CN102522600B

CN102522600B - 长寿宽温镍氢电池

Info

Publication number: CN102522600B
Application number: CN2011104248214A
Authority: CN
Inventors: 汪志强; 余旭东
Original assignee: MACHENG ZHONGYING POWER SUPPLY ELECTRONIC CO Ltd
Current assignee: MACHENG ZHONGYING POWER SUPPLY ELECTRONIC CO Ltd
Priority date: 2011-12-16
Filing date: 2011-12-16
Publication date: 2013-07-10
Anticipated expiration: 2031-12-16
Also published as: CN102522600A

Abstract

本发明提供了一种长寿宽温镍氢电池，包括正极片、负极片、隔膜纸、电解液、密封圈、钢壳以及盖帽，正极片由基片和附着在基片上的正极物质组成，负极片由基片和附着在基片上的负极物质组成，正极物质中添加有氧化钇、氧化锰以及镍粉，上述三种物质分别占正极物质总质量的0.5～2wt％、0.5～4wt％和0.5～4wt％，负极物质中添加有氧化锌、硼化镁以及石墨，上述三种物质分别占负极物质总质量的0.5～4wt％、0.5～6wt％和0.5～5wt％。该镍氢电池工作温度范围宽，在-40℃～60℃的温度范围内均能实现良好的充放电性能和存储性能；并且使用寿命长，其充放循环寿命大于600次。

Description

长寿宽温镍氢电池

技术领域

本发明涉及一种镍氢电池，尤其是一种能够在较宽的温度范围下正常充放电的镍氢电池。

背景技术

镍氢电池经过多年的发展已经相当成熟，其具有高容量比、无污染、使用寿命长、工作温度范围宽等优点因而被广泛应用。目前的高温镍氢电池在正极物质中添加钛、钇、铝等元素，由于这种工艺无法通过湿法制片，只能采用干法制片，因此其低温性能较差。而现有的低温电池使用无钕储氢合金材料，虽然其低温性能良好，但是其高温性能较差。现有技术中生产的镍氢电池的工作温度还局限在-15℃～45℃之间，随着该产品的广泛使用，对其在特殊温度环境下的工作能力的要求也越来越高，现有的镍氢电池尚无法满足这些使用要求。

发明内容

本发明提供了一种长寿宽温镍氢电池，解决了现有技术中的缺点，其工作温度范围宽、使用寿命长、存储性能好。

实现本发明上述目的所采用的技术方案为：

一种长寿宽温镍氢电池，包括正极片、负极片、隔膜纸、电解液、密封圈、钢壳以及盖帽，正极片由基片和附着在基片上的正极物质组成，负极片由基片和附着在基片上的负极物质组成，正极物质中添加有氧化钇、氧化锰以及镍粉，上述三种物质分别占正极物质总质量的0.5～2wt％、0.5～4wt％和0.5～4wt％，负极物质中添加有氧化锌、硼化镁以及石墨，上述三种物质分别占负极物质总质量的0.5～4wt％、0.5～6wt％和0.5～5wt％。

所述的电解液为由氢氧化钾、偏硼酸钠和氢氧化锂组成的三元体系，其中偏硼酸钠的浓度为0.5～5％，氢氧化锂的浓度为0.5～5％。

负极物质的主要材料为储氢合金，储氢合金的含量为85～95wt％，储氢合金的原料为无钕稀土。隔膜纸的材质为改性聚丙烯，密封圈的材质为改性尼龙。

正极物质还包括高温球形镍、钴元素及其化合物、CMC和PTFE，上述物质的含量分别为80～90wt％、2～5wt％、0.1～0.3wt％和1～3wt％。正极物质中还添加有适量的纯净水。

本发明提供的长寿宽温镍氢电池有以下优点：1、工作温度范围宽，在-40℃～60℃的温度范围内均能实现良好的充放电性能和存储性能。2、使用寿命长，其充放循环寿命大于600次。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做详细具体的说明。

实施例1

本实施例中提供了一种长寿宽温镍氢电池，包括正极片、负极片、隔膜纸、电解液、密封圈、钢壳以及盖帽，正极片由基片和附着在基片上的正极物质组成，正极物质由高温球形镍、钴元素及其化合物、氧化钇、氧化锰、镍粉、CMC、PTFE以及纯净水组成，各组分的含量分别为81％、4％、0.6％、3.8％、0.7％、0.2％、3％和6.7％。负极物质的主要材料为储氢合金，储氢合金的含量为86wt％，储氢合金的原料为无钕稀土；负极物质中添加有4wt％的氧化锌、5.5wt％的硼化镁和4.5wt％的石墨。电解液为由氢氧化钾、偏硼酸钠和氢氧化锂组成的三元体系，其中偏硼酸钠的浓度为3.5％，氢氧化锂的浓度为2.5％。隔膜纸的材质为改性聚丙烯，密封圈的材质为改性尼龙，盖帽内的防爆球采用优质的橡胶材料。

本实施例中提供的长寿宽温镍氢电池的制备方法如下：正极片采用湿法连续制片工艺，首先按照上述配比准备好原料，依次加入混料机中搅拌使其均匀混合，然后转移至料斗中出料；基片经过预压、贴胶处理后通过料斗的出料口，混合均匀后的正极物质均匀的附着在基片上，再经负压低温干燥后，将基片辊压至一定的厚度，然后裁切成所需要的尺寸，被传送至自动电焊贴胶机处进行焊接极耳、贴胶。采用上述湿法制片工艺制得的正极片柔软，卷绕时正极物质不龟裂、不掉落。

采用表面滚涂施胶连续工艺制备负极片，负极片上的基片为镀镍钢网，负极物质按照上述比例和组分混合均匀后，经由棍机将负极物质辊压在基片上从而制得负极带，负极带通过施胶辊涂抹SBR胶或PVA胶，再经负压低温干燥后，将其辊压至一定厚度并裁切成所需要的尺寸，即制得负极片。采用本方法制得的负极片柔软、表面及边缘光滑、卷绕时负极物质不龟裂、不掉落。

电解液由氢氧化钾、偏硼酸钠以及氢氧化锂等三种物质按照上述浓度混合而成。

隔膜纸采用改性聚丙烯，改性聚丙烯其电子绝缘性能以及离子传导传导性能好，保液、耐碱、抗老化性能强。密封圈采用的改性尼龙材料具有良好的柔软性和弹性，且其耐碱、耐氧化、抗老化性能强。

将上述零件组装完成后采用相应的恒温(40～60℃)温化、预充、大小电流交替充放活化等方法进行化成，从而使电池的正负极物质的晶体结构更加合理、稳定。

本实施例中制得的长寿宽温镍氢电池，由于正极物质中添加了氧化钇、氧化锰以及镍粉等，提高了析氧电位，抑制了氧的析出；提高了β-NiOOH晶体的稳定性，抑制了γ-NiOOH晶体的生成，使得正极的充放电效率和储存性能明显改善。负极物质中添加了氧化锌、硼化镁以及石墨，降低了负极上解析H₂的平台，解析H₂自放电速度慢，但是负极在高温和低温下的电化学活性增强。电解液中添加的偏硼酸钠在电池充放电时对电解液中的氢离子和氢氧根离子的活度起到了调节缓冲作用；锂离子和偏硼酸根离子参与正负极物质的晶体构成，使得正负极的晶体结构稳定，电荷传递阻力小。

经检测，本实施例中提供的长寿宽温镍氢电池的化学、物理性能稳定，受温度、储存时间的影响较小，在-40～60℃的条件下仍能表现出良好的充放电性能：在-40℃环境下0.2C充电6.5小时，0.2C放电至1.0V，放电容量达到额定容量的80％；在55℃的环境下0.2C充电6.5小时，0.2C放电至1.0V，放电容量达到额定容量的90％；1.0C充放循环寿命大于600次，充满电后室温存储一年后，0.2C充电6.5小时，0.2C放电至1.0V，放电容量达到额定容量的95％。

实施例2

本实施例中提供了一种长寿宽温镍氢电池，包括正极片、负极片、隔膜纸、电解液、密封圈、钢壳以及盖帽，正极片由基片和附着在基片上的正极物质组成，正极物质由高温球形镍、钴元素及其化合物、氧化钇、氧化锰、镍粉、CMC、PTFE以及纯净水组成，各组分的含量分别为88％、2.5％、1.8％、0.9％、3.8％、0.1％、1.9％和1％。负极物质的主要材料为储氢合金，储氢合金的含量为90wt％，储氢合金的原料为无钕稀土；负极物质中添加有2wt％的氧化锌、4wt％的硼化镁和4wt％的石墨。电解液为由氢氧化钾、偏硼酸钠和氢氧化锂组成的三元体系，其中偏硼酸钠的浓度为2.5％，氢氧化锂的浓度为4％。隔膜纸的材质为改性聚丙烯，密封圈的材质为改性尼龙，盖帽内的防爆球采用优质的橡胶材料。

按照与实施例1相同的工艺制得该电池，经检测，本实施例中提供的长寿宽温镍氢电池的化学、物理性能稳定，受温度、储存时间的影响较小，在-40～60℃的条件下仍能表现出良好的充放电性能：在-40℃环境下0.2C充电6.5小时，0.2C放电至1.0V，放电容量达到额定容量的81％；在55℃的环境下0.2C充电6.5小时，0.2C放电至1.0V，放电容量达到额定容量的89％；1.0C充放循环寿命大于600次，充满电后室温存储一年后，0.2C充电6.5小时，0.2C放电至1.0V，放电容量达到额定容量的94.5％。

实施例3

本实施例中提供了一种长寿宽温镍氢电池，包括正极片、负极片、隔膜纸、电解液、密封圈、钢壳以及盖帽，正极片由基片和附着在基片上的正极物质组成，正极物质由高温球形镍、钴元素及其化合物、氧化钇、氧化锰、镍粉、CMC、PTFE以及纯净水组成，各组分的含量分别为85％、3.7％、1.3％、2.8％、2.2％、0.3％、2％和2.7％。负极物质的主要材料为储氢合金，储氢合金的含量为93wt％，储氢合金的原料为无钕稀土；负极物质中添加有1wt％的氧化锌、4wt％的硼化镁和2wt％的石墨。电解液为由氢氧化钾、偏硼酸钠和氢氧化锂组成的三元体系，其中偏硼酸钠的浓度为1％，氢氧化锂的浓度为1％。隔膜纸的材质为改性聚丙烯，密封圈的材质为改性尼龙，盖帽内的防爆球采用优质的橡胶材料。

按照与实施例1相同的工艺制得该电池，经检测，本实施例中提供的长寿宽温镍氢电池的化学、物理性能稳定，受温度、储存时间的影响较小，在-40～60℃的条件下仍能表现出良好的充放电性能：在-40℃环境下0.2C充电6.5小时，0.2C放电至1.0V，放电容量达到额定容量的82％；在55℃的环境下0.2C充电6.5小时，0.2C放电至1.0V，放电容量达到额定容量的92％；1.0C充放循环寿命大于600次，充满电后室温存储一年后，0.2C充电6.5小时，0.2C放电至1.0V，放电容量达到额定容量的96.5％。

Claims

1.一种长寿宽温镍氢电池，包括正极片、负极片、隔膜纸、电解液、密封圈、钢壳以及盖帽，正极片由基片和附着在基片上的正极物质组成，负极片由基片和附着在基片上的负极物质组成，其特征在于：正极物质中添加有氧化钇、氧化锰以及镍粉，上述三种物质分别占正极物质总质量的0.5～2wt％、0.5～4wt％和0.5～4wt％，负极物质中添加有氧化锌、硼化镁以及石墨，上述三种物质分别占负极物质总质量的0.5～4wt％、0.5～6wt％和0.5～5wt％。

2.根据权利要求1所述的长寿宽温镍氢电池，其特征在于：所述的电解液为由氢氧化钾、偏硼酸钠和氢氧化锂组成的三元体系，其中偏硼酸钠的浓度为0.5～5％，氢氧化锂的浓度为0.5～5％。

3.根据权利要求1所述的长寿宽温镍氢电池，其特征在于：负极物质的主要材料为储氢合金，储氢合金的含量为85～95wt％，储氢合金的原料为无钕稀土。

4.根据权利要求1所述的长寿宽温镍氢电池，其特征在于：隔膜纸的材质为改性聚丙烯，密封圈的材质为改性尼龙。

5.根据权利要求1所述的长寿宽温镍氢电池，其特征在于：正极物质还包括高温球形镍、钴元素及其化合物、CMC和PTFE，上述物质的含量分别为80～90wt％、3～8wt％、0.1～0.3wt％和1～3wt％。