CN102610866A - 一种镍基碱性动力电池专用电解液的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种镍基碱性动力电池专用电解液的制备方法，其步骤：第一步，将质量比为1～3:0.3~0.6:0.1~0.2氢氧化钾、氢氧化钠及氢氧化锂三者的混合物，在35～45℃及搅拌的条件下，用溶剂水溶解，配成混合碱的质量摩尔浓度为5～7M的溶液。第二步，在35～45℃及搅拌的条件下，将质量比分别为混合碱质量的0.05～0.1%的电解液添加剂加入到第一步所配制的碱溶液中，溶解，继续搅拌5～10分钟。工艺简单、添加剂用量少、价格低，对改善镍基碱性电池性能效果显著。用本发明制备的电解液所制造的镍基碱性动力电池，在-35～65℃温度范围工作环境条件下能正常工作，电池充放电效率、大电流放电效果、放电容量明显提高、循环使用寿命显著延长。

Description

一种镍基碱性动力电池专用电解液的制备方法

技术领域

本发明涉及化学电源技术领域，具体涉及一种镍基碱性动力电池专用电解液的制备方法。该技术所制备的镍基碱性电池专用电解液，可用于制造各种型号的镍基碱性动力电池、常见的一般镍基碱性电池，特别适用于制造用于高倍率充放电的镍基碱性动力电池。

背景技术

目前，现有工业所制造镍基碱性电池(即以氢氧化镍为正极活性物质、氢氧化钾溶液为电解液的电池，包括镍氢电池、镍镉电池、镍锌电池以及镍铁电池等)所用的电解液主要为浓度在5～6M(mol/L，以下简称M)氢氧化钾水溶液(以下简称氢氧化钾电解液或电解液)或者氢氧化钾、氢氧化钠及氢氧化锂的混合电解液(以下简称混合碱性电解液)。研究认为：电解液对电池性能影响很大，这是由于电解液成分和浓度与其导电性以及电极反应密切相关，电解液的导电性和电极反应的可逆性直接影响着电池放电容量和中值电压(候宪鲁等，高倍率A型MH-Ni电池的制备及其性能[J].应用化学，2004，21(11)：1169-1173)；并且电解液随着温度的降低电导率明显降低(陈人杰等，低温对储氢合金及电解液性能的影响[J].冶金工程，2007，27(2)：44-46)。显然，现有技术以氢氧化钾电解液或者混合碱性电解液所制造的镍基碱性电池存在如下不足：第一、高温或者低温工作性能差，甚至在较高(55℃以上)或较低(-30℃以下)电池完全无法工作；第二，动力型镍基碱性电池大电流充放电效果差，影响电池组的正常工作，严重影响镍基碱性电池的应用范围；第三、自放电严重，直接影响电池的容量和循环使用寿命；第四、析氧过电位较低，影响电池充放电效率、电池容量及循环使用寿命。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述不足，本发明的目的是在于提供了一种镍基碱性动力电池专用电解液的制备方法，其制备工艺简单、添加剂用量少、价格低，对改善镍基碱性电池性能效果显著。在不改变现有的生产设备条件下，可以实现各种类型镍基碱性电池的制造，特别适用于制造高容量、高倍率充放电的镍基碱性动力电池。用本发明技术一种镍基碱性动力电池专用电解液制备方法制备的电解液所制造的镍基碱性动力电池，在-35～65℃温度范围工作环境条件下能正常工作，电池充放电效率、大电流放电效果、放电容量明显提高、循环使用寿命显著延长。

本发明通过下述技术方案予以实现：

一种镍基碱性动力电池专用电解液的制备方法，所述的一种镍基碱性动力电池专用电解液由主电解质、溶剂水和电解液添加剂组成；其中，主电解质为摩尔比为3～1∶0.3～0.6∶0.1～0.2的氢氧化钾、氢氧化钠及氢氧化锂三者的混合物；溶剂水为天然水、自来水、一次蒸馏水、二次蒸馏水或去离子水中的一种；电解液添加剂为乙酸锂、乙二醇钠、硝酸钠、丙三醇以及钨酸钠中的三种、四种或五种的混合物。

一种镍基碱性动力电池专用电解液的制备方法，其步骤是：

第一步，将质量比为1～3∶0.3～0.6∶0.1～0.2氢氧化钾、氢氧化钠及氢氧化锂三者的混合物(以下简称“混合碱”)，在35～45℃及搅拌的条件下，用溶剂水溶解，配成混合碱的质量摩尔浓度为5～7M(M＝mol/L，以下相同)的溶液。

第二步，在35～45℃及搅拌的条件下，将质量比分别为氢氧化钾、氢氧化钠及氢氧化锂三者的混合物(混合碱)质量的0.05～0.1％的电解液添加剂加入到第一步所配制的碱溶液中，溶解，继续搅拌5～10分钟。即制得一种镍基碱性动力电池专用电解液。

所述的主电解质为氢氧化钾、氢氧化钠及氢氧化锂三者的混合物；

所述的溶剂水为天然水、自来水、一次蒸馏水、二次蒸馏水或去离子水其中的一种。

所述的电解液添加剂为乙酸锂、乙二醇钠、硝酸钠、丙三醇以及钨酸钠中的三种、四种或五种的混合物。

所述的一种镍基碱性动力电池专用电解液，就是按照上述方法制备而成。

采用本发明的技术方案，可以取得如下明显的效果：

用本发明技术制备的镍基碱性电池电解液所生产的镍基碱性电池，由于使用了能够同时改善正极活性物质、负极活性物质及电解液性能的复合添加剂组合，使得1)正极活性物质与负极活性物质的利用率大大提高，从而能有效提高电池的充放电效率，进而提高电池的放电容量；2)提高了正极活性物质的有效利用，减少了正极活性物质及负极活性物质在使用过程中的晶体形态的改变，使电极的大电流充放电效果显著提高；3)有效的提高了电池的工作温度范围，电池能在-30～65℃温度范围内有效地工作；4)有效地延长了电池的循环使用寿命。

本发明特别适用于制造各种型号的镍基碱性动力电池，也可用于各种类型、各种型号的圆柱形、镍基碱性电池。

与现有技术相比，本发明具有如下的优点和有益的效果：

1、本发明制备的一种镍基碱性动力电池专用电解液，由于本发明制备的电解液所用的主要原料都是常见的原料，来源丰富、价格低廉，因此生产成本低廉，特别适用于电解液用量较大的镍基碱性动力电池生产领域的应用，而不会增加更多的生产成本；

2、本发明制备的一种镍基碱性动力电池专用电解液，由于使用了价格相对低廉、来源相对丰富的多种添加剂，而且添加剂的用量相对主电解质较少，在显著改善电池性能的基础上，并不增加额外的生产成本；

3、本发明制备的一种镍基碱性动力电池专用电解液，由于使用了能够同时改善正极活性物质、负极活性物质及电解液性能的复合添加剂组合，使得正极活性物质与负极活性物质的利用率大大提高，从而能有效提高电池的充放电效率，进而提高电池的放电容量，同型号镍氢电池容量比现有技术增加了约120～300mAh；

4、本发明制备的一种镍基碱性动力电池专用电解液，由于使用了能够同时改善正极活性物质、负极活性物质及电解液性能的复合添加剂组合，提高了正极活性物质的有效利用，减少了正极活性物质及负极活性物质在使用过程中的晶体形态的改变，使电极的大电流充放电效果显著提高，充放电效率比现有技术增加了约20％；

5、本发明制备的一种镍基碱性动力电池专用电解液，由于使用了能够同时改善正极活性物质、负极活性物质及电解液性能的复合添加剂组合，有效的提高了电池的工作温度范围，电池能在-30～65℃温度范围内有效地工作；

6、本发明制备的一种镍基碱性动力电池专用电解液，由于使用了能够同时改善正极活性物质、负极活性物质及电解液性能的复合添加剂组合，有效地延长了电池的循环使用寿命，与现有技术生产的电解液所组装的电池相比，电池循环在较高倍率下的充放电性能大大提高，5C倍率循环使用寿命均超过对比电池性能。

7、本发明制备的一种镍基碱性动力电池专用电解液，由于使用了能够同时改善正极活性物质、负极活性物质及电解液性能的复合添加剂组合，有效地延长了电池的循环使用寿命，与现有技术生产的电解液所组装的电池相比，循环使用寿命增加了30～120个循环。

附图说明

图1为一种电解液组装的SC型2000mAh镍氢电池在65℃时的放电容量曲线；

图2为一种电解液组装的SC型2000mAh镍氢电池在45℃时的放电容量曲线；

图3为一种电解液组装的SC型2000mAh镍氢电池在25℃时的放电容量曲线；

图4为一种电解液组装的SC型2000、800mAh镍氢电池在0℃时的放电容量曲线；

图5为一种电解液组装的SC型800mAh镍氢电池在-10℃时的放电容量曲线；

图6为一种电解液组装的SC型800mAh镍氢电池在-35℃时的放电效率曲线；

图7为一种电解液组装的SC型2000mAh镍氢电池在10℃时的放电容量曲线；

其中：A或A’～本发明SC2000mAh型、SC800mAh型镍氢电池、B或B’～对比镍氢电池；充放电都是在5C倍率条件下恒流充放电测试条件下完成。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明做进一步详细的描述。

实施例1：

一种镍基碱性动力电池专用电解液的制备方法，其步骤是：

第一步，将质量比为3∶0.6∶0.2氢氧化钾、氢氧化钠及氢氧化锂三者的混合物，在44或45℃及搅拌的条件下，用溶剂一次蒸馏水溶解，配成混合碱的质量摩尔浓度为5M的溶液。

第二步，在35或36℃及搅拌的条件下，将质量比分别为混合碱质量的0.05％的电解液添加剂乙酸锂、乙二醇钠、硝酸钠，加入到第一步所配制的碱溶液中，溶解，继续搅拌5分钟。

所述的一种镍基碱性动力电池专用电解液，就是按照上述方法制备而成。

以制备的一种镍基碱性电池电解液，组装的SC型2000mAh镍氢电池，在温度为65℃条件5C倍率充放电条件下充放电，测试充放电循环性能、高低温性能等，并与对比试验电池相同条件下测试，结果详见附图1。

实施例2：

一种镍基碱性动力电池专用电解液的制备方法，其步骤是：

第一步，将质量比为1.5∶0.35∶0.12氢氧化钾、氢氧化钠及氢氧化锂三者的混合物，在39或40或41℃及搅拌的条件下，用溶剂市售纯净水溶解，配成混合碱的质量摩尔浓度为5M的溶液。

第二步，在35℃及搅拌的条件下，将质量比分别为混合碱质量的0.06％的乙酸锂、乙二醇钠、硝酸钠、丙三醇电解液添加剂，加入到第一步所配制的碱溶液中，溶解，继续搅拌6分钟。

所述的一种镍基碱性动力电池专用电解液，就是按照上述方法制备而成。

以制备的一种镍基碱性电池电解液，组装的SC型2000mAh镍氢电池，在温度为45℃条件5C倍率充放电条件下充放电，测试充放电循环性能、高低温性能等，并与对比试验电池相同条件下测试，结果详见附图2。

实施例3：

一种镍基碱性动力电池专用电解液的制备方法，其步骤是：

第一步，将质量比为2∶0.4∶0.16氢氧化钾、氢氧化钠及氢氧化锂三者的混合物，在39或40或41℃及搅拌的条件下，用去离子水溶解，配成混合碱的质量摩尔浓度为6M混合碱的溶液。

第二步，在40℃及搅拌的条件下，将质量比分别为混合碱质量的0.07％的乙二醇钠、硝酸钠、丙三醇以及钨酸钠电解液添加剂，加入到第一步所配制的碱溶液中，溶解，继续搅拌7分钟。

所述的一种镍基碱性动力电池专用电解液，就是按照上述方法制备而成。

以制备的一种镍基碱性电池电解液，组装的SC型2000mAh镍氢电池，在温度为25℃条件5C倍率充放电条件下充放电，测试充放电循环性能、高低温性能等，并与对比试验电池相同条件下测试，结果详见附图3。

实施例4：

一种镍基碱性动力电池专用电解液的制备方法，其步骤是：

第一步，将质量比为2.5∶0.45∶0.18氢氧化钾、氢氧化钠及氢氧化锂三者的混合物，在39或40或41℃及搅拌的条件下，用溶剂去二次蒸馏水溶解，配成混合碱的质量摩尔浓度为6M的混合碱溶液。

第二步，在39或40或41℃及搅拌的条件下，将质量比分别为混合碱质量的0.08％的乙酸锂、乙二醇钠、硝酸钠以及钨酸钠电解液添加剂，加入到第一步所配制的碱溶液中，溶解，继续搅拌8分钟。

所述的一种镍基碱性动力电池专用电解液，就是按照上述方法制备而成。

以制备的一种镍基碱性电池电解液，组装的SC型2000mAh、SC型800mAh镍氢电池，在温度为0℃条件5C倍率充放电条件下充放电，测试充放电循环性能、高低温性能等，并与对比试验电池相同条件下测试，结果详见附图4。

实施例5：

一种镍基碱性动力电池专用电解液的制备方法，其步骤是：

第一步，将质量比为2.8∶0.28∶0.19氢氧化钾、氢氧化钠及氢氧化锂三者的混合物，在44或45℃及搅拌的条件下，用溶剂自来水溶解，配成混合碱的质量摩尔浓度为7M的混合碱溶液。

第二步，在44或45或46℃及搅拌的条件下，将质量比分别为混合碱质量的0.09％的乙酸锂、乙二醇钠、以及钨酸钠电解液添加剂，加入到第一步所配制的碱溶液中，溶解，继续搅拌9分钟。

如上所述即制得一种镍基碱性动力电池专用电解液。

以制备的一种镍基碱性电池电解液，组装的SC型800mAh镍氢电池，在温度为-10℃条件5C倍率充放电条件下充放电，测试充放电循环性能、高低温性能等，并与对比试验电池相同条件下测试，结果详见附图5。

实施例6：

一种镍基碱性动力电池专用电解液的制备方法，其步骤是：

第一步，将质量比为3∶0.6∶0.2氢氧化钾、氢氧化钠及氢氧化锂三者的混合物，在44或45℃及搅拌的条件下，用溶剂天然水溶解，配成混合碱的质量摩尔浓度为7M的混合碱溶液。

第二步，在44或45℃及搅拌的条件下，将质量比分别为混合碱质总量的0.1％的电乙酸锂、乙二醇钠、硝酸钠、丙三醇及钨酸钠，添加剂加入到第一步所配制的碱溶液中，溶解，继续搅拌10分钟。

如上所述即制得一种镍基碱性动力电池专用电解液。

以制备的一种镍基碱性电池电解液，组装的SC型800mAh、SC型2000mAh镍氢电池，在温度分别为-35℃、10℃条件5C倍率充放电条件下充放电，测试充放电循环性能、高低温性能等，并与对比试验电池相同条件下测试，结果分别详见附图6～7。

Claims (1)

1.一种镍基碱性动力电池专用电解液的制备方法，其步骤是：

第一步，将质量比为1～3:0.3~0.6:0.1~0.2氢氧化钾、氢氧化钠及氢氧化锂三者的混合物，在35～45℃及搅拌的条件下，用溶剂水溶解，配成混合碱的质量摩尔浓度为5～7M的溶液；

第二步，在35～45℃及搅拌的条件下，将质量比分别为氢氧化钾、氢氧化钠及氢氧化锂三者的混合物质量的0.05～0.1%的电解液添加剂加入到第一步所配制的碱溶液中，溶解，继续搅拌5～10分钟，获得一种镍基碱性动力电池专用电解液；

所述的主电解质为氢氧化钾、氢氧化钠及氢氧化锂三者的混合物；

所述的溶剂水为天然水、自来水、一次蒸馏水、二次蒸馏水或去离子水其中的一种；

所述的电解液添加剂为乙酸锂、乙二醇钠、硝酸钠、丙三醇以及钨酸钠中的三种、四种或五种的混合物。

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