CN102054590A - 一种高功率超级电容器关键部件镍正极制备技术 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高功率超级电容器关键部件镍电极制备技术，其烧结基带制作时采用超薄型多孔纯镍箔，且表面用T-210镍粉作为烧结修饰层，然后进行镍浆的拉制及烧结，形成超薄型高孔率的烧结镍基带，再经浸渍含硝酸钴的硝酸镍溶液并用氢氧化钠碱化得到共沉积的镍钴氢氧化物，进行多个循环，最后通过充放电活化制成镍正极。通过这种方法制备的镍正极不仅具有长寿命的优点，其大电流性能更为优异，是制作高功率超级电容器的关键部件，可以充分发挥高功率超级电容器高功率密度、循环寿命长及高比能量的优势。

Description

一种高功率超级电容器关键部件镍正极制备技术
【技术领域】
本发明涉及的是一种高功率超级电容器关键部件镍电极制备技术，属于化学工程及新材料领域。通过采用超薄型多孔纯镍箔，且表面用T-210镍粉作为烧结修饰层，然后进行镍浆的拉制及烧结，形成超薄型高孔隙率的烧结镍基带，再经浸渍含硝酸钴的硝酸镍溶液并用氢氧化钠碱化得到共沉积的镍钴氢氧化物，进行多个循环，最后通过充放电活化制成超薄型、长寿命的镍正极。 
【背景技术】
高功率超级电容器是一种介于蓄电池和传统静电电容器之间的新型储能元件，它有着比电池高十倍以上的功率密度，储存电荷的能力比传统电容器高几十倍乃至上百倍，且具有高能量密度、高功率密度、循环寿命长、污染小等特点，在电动车辆、移动通讯、航空航天和国防科技等领域的有着不可替代的应用。 
超级电容器的负极采用高比表面积的活性碳为材料，为提高超级电容器的比功率多采用烧结镍正极，但传统的烧结镍其大电流性能仍不能与炭负极的大电流放电性能匹配，因此，改善烧结镍正极的大电流充放性能是解决这个问题的关键。 
中国专利02138246.8中通过对烧结镍电极沉积钴、镍氢氧化物修饰方法来提高烧结镍电极的大电流充放电性能。这种方法操作复杂，大电流性能提高不多。 
【发明内容】
本发明的目的是提供一种高功率超级电容器关键部件镍电极制备技术。 
本发明的技术方案是：采用超薄型多孔纯镍箔，且表面用T-210镍粉作为烧结修饰层，然后进行镍浆的拉制及烧结，形成超薄型高孔率的烧结镍基带，再经多个浸渍含硝酸钴的硝酸镍溶液并用氢氧化钠碱化得到共沉积的镍钴氢氧化物的循环，并通过充放电活化制成镍正极。 
本发明采用超薄型多孔纯镍箔较传统的镀镍钢带导电率高，并且多孔纯镍箔表面用T-210镍粉作为烧结修饰层后再进行镍浆的拉制及烧结，能有效地改善镍粉与集流体的界面处的烧结强度，从而不仅提高了基板的烧结强度，更有利于电子的扩散，从而提高镍正极的大电流放电能力。 
本发明所述含T210烧结修饰层的高孔率烧结基板浸渍含硝酸钴的硝酸镍溶液并用氢氧化钠碱化得到共沉积的镍钴氢氧化物，其中氢氧化镍通过下面Ni(OH)2与NiOOH可逆的氧化还原反应得到高的法拉第准电容，共沉积的氢氧化钴则是增加了活性物质的导电性。 
本发明将含T210烧结修饰层的高孔率烧结基板的厚度及最终极板的厚度有效地减薄到0.2～0.5mm，能有效地减少充放电时的阻抗，使所述制成的镍正极具有高功率、长寿命的优点，可以充分发挥高功率超级电容器高比能量和高比功率的优势。 
本发明所述高功率超级电容器关键部件镍电极制备技术其特征在于包括如下基本步骤： 
(1)首先制作超薄型的多孔纯镍带0.04mm～0.08mm，孔隙率为30％～60％。 
(2)按T210镍粉10％～40％、CMC1.3％～3.0％、去离子水60％～85％(均为质量百分比)的浆料配制T-210涂覆胶液。 
(3)将配制好的T-210涂覆胶液通过拉浆方式涂覆到超薄型的多孔纯镍带上并烘干，烘干温度为50～250℃，烘干速度为10～50m/h。 
(4)将步骤(3)所得料带在有还原气体氢气及惰性保护气氮气的烧结炉中进行烧结，其烧结温度为850～950℃，烧结时间为2～10min。得到含T210烧结修饰层为10～25g/cm2的多孔纯镍带。 
(5)按(质量百分比％)镍粉33～36∶水60～65∶粘结剂CMC1.1～1.5∶PVB1.9～2.4配比进行真空合浆得到镍浆。 
(6)将步骤(5)得到的镍浆均匀地挂浆到步骤(4)得到的含T210烧结修饰层的多孔纯镍带上，并在有还原气体氢气及惰性保护气氮气的烧结炉中进行烧结，其烧结温度为850～950℃，烧结时间为2～10min。得到厚度为0.2～0.5mm的超薄型高孔率烧结基带。 
(7)将步骤(6)得到的烧结基带通过真空或静态浸渍含(质量百分比)硝酸钴2％～10％的硝酸镍溶液并用浓度为250～450g/l氢氧化钠碱化得到共沉积的镍钴氢氧化物的循环，循环数为3～5个。最终得到活性物质中含Co(OH)2为2～10％(WT)的镍正极。 
(8)将步骤(7)得到的镍正极配以镍辅助极在浓度为5.0mol/l的氢氧化钠或氢氧化钾中进行活化除杂处理，活化制度为0.1ItA充电16小时，0.1ItA放电至二极电压-0.70v，，充放2～3次，然后用去离子水清洗到中性。得到本发明的产品。 
【具体实施方式】
下面通过参照实施例对本发明作具体的描述，但本发明并不仅仅限于这些实施例。 
具体实施例： 
(1)先0.07mm厚的纯镍箔冲制成孔隙率为30％～60％的多孔纯镍带。 
(2)按(质量百分比)T210镍粉20％、CMC1.5％、去离子水85％的浆料配制成T-210涂覆胶液。 
(3)将配制好的T-210涂覆胶液通过拉浆方式涂覆到0.07mm超薄型的多孔纯镍带上 并烘干，烘干温度为170℃，烘干速度为40m/h。并将所得料带在有还原气体氢气及惰性保护气氮气的烧结炉中进行烧结，其烧结温度为900℃，烧结时间为5min。控制挂浆量得到含T210烧结修饰层为17g/cm2的多孔纯镍带。 
(4)按镍粉35.2∶水61.5∶CMC1.3∶PVB2.2(均为质量百分比％)配比进行真空合浆得到镍浆。 
(5)通过挂浆方式将镍浆均匀地挂浆到含T210烧结修饰层的多孔纯镍带上，并在有还原气体氢气及惰性保护气氮气的烧结炉中进行烧结，其烧结温度为950℃，烧结时间为10min。控制挂浆量得到厚度为0.3mm的超薄型高孔率烧结基带。 
(6)烧结基带通过真空浸渍含(质量百分比)硝酸钴6％的硝酸镍溶液并用浓度为7.5mol/l氢氧化钠碱化得到共沉积的镍钴氢氧化物，然后用去离子水将镍正极清洗至中性并烘干，如此进行5个浸渍循环。 
(7)将浸渍得到的镍正极配以镍辅助极在浓度为5mol/l的氢氧化钠或氢氧化钾中进行活化除杂处理，活化化制度为0.1ItA充电16小时，0.1ItA放电至二极电压-0.70v，，充放3次，然后用去离子水清洗到中性。 
(8)按传统方法制作以0.10mm厚度冲孔镀镍钢带为基带的厚度为0.7mm的烧结镍带，并进行浸渍得到5个浸渍循环传统的烧结镍正极。 
将制好的两种镍正极分别裁制成20mm×20mm×0.3mm极片，配以相同尺寸的的活性炭负极，用专用隔膜装配成模拟电容器，并加7mol//l的KOH电解液。两类电容器进行比较测试，先0.2ItA/cm2充电到正极1.6V，静电1min，以0.2ItA/cm2放电到镍正极对参比电极的电位为0.1v，计算正极的比电容；再以0.2ItA/cm2充电到正极1.6V，静电1min，分别以0.5ItA/cm2、1ItA/cm2、5ItA/cm2、10ItA/cm2进行大电流放电，计算各大电流放电比容量与0.2ItA/cm2放电比容量的％，得到表1的结果： 
表1大电流放电的结果 
  0.5ItA/cm2   1ItA/cm2   5ItA/cm2   10ItA/cm2
  本发明镍正极1#   97.5％   95.6％   88.4％   82.5％
  本发明镍正极2#   97.3％   95.2％   88.6％   82.2％
  传统镍正极3#   96.1％   89.3％   81.3％   66.6％
  传统镍正极4#   96.3％   89.5％   81.1％   66.2％
在本例中本发明的产品0.5ItA/cm2放电比容量较传统镍正极平均提高了1.2％；1ItA/cm2放电比容量平均提高了6％；5ItA/cm2放电比容量平均提高了7.3％；10ItA/cm2放电比容量平均提高了16％。 

Claims (9)

1.一种高功率超级电容器关键部件镍正极制备技术，其特征在于采用超薄型多孔纯镍箔，且表面用T-210镍粉作为烧结修饰层，然后进行镍浆的拉制及烧结，形成超薄型高孔隙率的烧结镍基带，再经浸渍含硝酸钴的硝酸镍溶液并用氢氧化钠碱化得到共沉积的镍钴氢氧化物，进行多个循环，最后通过充放电活化制成超薄型、长寿命的镍正极。
2.根据权利要求1所述，其特征在于制备烧结镍基带用的多孔纯镍箔厚度为0.04mm～0.08mm、孔隙率为30％～60％。
3.根据权利要求1所述，其特征在于制备烧结镍基带用的多孔纯镍箔，其表面先用含T210镍粉10％～40％、CMC1.3％～3.0％、去离子水60％～85％(均为质量百分比)的浆料进行刮涂，然后烘干、烧结，形成10～25g/cm2的T210烧结修饰层。
4.根据权利要求3所述，其特征在于烧结修饰层的烘干温度为50～250℃，烘干速度为10～50m/h。
5.根据权利要求3所述，其特征在于烧结修饰层的烧结是在有还原气体氢气及惰性保护气氮气的烧结炉进行，其烧结温度为850～950℃，烧结时间为2～10min。
6.根据权利要求1所述，其特征在于对含T-210镍粉烧结修饰层的超薄型多孔纯镍箔进行镍浆的拉制及烧结，镍浆按(质量百分比)镍粉33％～36％∶水60％～65％∶粘结剂CMC1.1％～1.5％∶PVB1.9％～2.4％的配比进行真空合浆。然后将镍浆均匀地挂浆到含T210烧结修饰层的多孔纯镍带上，最后在有还原气体氢气及惰性保护气氮气的烧结炉中进行烧结，其烧结温度为850～950℃，烧结时间为2～10min，得到超薄型高孔率烧结基带。
7.根据权利要求1所述，其特征在于所制成的超薄型高孔隙率的烧结镍基带，其厚度为0.2mm～0.5mm、孔隙率为70～85％。
8.根据权利要求1所述，其特征在于对超薄型高孔隙率的烧结镍基带用含硝酸钴2％～10％(质量百分比)的硝酸镍溶液进行真空或静态浸渍，再用浓度为5～8mol/l氢氧化钠碱化并水洗得到共沉积的镍钴氢氧化物，进行3～5个循环，最终得到活性物质中含Co(OH)2为2～10％(WT)的镍正极。
9.根据权利要求1所述，其特征在于所制成超薄型、长寿命的镍正极的厚度为0.2mm～0.5mm。
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