CN101651209A - 一种镍氢二次电池正极的制作方法 - Google Patents

一种镍氢二次电池正极的制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种镍氢二次电池正极的制作方法，本发明的技术解决方案是以如下方式完成的，各正极材料的重量组份分别是，钴或钴的化合物3－8份、无机粘结剂0.5－1.5份、镍粉0－2.5份、球形β－Ni(OH)289－96.5份、非水性有机分散剂8－12份、其制备方法是将钴或其化合物、无机粘结剂、镍粉、球形β－Ni(OH)2按重量份分别加入到盛有8－12份的非水性有机分散剂的烧杯中搅拌均匀，然后涂在集流体泡沫镍上。用本发明生产的镍氢二次电池正极，经检测和试验证明，具有电容量大、放电电压平台高、循环稳定性好、内阻小、无污染的优点。

Description

一种镍氢二次电池正极的制作方法
技术领域：
本发明涉及电极，特别是一种镍氢二次电池正极的制作方法。
背景技术：
镍氢二次电池是目前应用最广泛的二次电池之一，基能量密度是镉镍电池的1.5-2.0倍，体积能量密度可与锂离子电池相当。功率密度较高，适合较大电流放电，无环境污染。镍氢二次电池采用微米级球形β-Ni(OH)2为正极活性材料，由于球形β-Ni(OH)2导电性差，且与球形β-NiOOH相互转化中有体积胀缩，所以会导致电极交换密度小，极化严重和活性物质粉化脱落等现象。为了改善镍氢二次电池的充放电性能、循环稳定性以及安全可靠性，通常在正极中加入适量添加剂。羧甲基纤维素钠(CMC)是一种水性材料增稠剂和粘结剂，它在湿法制作镍氢二次电池工艺中被广泛应用，其良好的分散性能和粘结性能，可以使正极材料均匀地分散到正极浆料中，并保证正极材料不会粉化脱落。氧化钙、氢氧化钙、氧化镁、氢氧化镁等无机粘结剂具有化学稳定性好、结构疏松等特点，将其作为粘结剂，用到干法电池制作中，可以降低成本，提高正极材料比容量。但是，该方法不仅粉尘污染大，而且还会造成一定的材料浪费。将非水性有机物酒精、丙酮作为分散剂与无机粘结剂相结合用在镍氢二次电池的制作中，不仅可以提高电池的电性能，还可以节药能源和材料，减少粉尘污染，但是目前还没有发现在该技术领域的应用。
发明内容：
本发明的目的是提供一种电性能好、节约能源和材料、无粉尘污染的镍氢二次电池正极的制作方法。
本发明的技术解决方案是以如下方式完成的，它包括有以下正极材料：各正极材料的重量组份分别是，钴或钴的化合物3-8份、无机粘结剂0.5-1.5份、镍粉0-2.5份、球形β-Ni(OH)289-96.5份、非水性有机分散剂8-12份、其制备方法是将钴或其化合物、无机粘结剂、镍粉、球形β-Ni(OH)2按重量份分别加入到盛有8-12份的非水性有机分散剂的烧杯中搅拌均匀，然后涂在集流体泡沫镍上，经烘干、清粉、压轧、点焊、剪切成形等工艺制作成镍氢电池正极。上述的无机粘结剂是氧化钙、氢氧化钙、氧化镁、氢氧化镁的任意一种或两种以上的组合。上述的非水性有机分散剂为酒精、丙酮的一种或两种组合。用本发明生产的镍氢二次电池正极，经检测和试验证明，具有电容量大、放电电压平台高、循环稳定性好、内阻小、无污染的优点。
具体实施方式：
本发明有以下实施例，实施例一：分别称取钴或钴的化合物45克、无机粘结剂氢氧化合镁5克、镍粉10克、球形氢氧化镍935克，再准备一个盛有100克酒精的烧杯。其制备方法是将各正极材料分别倒入烧杯中搅拌均匀，制成浆料，再将浆料涂布在集流体泡沫镍上，使浆料均匀分布于集流体泡沫镍的孔隙中，然后经烘干清粉、压扎、电焊、剪切制成镍氢电池正极。
本发明的镍氢电池正极可以用下面的方法来检验其外观和性能的优劣。(1)从正极的上粉均匀性、极片柔韧性和掉粉程度等外观状况来判断。(2)检测正极的电性能，就是将制成的正极放入玻璃三通管中作为工作电极；准备同等面积的氢合金负极作为辅助电机，另外准备汞/氧化汞电极作为参比电极，再加入一定量含有KOH、NaOH、LiOH，密度为1.31-1.32g/cm3混合物电解液组成模拟电池，将组装好的模拟电池经静置与化成之后，在常温(20±5℃)下，以0.2C的充电倍率充电7小时后静置10min，再以0.2c的放电倍率放电至0.1V后静置10min，如此循环3次，以测试其放电比容量。在每次放电结束后，用交流阻抗法测试电级的欧姆电阻。在化成结束后，以0.1mv/s的扫描速度测试电极的循环伏安特性，记录下还原、氧化及析氧电位，镍氢二次电池正极进行比较，其结果如下表所示。
  电极类型   普通正极   加0.5份粘结剂的正极
  外观状况   优   差
  欧姆阻抗(mΩ)   26   25
  放电比容量(mAh/g)   263   263
  容量衰退量(mAh/循环)   1.8   1.8
  放电平台(v)   0.353   0.358
  析氧电位(v)   0.676   0.679
由此表可知，加0.5份无机粘结剂的正极与不用无机粘结剂和有机分散剂的与正极比较，极片外观状况差；放电比容量和循环稳定性没有发生变化；内阻、放电平台和析氧电位略有改善，但变化不明显。
实施例二：
本实施例与实施例一相比较，加无机粘结剂的量为0.75份，其它成分相同。采用与实施例一相同的实验与测试手段，测试相同的参数，并与实施例一制作的正极相比较，结果如表2所示：
  电极类型   加0.5份粘结剂的正极   加0.75份粘结剂的正极
  外观状况   差   良
  欧姆阻抗(mΩ)   25   23
  放电比容量(mAh/g)   263   265
  容量衰退量(mAh/循环)   1.8   1.7
  放电平台(v)   0.358   0.366
  析氧电位(v)   0.679   0.681
由表2可知，与实施例一比较，加0.75份无机粘结剂的正极外观状况变好；循环稳定性略有提高，内阻更低，放电比容量、放电平台、析氧电位更高。
实施例三
本实施例与实施例二相比较，加无机粘结剂的量为1.0份，其它成分相同。采用与实施例二相同的实验与测试手段，测试相同的参数，并与实施例二制作的正极相比较，结果如表3所示：
  电极类型   加0.75份粘结剂的正极   加1.0份粘结剂的正极
  外观状况   良   优
  欧姆阻抗(mΩ)   23   21
  放电比容量(mAh/g)   265   268
  容量衰退量(mAh/循环)   1.7   1.5
  放电平台(v)   0.366   0.375
  析氧电位(v)   0.681   0.685
由表3可知，与实施例二相比较，加1.0份无机粘结剂的正极外观状况更好；循环稳定性更高，内阻更低，放电比容量、放电平台、析氧电位更高。
实施例四
本实施例与实施例三相比较，加无机粘结剂的量为1.25份，其它成分相同。采用与实施例三相同的实验与测试手段，测试相同的参数，并与实施例三制作的正极相比较，结果如表4所示：
  电极类型   加1.0份粘结剂的正极   加1.25份粘结剂的正极
  外观状况   优   良
  欧姆阻抗(mΩ)   21   22
  放电比容量(mAh/g)   268   266
  容量衰退量(mAh/循环)   1.5   1.6
  放电平台(v)   0.375   0.373
  析氧电位(v)   0.685   0.686
由表4可知，与实施例三相比较，加1.25份无机粘结剂的正极外观状况变差；内阻、容量衰退量、析氧电位变化不明显，但放电比容量、放电平台都有一定程度降低。
实施例五
本实施例与实施例四相比较，加无机粘结剂的量为1.5份，其它成分相同。采用与实施例四相同的实验与测试手段，测试相同的参数，并与实施例四制作的正极相比较，结果如表5所示：
  电极类型   加1.25份粘结剂的正极   加1.5份粘结剂的正极
  外观状况   良   差
  欧姆阻抗(mΩ)   22   24
  放电比容量(mAh/g)   266   264
  容量衰退量(mAh/循环)   1.6   1.8
  放电平台(v)   0.373   0.360
  析氧电位(v)   0.686   0.686
由表5可知，与实施例四相比较，加1.5份无机粘结剂的正极外观状况更差；内阻和容量衰退量升高，析氧电位没有变化，放电比容量、放电平台进一步降低。
由此可见，随着无机粘结剂加入量的增加，正极的外观状况和电性能先是逐渐变好，然后又逐渐变差，加1.0份无机粘结剂的正极电性能最好。说明正极材料和无机粘结剂有一个最合适的配比，无机粘结剂加的量不够时，粘度小，不容易上粉，正极容易掉粉，电性能不能充分发挥；无机粘结剂加的量太多时，粘度太大，正极粉无法渗透到集流体的孔隙中，同样不容易上粉，正极变硬变脆，电性能同样也不能充分发挥。
综上所述，采用适当配比的无机粘结剂和液体有机物分散剂制作的镍氢二次电池的正极，改善了正极的导电性，使得欧姆阻抗变小；同时，正极活性物质氢氧化镍的利用率变大，从而使正极的放电比容量变大；正极内部的导电性的改善，也使得正极放电稳定性变好，延缓了容量衰退。由于分散剂使正极材料在集流体内分布更均匀，增加了正极的比表面积，可以充分吸附过充、放反应产生的气体，提高过充、放反应的反应物的浓度，从而抑制副反应的发生。所以从循环图可以看出析氧电位的提高；副反应的抑制有利于消除极化，从充放电曲线可以观察到充电平台的降低和放电平台的升高。
本发明可以广泛应用于高倍率和高容量密封碱性二次镍氢电池的制造中。

Claims (3)

1、一种镍氢二次电池正极的制作方法，其特征在于：它包括有以下正极材料：各正极材料的重量组份分别是，钴或钴的化合物3-8份、无机粘结剂0.5-1.5份、镍粉0-2.5份、球形β-Ni(OH)289-96.5份、非水性有机分散剂8-12份、其制备方法是将钴或其化合物、无机粘结剂、镍粉、球形β-Ni(OH)2按重量份分别加入到盛有8-12份的非水性有机分散剂的烧杯中搅拌均匀，然后涂在集流体泡沫镍上经烘干、清粉、压轧、点焊、剪切成形等工艺制作成镍氢电池正极。
2、如权利要求1所述的一种镍氢二次电池正极的制作方法，其特征在于：上述的无机粘结剂是氧化钙、氢氧化钙、氧化镁、氢氧化镁的任意一种或两种以上的组合。
3、如权利要求1所述的一种镍氢二次电池正极的制作方法，其特征在于：上述的非水性有机分散剂为酒精、丙酮的一种或两种组合。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN102306748A (zh) * 2011-08-04 2012-01-04 东莞新能源科技有限公司 一种锂离子电池负极极片及其制备方法
CN104269533A (zh) * 2014-09-23 2015-01-07 陕西德飞新能源科技有限公司大荔分公司 一种镍氢电池正极粉末材料及镍氢电池的制备方法
CN109742404A (zh) * 2019-02-20 2019-05-10 湖南科霸汽车动力电池有限责任公司 适用于泡沫镍基体的锂电池正极浆料及其制备方法

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