CN104218266A - 一种高性能石墨烯基镍氢动力电池的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高性能石墨烯基镍氢动力电池的制备方法，属于纳米复合材料和二次电池制备技术领域。本包括如下步骤：1)将石墨烯和镍电极材料复合得到新的正极材料；2)制备正极极片。本发明充分利用石墨烯的大比表面积和超高的电子迁移率等特性，提高了电池的容量和比功率，改善了镍氢动力电池在大电流、高倍率条件下充放电性能，增加了电池的循环使用寿命，从而制备出一种高性能石墨烯基镍氢动力电池，同时本发明制作工艺简单有效，易实现产业化。

Description

一种高性能石墨烯基镍氢动力电池的制备方法
技术领域
本发明属于纳米复合材料和二次电池技术领域，具体涉及一种高性能石墨烯基镍氢动力电池的制备方法。
背景技术
随着新能源电动汽车的发展，对镍氢动力电池的性能提出了更高的要求，不仅要求电池具有大容量，而且还要求电池具有较高的比功率。因此，研究一种高性能的新型镍氢动力电池迫在眉睫。
石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料，是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。石墨烯的理论比表面积达2632m2/g，导热系数高达5300W/m·K，常温下其电子迁移率超过15000cm2/V·s，而电阻率只约10-8Ω·cm。石墨烯大的比表面积及其良好的电学性能使得其非常适合应用于高性能镍氢动力电池的制备。
现有的对镍氢电池正极处理的方法有，如申请号为201210538083.0的专利是利用石墨烯浆对镍电极表面进行二次涂履，对负极骨架进行预处理，以充分形成三维导电网络。该方法的缺点是：涂覆不能使浆料混合均匀，极大的影响电池的循环稳定性，而且进行二次涂覆时，工序和成本均增加，工艺要求复杂。
发明内容
本发明为解决现有镍氢电池容量不大，充放电性能不好以及工艺技术复杂、生产成本过高的技术问题，从而提供一种制作简单、大电池容量、高功率、快速充放电性能的石墨烯基镍氢动力电池的制备方法。
一种高性能石墨烯基镍氢动力电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)正极浆料的制作，将石墨烯和镍电极材料(球镍和镍粉)在水中搅拌均匀后，再加入黏合剂调制成浆料，具体操作为：球磨时间为2-4h，球磨转速为500-800r/min，以上物质的重量配比为：球镍：石墨烯：CoO：Er2O3：镍粉：CMC：PTFE：纯水＝100：1～5：6：0.5：1.5：8：2：16；
2)正极极片的制作，使用拉浆炉将步骤1)制备的浆料以80-100m/h的速度均匀的涂覆在孔率为90％的泡沫镍上，在恒温100±5℃，4±1m高的坚炉中烘干后，经辊距为0.3-0.5mm的辊压机压致所需的厚度，最后裁剪修边制得正极极片。
作为上述方案的进一步说明，所用球镍为含钴、锌和镁的球形氢氧化镍，所述Co含量为4.1％-4.7％，所述Zn含量为3.7％-4.3％，所述Mg含量为小于等于0.03％。
作为上述方案的进一步说明，所用球镍的颗粒度在8-20μm。
作为上述方案的进一步说明，所用镍粉为T255#羰基镍粉。
作为上述方案的进一步说明，所用的镍粉为球磨后镍粉，球磨后镍粉的粒径为0.5-3μm之间。
作为上述方案的进一步说明，所用泡沫镍的规格为320g/m2，纯镍。
作为上述方案的进一步说明，所述粘结剂由固含量为60％的PTFE(聚四氟乙烯)和固含量为3％的CMC(羧甲基纤维素钠)组成。
本发明的优点是：镍氢动力电池制备工艺简单，而且具有大容量、高功率和好的充放电性能，同时电池的循环使用寿命也得到了幅度的提高。
附图说明
图1为利用本发明制备的电池与现有技术制备的电池的放电效率对比图。
具体实施方式
为方便本领域普通技术人员更好地理解本发明的实质，下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细阐述。
实施例1
一种高性能石墨烯基镍氢动力电池的制备方法，包括如下步骤：
1)正极浆料的制备：
取石墨烯和镍电极材料在水中机械球磨后加入适量的镍粉导电剂搅拌均匀，再加入黏合剂PTFE(聚四氟乙烯)和CMC(羧甲基纤维素钠)调制成浆料，具体操作为：搅拌时间为2-4h，搅拌转速为500-800r/min，以上物质的重量配比为：球镍：石墨烯：CoO：Er2O3：Ni粉：CMC：PTFE：纯水＝100：1：6：0.5：1.5：8：2：16；
2)正极极片的制备：
使用拉浆炉将步骤1)制备的浆料以80-100m/h的速度均匀的涂覆在孔率为90％的泡沫镍上，在恒温100±5℃，4±1m高的坚炉中烘干后，经辊距为0.3-0.5mm的辊压机压致所需的厚度，最后裁剪修边制得正极极片。然后和隔膜、正极片一起卷绕成镍氢电池，记为A1
实施例2
一种高性能石墨烯基镍氢动力电池的制备方法，按与实施例1相同的方法制备，只是将石墨烯的用量加大，具体为：球镍：石墨烯：CoO：Er2O3：Ni粉：CMC：PTFE：纯水＝100：3：6：0.5：1.5：8：2：16。
实施例3
一种高性能石墨烯基镍氢动力电池的制备方法，按与实施例1相同的方法制备，只是将石墨烯的用量加大，具体为：球镍：石墨烯：CoO：Er2O3：Ni粉：CMC：PTFE：纯水＝92：5：6：0.5：1.5：8：2：16。
对比实验
图1为本发明各实施例与原有技术制作的电池在室温、以10C高倍率条件下进行的放电效率图。其中，原有技术制备的镍氢电池记为A0，利用了实施例1制备的镍氢电池标记为A1，利用了实施例2制备的镍氢电池标记为A2，利用了实施例3制备的镍氢电池标记为A3，所用检测装置为广州擎天实业有限公司的实验室专业系列设备。
从图1中可以看出，利用本发明制得的电池在高倍率下的放电效率明显优于原有技术制备的电池的放电效率。
表1为实施例制备的电池与原有技术制备的电池的性能对比表。
表1性能对比表
从表1中可以发现，利用本发明制得的电池在质量比能量(上升幅度超过60％)、比功率(上升幅度超过40％)和使用寿命(延长2倍以上)上都得到很大的提高，能很好地满足电动工具、电动车对镍氢电池的要求。
以上具体实施方式对本发明的实质进行了详细说明，但并不能以此来对本发明的保护范围进行限制。显而易见地，在本发明实质的启示下，本技术领域普通技术人员还可进行许多改进和修饰，需要注意的是，这些改进和修饰都落在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高性能石墨烯基镍氢动力电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)正极浆料的制作，将比表面积>1500m2/g的石墨烯和镍电极材料(球镍和镍粉)在水中搅拌均匀后，再加入黏合剂调制成浆料，具体操作为：搅拌时间为2-4h，搅拌转速为500-800r/min，以上物质的重量配比为：球镍：石墨烯：CoO：Er2O3：镍粉：CMC：PTFE：纯水＝100：1～5：6：0.5：1.5：8：2：16；
2)正极极片的制作，使用拉浆炉将步骤1)制备的浆料以80-100m/h的速度均匀的涂覆在孔率为90％的泡沫镍上，在恒温100±5℃，4±1m高的坚炉中烘干后，经辊距为0.3-0.5mm的辊压机压致所需的厚度，最后裁剪修边制得正极极片。
2.根据权利要求1所述的一种高性能石墨烯基镍氢动力电池的制备方法，其特征在于，所用球镍为含钴、锌和镁的球形氢氧化镍，所述Co含量为4.1％-4.7％，所述Zn含量为3.7％-4.3％，所述Mg含量为小于等于0.03％。
3.根据权利要求1或2所述的一种高性能石墨烯基镍氢动力电池的制备方法，其特征在于，所用球镍的颗粒度在8-20μm。
4.根据权利要求1所述的一种高性能石墨烯基镍氢动力电池的制备方法，其特征在于，所用镍粉为T255#羰基镍粉。
5.根据权利要求1所述的一种高性能石墨烯基镍氢动力电池的制备方法，其特征在于，所用的镍粉为球磨后镍粉，球磨后镍粉的粒径为0.5-3μm之间。
6.根据权利要求1所述的一种高性能石墨烯基镍氢动力电池的制备方法，其特征在于，所用泡沫镍的规格为320g/m2，纯镍。
7.根据权利要求1所述的一种高性能石墨烯基镍氢动力电池的制备方法，其特征在于，所述粘结剂由固含量为60％的PTFE和固含量为3％的CMC组成。
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