CN108183267A - 一种耐高温镍氢电池及其电极的制作方法 - Google Patents

一种耐高温镍氢电池及其电极的制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明系提供一种耐高温镍氢电池，包括正极片和负极片，正极涂覆层中的正极材料按重量配比包括：45～65份镍、12～15份钴、2～5份锌、1～3份钙；负极涂覆层中的合金粉材料按重量配比包括：40～50份镍、10～12份钴、3～5份锰、1～2份铝、20～30份镧、10～20份铈、1～2份镨、1～2份钕。本发明还公开一种耐高温镍氢电池电极的制作方法，包括以下步骤：基片准备；制作正极合金粉；制作正极浆料；正极上料；制作负极合金粉；制作负极浆料；负极上料。本发明能够有效提高电极的耐高温性能，防止电极氧化，从而确保镍氢电池整体的充放电性能，同时能够延长镍氢电池的使用寿命。

Description

一种耐高温镍氢电池及其电极的制作方法
技术领域
本发明涉及电池及其电极的制作方法，具体公开了一种耐高温镍氢电池及其电极的制作方法。
背景技术
镍氢电池是储氢合金和球形氢氧化亚镍两种主要材料制作而成，性能良好，具有可靠性强、安全无污染、低温性能良好、可快速充放电、放电倍率高、使用寿命长等优良性能，放电容量是镍镉电池的1.5～2倍，且对环境无污染。
镍氢电池电极的制作通常都是在电极基片上通过粘合剂涂覆合金粉形成涂覆层，镍氢电池制作完成后需要进行活化，镍氢电池活化的过程中，球形氢氧化亚镍氧化成氢氧化镍，还原出氢原子储存到合金中，镍氢电池在正常充放电过程中，温度会升高，高温下的合金和球镍会在电解腐蚀液的作用下发生粉化和腐蚀，影响电极的性能，从而影响镍氢电池整体的充放电性能，缩短镍氢电池的使用寿命。
发明内容
基于此，有必要针对现有技术问题，提供一种耐高温镍氢电池及其电极的制作方法，能够缓解材料的粉化和腐蚀，从而有效提高镍氢电池的充放电效率，同时延长使用寿命。
为解决现有技术问题，本发明公开一种耐高温镍氢电池，包括电池壳、电芯和电解液，电芯包括正极片和负极片，正极片包括正极基片，正极基片的各个表面固定有正极涂覆层，正极涂覆层中的正极材料按重量配比包括：45～65份镍、12～15份钴、2～5份锌、1～3份钙；负极片包括负极基片，负极基片的各个表面固定有负极涂覆层，负极涂覆层中的合金粉材料按重量配比包括：40～50份镍、10～12份钴、3～5份锰、1～2份铝、20～30份镧、10～20份铈、1～2份镨、1～2份钕。
进一步的，电解液为包括氢氧化钾和氢氧化钠的溶液，氢氧化钾和氢氧化钠占电解液的质量百分浓度分别为20～25％和10～15％。
进一步的，正极涂覆层中的正极材料按重量配比还包括1～2份的钛。
进一步的，正极涂覆层中的正极材料按重量配比还包括1～2份的钇。
本发明还公开一种耐高温镍氢电池电极的制作方法，包括以下步骤：
S1、基片准备：准备正极基片和负极基片；
S2、制作正极粉：按重量配比混合45～65份镍、12～15份钴、2～5份锌、1～3份钙，炼制冷却后研磨获得正极粉；
S3、制作正极浆料：将步骤S2所获正极粉加粘结剂混合并稀释，获得正极浆料；
S4、正极上料：将步骤S1所获正极基片浸泡于步骤S3所获正极浆料中，烘干后获得正极片，烘干温度为45～60℃，烘干时间为2～5min；
S5、制作负极合金粉：按重量配比混合40～50份镍、10～12份钴、3～5份锰、1～2份铝、20～30份镧、10～20份铈、1～2份镨、1～2份钕，炼制冷却后研磨获得负极合金粉；
S6、制作负极浆料：将步骤S5所获负极合金粉加粘结剂混合并稀释，获得负极浆料；
S7、负极上料：将步骤S1所获负极基片浸泡于步骤S6所获负极浆料中，烘干后获得负极片，烘干温度为60～180℃，烘干时间为5～15min。
进一步的，步骤S6中，负极浆料中负极合金粉的质量百分浓度为60～75％。
进一步的，步骤S7中，负极浆料附着于负极基片的厚度为0.5～1mm。
本发明的有益效果为：本发明公开一种耐高温镍氢电池及其电极的制作方法，设计特别的合金粉，能够有效提高电极的耐高温性能，特别针对负极设计的负极合金粉能够有效促使负极表面的氧化铝膜晶粒呈柱状晶变化，从而加强氧化铝膜的耐热性能，能够抑制氧化铝膜表面发生变形、开裂，从而抑制形成氧化物瘤，即使是高温情况下，氧化铝膜在电解腐蚀液的作用下形成新氧化物的速率极低，能够防止电极氧化，从而确保镍氢电池整体的充放电性能，同时能够延长镍氢电池的使用寿命。
附图说明
图1为本发明实施例一、实施例二和参照例的温度-容量曲线对比图。
图2为本发明的工序示意图。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的特征、技术手段以及所达到的具体目的、功能，下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
参考图1、图2。
本发明公开一种耐高温镍氢电池，包括电池壳、电芯和电解液，电芯包括正极片和负极片，正极片包括正极基片，正极基片的各个表面固定有正极涂覆层，正极涂覆层中的正极材料按重量配比包括：45～65份镍、12～15份钴、2～5份锌、1～3份钙；负极片包括负极基片，负极基片的各个表面固定有负极涂覆层，负极涂覆层中的合金粉材料按重量配比包括：40～50份镍、10～12份钴、3～5份锰、1～2份铝、20～30份镧、10～20份铈、1～2份镨、1～2份钕。
足量的铈元素能够有效阻止氧化铝膜中的铝离子发生扩散，减小氧化铝膜的生长应力等作用，同时能够促使氧化铝膜晶粒呈柱状晶变化，降低氧化铝膜变形、开裂的机率，进而显著抑制氧化铝膜表面形成新氧化物瘤，提高负极的储氢性能；铈的量控制在10～20％，能够防止铈含量过高而使合金粉成晶困难，确保负极涂覆层的稳定性。
本发明设计特别的合金粉，能够有效提高电极的耐高温性能，特别针对负极设计的负极合金粉能够有效促使负极表面的氧化铝膜晶粒呈柱状晶变化，从而加强氧化铝膜的耐热性能，能够抑制氧化铝膜表面发生变形、开裂，从而抑制形成氧化物瘤，即使是高温情况下，氧化铝膜在电解腐蚀液的作用下形成新氧化物的速率极低，能够防止电极氧化，从而确保镍氢电池整体的充放电性能，同时能够延长镍氢电池的使用寿命。
为加强电池的耐高温性能，优选地，正极涂覆层中的正极材料按重量配比还包括1～2份的钛，能够提升正极片的耐高温性能。
为进一步加强电池的耐高温性能，优选地，正极涂覆层中的正极材料按重量配比还包括1～2份的钇，能够进一步提升正极片的耐高温性能。
实施例一，一种耐高温镍氢电池，包括电池壳、电芯和电解液，电芯包括正极片和负极片，其特征在于，正极片包括正极基片，正极基片的各个表面固定有正极涂覆层，正极涂覆层中的正极材料按重量配比包括：60份镍、15份钴、5份锌、2份钙；负极片包括负极基片，负极基片的各个表面固定有负极涂覆层，负极涂覆层中的合金粉材料按重量配比包括：42份镍、10份钴、3份锰、1份铝、23份镧、18份铈、1份镨、2份钕。温度-容量曲线如图1中实施例一的曲线所示。
实施例二，一种耐高温镍氢电池，包括电池壳、电芯和电解液，电芯包括正极片和负极片，其特征在于，正极片包括正极基片，正极基片的各个表面固定有正极涂覆层，正极涂覆层中的正极材料按重量配比包括：63份镍、13份钴、5份锌、2份钙、2份钛、1份钇；负极片包括负极基片，负极基片的各个表面固定有负极涂覆层，负极涂覆层中的合金粉材料按重量配比包括：42份镍、10份钴、3份锰、1份铝、23份镧、18份铈、1份镨、2份钕。温度-容量曲线如图1中实施例二的曲线所示。
由图1明显可以得出，实施例一的电池耐高温性能最强，其次是实施例二，实施例一和实施例二的电池明显比现有技术中参照例的耐高温性能强。即本发明在高温的环境下任具有良好的充放电能力。
为降低电解液对电极的腐蚀，基于上述任一实施例，电解液为包括氢氧化钾和氢氧化钠的溶液，氢氧化钾和氢氧化钠占电解液的质量百分浓度分别为20～25％和10～15％，常用的电解液为氢氧化钾，而氢氧化钾的腐蚀性较强，为降低电解液对电极的腐蚀，降低氢氧化钾的用量，同时加入少量的氢氧化钠代替减少的氢氧化钾，能确保电解液的电解效果。电极的使用寿命长，产生氧化物瘤的机率进一步降低。
本发明还公开一种耐高温镍氢电池电极的制作方法，如图2，包括以下步骤：
S1、基片准备：准备正极基片和负极基片；
S2、制作正极粉：按重量配比混合45～65份镍、12～15份钴、2～5份锌、1～3份钙，炼制冷却后研磨获得正极粉；
S3、制作正极浆料：将步骤S2所获正极粉加粘结剂混合并稀释，获得正极浆料，粘结剂为PTFE粘结剂；
S4、正极上料：将步骤S1所获正极基片浸泡于步骤S3所获正极浆料中，烘干后获得正极片，烘干温度为45～60℃，烘干时间为2～5min，能够确保烘干时不会因温度过高而影响正极片的性能，能够确保正极片的正极涂覆层不因烘干时间过长而发生爆裂，还能够确保正极浆料能够充分被烘干并固化成型；
S5、制作负极合金粉：按重量配比混合40～50份镍、10～12份钴、3～5份锰、1～2份铝、20～30份镧、10～20份铈、1～2份镨、1～2份钕，炼制冷却后研磨获得负极合金粉；
S6、制作负极浆料：将步骤S5所获负极合金粉加粘结剂混合并稀释，获得负极浆料，粘结剂为PTFE粘结剂；
S7、负极上料：将步骤S1所获负极基片浸泡于步骤S6所获负极浆料中，烘干后获得负极片，烘干温度为60～180℃，烘干时间为5～15min，能够确保烘干时不会因温度过高而影响负极片的性能，同时确保负极片的负极涂覆层不因烘干时间过长而发生爆裂，还能够确保负极浆料被充分烘干并固化成型。
优选地，步骤S6中，负极浆料中负极合金粉的质量百分浓度为60～75％，能够确保负极浆料均匀附着于负极基片的各个表面，从而确保成型后负极片中的负极合金粉能够分布均匀，负极的稳定性强，充放电能力有保证。
为确保负极片具有良好的充放电性能，且结构稳定，优选地，步骤S7中，负极浆料附着于负极基片的厚度为0.5～1mm。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种耐高温镍氢电池，包括电池壳、电芯和电解液，电芯包括正极片和负极片，其特征在于，正极片包括正极基片，正极基片的各个表面固定有正极涂覆层，正极涂覆层中的正极材料按重量配比包括：45～65份镍、12～15份钴、2～5份锌、1～3份钙；负极片包括负极基片，负极基片的各个表面固定有负极涂覆层，负极涂覆层中的合金粉材料按重量配比包括：40～50份镍、10～12份钴、3～5份锰、1～2份铝、20～30份镧、10～20份铈、1～2份镨、1～2份钕。
2.根据权利要求1所述的一种耐高温镍氢电池，其特征在于，电解液为包括氢氧化钾和氢氧化钠的溶液，氢氧化钾和氢氧化钠占电解液的质量百分浓度分别为20～25％和10～15％。
3.根据权利要求1所述的一种耐高温镍氢电池，其特征在于，正极涂覆层中的正极材料按重量配比还包括1～2％的钛。
4.根据权利要求1或3所述的一种耐高温镍氢电池，其特征在于，正极涂覆层中的正极材料按重量配比还包括1～2％的钇。
5.一种耐高温镍氢电池电极的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、基片准备：准备正极基片和负极基片；
S2、制作正极粉：按重量配比混合45～65份镍、12～15份钴、2～5份锌、1～3份钙，炼制冷却后研磨获得正极粉；
S3、制作正极浆料：将步骤S2所获正极粉加粘结剂混合并稀释，获得正极浆料；
S4、正极上料：将步骤S1所获正极基片浸泡于步骤S3所获正极浆料中，烘干后获得正极片，烘干温度为45～60℃，烘干时间为2～5min；
S5、制作负极合金粉：按重量配比混合40～50份镍、10～12份钴、3～5份锰、1～2份铝、20～30份镧、10～20份铈、1～2份镨、1～2份钕，炼制冷却后研磨获得负极合金粉；
S6、制作负极浆料：将步骤S5所获负极合金粉加粘结剂混合并稀释，获得负极浆料；
S7、负极上料：将步骤S1所获负极基片浸泡于步骤S6所获负极浆料中，烘干后获得负极片，烘干温度为60～180℃，烘干时间为5～15min。
6.根据权利要求5所述的一种耐高温镍氢电池电极的制作方法，其特征在于，步骤S6中，负极浆料中负极合金粉的质量百分浓度为60～75％。
7.根据权利要求5或6所述的一种耐高温镍氢电池电极的制作方法，其特征在于，步骤S7中，负极浆料附着于负极基片的厚度为0.5～1mm。
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