CN101794911B - 碱性电化学器件用添加剂、碱性电化学器件及其制备方法 - Google Patents

碱性电化学器件用添加剂、碱性电化学器件及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于碱性电化学器件的添加剂及碱性电化学器件的制备方法，添加剂是一元及多元醇或酚，或其碱金属盐，可采用加入电解液中、喷涂于极板或隔膜等多种方式添加至电化学器件内，使用该添加剂可以有效改善碱性电化学器件高功率充-放电性能、低温放电性能、容量发挥率及提高电化学器件的使用寿命。添加剂用量少，原料易得且廉价，因此基本不增加电池的制造成本。

Description

碱性电化学器件用添加剂、碱性电化学器件及其制备方法
技术领域
本发明涉及电化学器件用的添加剂、电化学器件及其制备方法，特别涉及采用碱性电液的电化学器件用的添加剂、电化学器件及其制备方法。
背景技术
碱性电化学器件的碱性电解液表面张力大，黏度高。表面张力大，使得电解液与电极或隔膜表面的浸润效果差，从而使得电化学器件在高功率特别是超高功率充、放电条件下，电极反应极化大。在较低温度下，由于电解液黏度高，离子的传输速度慢，从而使得一定倍率下的放电比例不够理想。由于表面张力影响，有限的电解液铺展效果差，使得容量发挥受到影响。由于极化大，且容量发挥受到影响，从而使得电池的运行寿命也受到一定的影响。
然而在众多可以降低碱性电解液的表面张力和黏度的物质中，可以承受电池中高氧化、高还原、高化学催化和高电催化氛围从而能够在电化学器件内部稳定存在，并且廉价易得的材料并不多见。。
发明内容
本发明旨在提供一种可以降低碱性电解液的表面张力和黏度，且廉价易得的添加剂，并且提供这类碱性电化学器件的制备方法，从而改善所得碱性电化学器件的高功率充、放电性能，低温放电性能，运行寿命及容量发挥率。
本发明通过以下方案实现：
本发明中所指的碱性电化学器件是指利用电化学双层电容的机制储能或利用电化学氧化还原反应的机制提供能量，且采用碱性电解液的的设备或装置，包括但不限于金属氢化物-镍电池、镉-镍电池、锌-镍电池、碱性锌-锰电池、碱性超级电容器、碱性燃料电池等。
本发明之碱性电化学器件用添加剂，选自式1表示的有机物、式2表示的有机物、式3表示的有机物或式4表示的有机物中的一种或多种混合物，
式1：R-OX  其中R为碳原子数在12以下的烷基，X为H、Li、Na或K中的任意一种，如CH3-OH(甲醇)，CH3-OK(甲醇钾)、C2H5-OH、C(CH3)3-OLi(叔丁醇锂)、
Figure GSA00000023660600021
(环己醇)、
Figure GSA00000023660600022
(苯酚钠)等；
式2：
Figure GSA00000023660600023
其中R1、R2、R3、R4为H或碳原子数在12以下的烷基，X1、X2为H、Li、Na或K中的任意一种，如
Figure GSA00000023660600024
(乙二醇)，
Figure GSA00000023660600025
(乙二醇钠)，
Figure GSA00000023660600031
等；
式3：
Figure GSA00000023660600032
其中R1、R2、R3、R4、R5为H或碳原子数在12以下的烷基，X1、X2、X3为H、Li、Na或K中的任意一种，如(丙三醇)，
Figure GSA00000023660600034
等；
式4：
Figure GSA00000023660600041
其中R1、R2、R4、R5为H或碳原子数在12以下的烷基，R3为碳原子数在12以下的烷基，X1、X2为H、Li、Na或K中的任意一种，如
Figure GSA00000023660600042
(1，3-丙二醇)，
Figure GSA00000023660600043
(1，4-戊二醇)，
Figure GSA00000023660600045
(间-苯二甲醇)，等。
上述添加剂的使用量：添加剂是电解液质量的0.005％～3％。
一种碱性电化学器件的制备方法，除增加向器件内加入上述的添加剂工序外，其余均与现有碱性电化学器件制备工艺相同，包括：将已涂覆活性物质成型正极、已涂覆活性物质成型负极、隔膜组合成极组，放入壳体内，注入碱性电解液后，分别将正极和负极与相应的连接端子焊接，最后封口。
在上述碱性电化学器件制备方法中，添加剂向器件内的加入方式可以有以下方式中的一种或多种的混合：
1)直接将添加剂与碱性电解液混合；
2)成型后的正极、隔膜、成型后的负极中的一种或多种在添加剂液中浸渍；
3)向成型后的正极、隔膜、成型后的负极中的一种或多种表面喷涂添加剂液；
4)向正极活性浆料或/和负极活性浆料中直接加入添加剂；
5)已成型的极组在添加液中浸渍；
6)向已成型的极组喷涂添加液；
7)直接向壳体内加入添加剂。
与现有技术相比，本发明的优点体现在：
(1)采用本发明的添加剂及碱性电化学器件制备方法，可以改善碱性电化学器件高功率充—放电性能、低温放电性能、容量发挥率及提高电化学器件的使用寿命，经测试实验，本发明添加剂可提高碱性电化学器件各项性能约10％。
(2)本发明的添加剂用量少，原料易得且廉价，因此基本不增加电池的制造成本。
具体实施方式
实施例1
向Ni-H二次电池中加入添加剂乙醇钠，加入方式为：将涂覆了正极活性物质的成型正极浸入乙醇钠液中浸渍一定时间，当浸渍量达到乙醇钠的质量是所用碱性电解液的0.05％时即可。
Ni-H二次电池的制备方法如下：
与现有Ni-H二次电池的制备工艺基本相同，成型正极、已涂覆活性物质成型负极、隔膜组合成极组，放入壳体内，注入碱性电解液后，分别将正极和负极与相应的连接端子焊接，最后封口，但成型正极是采用将经过上述加入添加剂处理后的正极。
作为对比例1，采用普通(即未作加入添加剂处理)Ni-H电池，将两种电池在相同条件下测试，其-25℃下1小时率放电的曲线比较见附图1，其常温下1小时率全充放条件下循环寿命比较见附图2。
由图中可发现，加入添加剂的Ni-H电池其低温放电、电池寿命性能均优于普通Ni-H二次电池。
实施例2
向Ni-Cd二次电池中加入添加剂环己醇和1，3-丙二醇混合液，环己醇与1，3-丙二醇的质量比为4∶6。加入方式为：直接向碱性电解液中加入上述混合液，加入总质量是所用碱性电解液的0.3％。
Ni-Cd二次电池的制备方法如下：
与现有Ni-Cd二次电池的制备工艺基本相同，即将已涂覆活性物质成型正极、已涂覆活性物质成型负极、隔膜组合成极组，放入壳体内，注入碱性电解液后，分别将正极和负极与相应的连接端子焊接，最后封口，但采用加入了上述添加剂的碱性电解液。
作为对比例2，采用普通(即碱性电解液中未加入添加剂)Ni-Cd电池，将两种电池在相同条件下测试，其常温下50％SOC时0.02小时率放电曲线比较见附图3，其常温下50％SOC时0.03小时率充电曲线比较见附图4。
由图中可发现，加入添加剂的Ni-Cd电池其高功率的充放电性能均优于普通Ni-Cd二次电池。
实施例3
向Ni-Zn二次电池中加入添加剂苯酚钠和添加剂苯甲醇、1，4-戊二醇钾和丙三醇锂混合液，苯甲醇∶1，4-戊二醇钾∶丙三醇锂质量比为2∶3∶5。加入方式为：向成型负极板喷涂添加剂混合液，并且在碱性电解液中加入添加剂苯酚钠，加入的添加剂总质量是所用碱性电解液的1.0％，加入的添加剂苯酚钠质量是所用碱性电解液的0.2％。
Ni-Zn二次电池的制备方法如下：
与现有Ni-Zn二次电池的制备工艺基本相同，即将已涂覆活性物质成型正极、已涂覆活性物质成型负极、隔膜组合成极组，放入壳体内，注入碱性电解液后，分别将正极和负极与相应的连接端子焊接，最后封口，但采用经上述处理的成型负极，以及上述加入了添加剂的碱性电解液。
作为对比例3，采用普通(即未做加入添加剂处理)Ni-Zn电池，将两种电池在相同条件下测试，其-25℃下1小时率放电的曲线比较见附图5，其常温下1小时率全充放条件下循环寿命比较见附图6。
由图中可发现，加入添加剂的Ni-Zn电池其低温放电、电池寿命性能均大大优于普通Ni-Zn二次电池。
实施例4
向碱性氢氧燃料电池中加入添加剂
Figure GSA00000023660600081
和间-苯二甲醇钠混合液，两者的质量比为5∶5。加入方式为：直接向电池壳体内加入上述添加剂混合液，同时也向隔膜表面喷涂上述添加剂混合液，壳体内加入的添加剂质量是所用碱性电解液的0.5％，隔膜表面喷涂的添加剂质量是是所用碱性电解液的1.5％。
碱性氢氧燃料电池的制备方法如下：
与现有碱性氢氧燃料电池的制备工艺基本相同，即将已涂覆阴极催化剂的成型正极、已涂覆阳极催化剂的成型负极、隔膜组合成极组，放入壳体内，注入碱性电解液后，分别将正极和负极与相应的连接端子焊接，并密封，但采用加入上述添加剂处理的壳体和隔膜。
作为对比例4，采用普通(即未做加入添加剂处理)氢氧碱性燃料电池，将两种电池在相同条件下通以燃料气体并测试，其-20℃下电流密度为i＝100mA/cm2时的放电曲线比较见附图7，其常温下电流密度为i＝1000mA/cm2时的放电性能比较见附图8。
由图中可发现，加入添加剂的氢氧碱性燃料电池其低温放电性能及常温高功率放电性能均大大优于普通碱性氢氧燃料电池。
实施例5
向Ni-H二次电池中加入添加剂
Figure GSA00000023660600091
加入方式为：向正极活性浆料中直接加入，所加入的质量是所用碱性电解液的3％。
Ni-H二次电池的制备方法如下：
与现有Ni-H二次电池的制备工艺基本相同，已涂覆活性物质的成型正极、已涂覆活性物质的成型负极、隔膜组合成极组，放入壳体内，注入碱性电解液后，分别将正极和负极与相应的连接端子焊接，最后封口，但正极活性浆料中加入了上述添加剂后，再涂覆至正极基材上，作成成型的正极。
作为对比例5，采用普通(即未作加入添加剂处理)Ni-H电池，将两种电池在相同条件下测试，其-25℃下1小时率放电的曲线比较见附图9，其常温下1小时率全充放条件下循环寿命比较见附图10。
由图中可发现，加入添加剂的Ni-H电池其低温放电、电池寿命性能均大大优于普通Ni-H二次电池。

Claims (2)

1.一种Ni-Cd二次电池的制备方法，将已涂覆活性物质成型正极、已涂覆活性物质成型负极、隔膜组合成极组，放入壳体内，注入碱性电解液后，分别将正极和负极与相应的连接端子焊接，最后封口，其特征在于：直接向碱性电解液中加入由环己醇和1,3-丙二醇组成的混合液，环己醇与1,3-丙二醇的质量比为4：6，加入总质量是所用碱性电解液的0.3%。
2.采用如权利要求1所述的制备方法得到的Ni-Cd二次电池。
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Pledgee: Hunan Xiangjiang Zhongying Investment Management Co.,Ltd.

Pledgor: HUNAN COPOWER EV BATTERY Co.,Ltd.

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