雙極疊層式動力型鎳氫電池電極及其製造技術
2023-10-07 03:49:24
專利名稱：雙極疊層式動力型鎳氫電池電極及其製造技術
本發明涉及一種電池電極及其製造，特別是雙極疊層式動力型鎳氫電池電極及其製造，屬於電池領域。
雙極性電池具有內阻低，電流分布均勻和質量輕的優點，特點適用於動力型用途。雙極性動力型鎳氫電池的關鍵是疊層式平板電極，但是由於雙極性電池採用平板式極片承受內壓小於2kg／cm2，耐過充能力差，特別是鎳氫電池因為內壓高，更難以實用化，基本上處於實驗室階段。
為進一步提高鎳氫電池的比能量，電極的輕型化與高強度化日益重要，過去的基體基本採用泡沫鎳和衝孔鋼帶，由於金屬一般比較重，其產品不能滿足新的要求。
本發明的目的在於提供一種新的幹法電極及其製造方法。
本發明的另一個目的在於提供這種電極在雙極疊層式動力型鎳氫電池上的應用。
本發明的目的在於提供一種輕型高強度高導電基體電極及其製造方法。
本發明的另一個目的在於提供一種輕型高強度高導電基體電極在鎳氫電池上的應用。
為了完成上述任務，本發明中基體電極製造的方法為為提高導電率、活性物質利用率和充填密度，本發明中採用多層表面處理方法，採用多層表面處理的方法，可以阻止多次衝放電循環時，氫氧化鎳表面的導電CoOOH在內部的擴散，這樣就避免了表面導電性能的降低，改善抗腐蝕性能；使高導電率和高容量的要求得以實現。
本發明採用平均粒度為0．5-30微米的氫氧化鎳，經金屬層(1)、微孔金屬層(2)、氫氧化物層(3)和鹼金屬或鹼土金屬層(4)多層包復結構，得到導電型電化學活性材料，如
圖1所示。
上述氫氧化鎳可以是球形、扁球形、橢球型等，或適合本發明的其它形狀。
其中上述的金屬層所用的金屬選自鋅、鐵、鈷、鎳、錳、釩任何一種或兩種或兩種以上的混合物，以及適合本發明的其它金屬，優選金屬鋅或錳。
上述的微孔金屬層的微孔金屬選自鋅、鐵、鈷、鎳、錳、釩任何一種或兩種或兩種以上的混合物，以及適合本發明的其它微孔金屬，優選微孔鎳或鈷。
上述的氫氧化物層中的氫氧化物選自氫氧化鋅、氫氧化鐵、氫氧化鈷、氫氧化鎳、氫氧化錳、氫氧化釩任何一種或兩種或兩種以上的混合物，以及適合本發明的其它氫氧化物，優選氫氧化鋅或氫氧化釩。
上述鹼金屬或鹼土金屬層是鹼金屬或鹼土金屬的複合層，其中鹼金屬或鹼土金屬的含量為0．5-10％，優選鈉、鉀任何一種或其混合物。
上述導電型電化學活性材料的製造方法為分別採用多層表面處理的方法，可以是電沉積、電泳、電鍍、噴塗、刮塗、塗敷的一種或其組合，也可以採用適合本發明的其它方法。
本發明的導電型電化學活性材料，可以用於製作電池的電極片。
採用本發明方法製備的導電型電化學活性材料，其導電性能(比導電率)可達＜2×10-6歐姆*釐米，活性物質利用率＞95％。
採用高強度非金屬纖維與鎳複合作為基體；具體製造方法為將碳纖維與高分子乳液在交聯劑存在下交聯纖維化，組成基體，用電沉積或電滲析的方法將鎳沉積或滲析到交聯纖維上，製成高強度、高導電的基體電極。其中的高分子乳液可以為聚四氟乙烯、有機矽、聚碳酸酯、苯乙烯共聚物乳液一種或其組合，以及適合本發明的其它高分子乳液，優選聚四氟乙烯乳液。
採用上述方法製備的高強度輕型導電基體電極，由於採用了非金屬材料為基體，重量大大降低，其成本及重量較泡沫鎳減小40％，且具有高的柔軟性和可卷繞性，特別試用於製造雙極性鎳氫電池的平板電極和小直徑圓柱型電池極片。並且另外由於採用高強度的高分子材料--碳纖維和聚四氟乙烯，以此基體製造的電極及電池，可以實現高的比能量。
本發明中雙極疊層式動力型鎳氫電池電極的製備方法為用上述方法製備的高強度、低密度、輕型導電基體，與表面經電化學沉積金屬的導電氫氧化亞鎳或氫氧化鎳，以及聚合物微粉混和後，經反覆碾聯纖維化後，將乾粉充填入上述基體，再經過高壓成型製成正極極片。上述經電化學沉積金屬的導電氫氧化亞鎳或氫氧化鎳中的金屬選自鈷、鎳、鋅、錳、釩等一種或任意幾種的混合，優選鈷、鎳、鋅。氫氧化亞鎳或氫氧化鎳中，優選氫氧化亞鎳。上述聚合物為聚四氟乙烯、苯乙烯共聚物或它們的混合物，優選聚四氟乙烯。
採用本發明方法製備的電極，電化學活性高、內壓低、內阻小、適用於高電流密度的動力型鎳氫電池。
下面結合實施例詳細描述本發明。
實施例本實施例所用原料為平均粒度為5微米的球形氫氧化鎳，採用電鍍方法在球形氫氧化鎳表面形成鋅層，用電沉積方法在鋅層外形成微孔金屬鎳層，再用電沉積方法形成氫氧化鋅，最後，再在其外形成含鈉1％的鈉層，所得的導電型電化學活性材料，其導電性能(比導電率)可達＜2×10-6歐姆*釐米，活性物質利用率＞95％。
權利要求
1．一種雙極疊層式動力型鎳氫電池電極，其特徵在於將輕型高強度高導電基體電極，與表面經電化學沉積金屬的導電氫氧化亞鎳或氫氧化鎳，以及聚合物微粉混和後，經反覆碾聯纖維化後，將乾粉充填入上述基體，再經過高壓成型得到電極極極片。
2．根據權利要求1所述的雙極疊層式動力型鎳氫電池電極，其特徵在於輕型高強度導電基體是由碳纖維和高分子乳液交聯纖維化，用電沉積或電滲析的方法將鎳沉積或滲析到交聯纖維上製成的。
3．根據權利要求2所述的雙極疊層式動力型鎳氫電池電極，其特徵在於所述高分子乳液為聚四氟乙烯乳液、有機矽乳液、聚碳酸酯乳液的一種或其組合。
4．根據權利要求2所述的雙極疊層式動力型鎳氫電池電極，其特徵在於所述高分子乳液優選聚四氟乙烯乳液。
5．一種雙極疊層式動力型鎳氫電池電極的製造方法，其特徵在於將碳纖維與高分子乳液在交聯劑存在下交聯纖維化，組成基體，用電沉積或電滲析的方法將鎳沉積或滲析到交聯纖維上，製成高強度、高導電的基體電極，該基體電極與表面經電化學沉積金屬的導電氫氧化亞鎳或氫氧化鎳，以及聚合物微粉混和後，經反覆碾聯纖維化後，將乾粉充填入上述基體，再經過高壓成型得到電極極極片。
6．根據權利要求5所述的雙極疊層式動力型鎳氫電池電極的製造方法，其特徵在於上述經電化學沉積金屬的導電氫氧化亞鎳或氫氧化鎳中的金屬選自鈷、鎳、鋅、錳、釩等一種或任意幾種的混合
7．根據權利要求5或6所述的雙極疊層式動力型鎳氫電池電極的製造方法，其特徵在於雙極疊層式動力型鎳氫電池電極的製造方法，其特徵在於上述經電化學沉積金屬的導電氫氧化亞鎳或氫氧化鎳中的金屬優選鈷、鎳、鋅。
8．根據權利要求5所述的的製造方法，其特徵在於聚合物為聚四氟乙烯、苯乙烯共聚物或它們的混合物。
9．根據權利要求5所述的雙極疊層式動力型鎳氫電池電極的製造方法，其特徵在於聚合物優選聚四氟乙烯。
10．雙極疊層式動力型鎳氫電池電極在鎳氫電池上的應用。
全文摘要
本發明公開了一種雙極疊層式動力型鎳氫電池電極及其製造方法,其特徵在於將碳纖維與高分子乳液交聯纖維化組成基體,用電沉積或電滲析的方法將鎳沉積或滲析到交聯纖維上,製成的基體電極與表面經電化學沉積金屬的導電氫氧化亞鎳或氫氧化鎳,以及聚合物微粉混和後,經反覆碾聯纖維化後,將乾粉充填入上述基體,再經高壓成型得到電極極片;採用本方法製備的電極,電化學活性高、內壓低、內阻小、適用於高電流密度的動力型鎳氫電池。
文檔編號H01M4/24GK1291798SQ9912159
公開日2001年4月18日 申請日期1999年10月9日 優先權日1999年10月9日
發明者陳迂, 沈堅白, 蔣新元, 蔡韻, 趙筱貞 申請人:上海申建冶金機電技術工程公司