出用於點焊鎳帶的位置，鎳帶在後續裝配中與蓋帽點焊在一起作為正極的引出端；C、用卷繞機將正極片、負極片、隔膜卷繞成筒狀，裝入鍍鎳鋼殼中，加入電解液，組裝成電池。
7.根據權利要求6所述的製備方法，其特徵在於其中正極片的製作為將球形 Ni(0H)2、Co0、Ca(0H)2、Zn0、聚四氟乙烯乳液按質量比100 4 6 I 2 4 I在研缽中混合均勻後，然後過130 180目篩兩次，然後將其填充進發泡鎳基體中，輥壓成片狀， 將其裁切為符合規格的正極片。
8.根據權利要求6所述的製備方法，其特徵在於電解液的配製使用Na0H、K0H、Li0H， mol/L比的比例為2 8 : 4 8 : 2。
9.根據權利要求6所述的製備方法，其特徵在於隔膜為以聚丙烯為材質後期進行接枝處理的無紡布。
10.根據權利要求7所述的製備方法，其特徵在於所述聚四氟乙烯乳液含60%聚四氟乙烯。
11.根據權利要求6所述的製備方法，其特徵在於所述羧甲基纖維素分散液含2.75% 羧甲基纖維素，導電炭黑分散液份含4. 6%炭黑固體成分。
全文摘要
一種可在低溫環境使用的鎳氫電池及其製備方法，涉及鎳氫電池和其製造方法。可在低溫環境使用的鎳氫電池，包括殼體、設置在殼體內的正極、負極、電解液和隔膜，隔膜將正極與負極隔離，負極採用富鈰或富鑭儲氫合金。製備方法，包括以下步驟A、製作正極片、負極片；B、正極經超聲波在長度方向居中位置清出用於點焊鎳帶的位置，鎳帶在後續裝配中與蓋帽點焊在一起作為正極的引出端；C、用卷繞機將正極片、負極片、隔膜卷繞成筒狀，裝入鍍鎳鋼殼中，加入電解液，組裝成電池。在冬天戶外環境下使用本發明的電池，用電設備也能保持較長的電力，滿足客戶的使用需要，並且本發明的電池循環壽命和動力性能較好。
文檔編號H01M4/38GK102593435SQ201210043538
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月24日 優先權日2012年2月24日
發明者羅倩仲, 謝勳 申請人:深圳市力可興電池有限公司