CN108232335A - 一种超低自放电镍氢电池及其电极的制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明系提供一种超低自放电镍氢电池，包括正极片和负极片，正极基片的各个表面固定有覆钴球镍层；负极基片的负极涂覆层中合金粉的通式为LaxPryNdzX(3‑x‑y‑z)NiaA(9‑a)，X为Mg、Ca、Ce、Sm中的至少一种元素，A为Al、Mn、Fe、Co、Cu、Zn、Zr中的至少一种元素，0.5≤x≤0.58，0.82≤y≤0.95，0.92≤z≤1.2，7.9≤a≤8.6。本发明还公开一种超低自放电镍氢电池电极的制作方法。本发明能够有效减少自放电现象的发生，长时间储存待使用也能保持较多的电能，容量恢复性能优良，能够延长镍氢电池的正常使用寿命，同时制得的镍氢电池稳定性能高。

Description

一种超低自放电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，具体公开了一种超低自放电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。
蓄电池如果一直闲置不使用，也会损耗电能，这种现象称为蓄电池的自放电现象，自放电的主要原因是电池内部发生了不可逆的反应，从而造成了电池容量损失。在镍氢电池搁置待使用的时候，自放电现象会损耗镍氢电池的电能，浪费电能资源，不符合当今社会低碳环保的倡导，如果镍氢电池的搁置待使用时间过长，则需要再次充电，这样会缩短镍氢电池的正常使用寿命，造成不必要的资源浪费。
发明内容
基于此，有必要针对现有技术问题，提供一种超低自放电镍氢电池及其电极的制作方法，能够显著降低自放电的现象，延长镍氢电池的正常使用寿命。
为解决现有技术问题，本发明公开一种超低自放电镍氢电池，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覆钴球镍层；所述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，负极涂覆层中合金粉的通式为LaxPryNdzX(3-x-y-z)NiaA(9-a)，X为Mg、Ca、Ce、Sm中的至少一种元素，A为Al、Mn、Fe、Co、Cu、Zn、Zr中的至少一种元素，0.5≤x≤0.58，0.82≤y≤0.95，0.92≤z≤1.2，7.9≤a≤8.6。
进一步的，X为Mg、Ce和Sm，各元素Mg、Ce、Sm占X的质量百分比分别为75～81％、0.5～1％、17～23％。
进一步的，A为Al、Fe、Co和Zr，各元素Al、Fe、Co、Zr占A的质量百分比分别为93～95％、1.2～2.5％、0.5～1.8％、2.4～3.8％。
进一步的，电解液为包括氢氧化钠和氢氧化钾的溶液，氢氧化钠和氢氧化钾占电解液的质量百分浓度分别为23～30％和10～15％。
本发明还公开一种超低自放电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、正极上料：通过毛刷将覆钴球镍均匀固定于步骤S1所获正极基片中的各个表面，烘干后获得正极片；
S3、制作负极合金混合物：按通式LaxPryNdzX(3-x-y-z)NiaA(9-a)中的x、y、z、(3-x-y-z)、a、(9-a)的摩尔质量混合金属元素La、Pr、Nd、X、Ni和A，获得负极合金混合物，X为Mg、Ca、Ce、Sm中的至少一种元素，其中A为Al、Mn、Fe、Co、Cu、Zn、Zr中的至少一种元素，0.5≤x≤0.58，0.82≤y≤0.95，0.92≤z≤1.2，7.9≤a≤8.6；
S4、制作负极合金粉：将步骤S3所获负极合金混合物放入熔炼炉中炼制获得熔融的合金浆，冷却合金浆获得合金锭，粉碎合金锭获得负极合金粉；
S5、制作负极浆料：将步骤S4所获负极合金粉加粘结剂混合并稀释，获得负极浆料；
S6、负极上料：通过钢带将步骤S5所获负极浆料涂覆至步骤S1所获负极基片的各个表面，烘干后获得负极片。
进一步的，步骤S2中，覆钴球镍中的钴为2.1～2.4价钴。
进一步的，步骤S4中，熔炼炉的炼制温度为1200～1500℃，炼制时间为3～10小时。
进一步的，步骤S5中，负极浆料中负极合金粉的质量百分浓度为65～80％。
进一步的，步骤S6中，烘干温度为60～180℃，烘干时间为5～15min。
本发明的有益效果为：本发明公开一种超低自放电镍氢电池及其电极的制作方法，设置特殊的正负极，能够有效减少自放电现象的发生，长时间搁置待使用也能保持较多的电能，容量恢复性能优良，能够延长镍氢电池的正常使用寿命，同时制得的镍氢电池稳定性能高，具有优良的充放电性能，制作成本较低。
附图说明
图1为本发明镍氢电池的实施例一、实施例二和参照例的搁置时间-开路电压曲线对比图。
图2为本发明镍氢电池的实施例一、实施例二和参照例的搁置时间-剩余容量曲线对比图。
图3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至图3。
本发明公开一种超低自放电镍氢电池，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覆钴球镍层，优选地，覆钴球镍中的钴为3价钴；所述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，负极涂覆层中合金粉的通式为LaxPryNdzX(3-x-y-z)NiaA(9-a)，X为Mg、Ca、Ce、Sm中的至少一种元素，A为Al、Mn、Fe、Co、Cu、Zn、Zr中的至少一种元素，0.5≤x≤0.58，0.82≤y≤0.95，0.92≤z≤1.2，7.9≤a≤8.6。
正极中的覆钴球镍层能够有效提高正极的活性，从而提高导电性能，且具有耐过充过放的性能，长期储存待使用的自放电小，容量恢复性能优良，负极采用特殊的合金粉，能够有效减缓自放电的速率，从而延长镍氢电池的正常使用寿命。
本发明设置特殊的正负极，能够有效减少自放电现象的发生，长时间搁置待使用也能保持较多的电能，容量恢复性能优良，能够延长镍氢电池的正常使用寿命，同时制得的镍氢电池稳定性能高，具有优良的充放电性能，制作成本较低。
优选地，X为Mg、Ce和Sm，Mg、Ce、Sm占X的质量百分比分别为76～80％、0.5～1％、19～23％。
优选地，A为Al、Fe、Co和Zr，Al、Fe、Co、Zr占A的质量百分比分别为93～95％、1.2～2.5％、0.5～1.8％、2.4～3.8％。
实施例一，一种超低自放电镍氢电池，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覆钴球镍层，覆钴球镍中的钴为3价钴；所述负极片包括负极基片，负极基片，负极基片的各个表面固定有负极涂覆层，负极涂覆层中合金粉的通式为La0.53Pr0.87Nd0.99X0.61Ni8.44A0.56；X为Mg、Ce和Sm，各元素Mg、Ce、Sm占X的质量百分比分别为79.12％、0.51％、20.37％；A为Al、Fe、Co和Zr，各元素Al、Fe、Co、Zr占A的质量百分比分别为94.8％、1.46％、0.83％、2.91％。
实施例二，一种超低自放电镍氢电池，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覆钴球镍层，覆钴球镍中的钴为3价钴；所述负极片包括负极基片，负极基片，负极基片的各个表面固定有负极涂覆层，负极涂覆层中合金粉的通式为La0.57Pr0.83Nd0.92X0.68Ni8.12A0.88；X为Mg、Ce和Sm，各元素Mg、Ce、Sm占X的质量百分比分别为76.52％、0.78％、22.7％；A为Al、Fe、Co和Zr，各元素Al、Fe、Co、Zr占A的质量百分比分别为93.71％、2.1％、0.59％、3.6％。
参照例为常见的镍氢电池，如图1所示，为实施例一、实施例二和参照例的搁置时间-开路电压曲线对比图，镍氢电池在搁置待使用时，实施例一和实施例二开路电压的下降速率明显低于参照例开路电压的下降速率，本发明制得的镍氢电池在长时间搁置后仍能够保持稳定的开路电压供用电器使用；如图2所示，为实施例一、实施例二和参照例的搁置时间-剩余容量曲线对比图，镍氢电池在搁置待使用时，镍氢电池初始的剩余容量为95％，实施例一和实施例二剩余容量的下降速率都大约为参照例剩余容量下降速率的一半，本发明制得的镍氢电池在长时间搁置后仍能够保持较大的剩余容量，能够有效减缓镍氢电池储存的电能不会发生不必要的浪费，对环境友好。综上所述，本发明制得的镍氢电池能够有效降低自放电现象，确保镍氢电池的正常使用寿命和性能。
为进一步降低镍氢电池的自放电速率，基于上述任一实施例，电解液为包括氢氧化钠和氢氧化钾的溶液，氢氧化钠和氢氧化钾占电解液的质量百分浓度分别为23～30％和10～15％，氢氧化钠的腐蚀性小于氢氧化钾的腐蚀性，以氢氧化钠为主的电解液能够有效降低电解液对隔膜的腐蚀性，同时氢氧化钠的电离率相对较低，氢氧化钠相对稳定的性质能够降低自放电速率。
本发明还公开一种超低自放电镍氢电池电极的制作方法，如图3所示，包括以下步骤：
S1、基片准备：准备正极基片和负极基片；
S2、正极上料：通过毛刷将覆钴球镍均匀固定于步骤S1所获正极基片中的各个表面，烘干后获得正极片；
S3、制作负极合金混合物：按通式LaxPryNdzX(3-x-y-z)NiaA(9-a)中的x、y、z、(3-x-y-z)、a、(9-a)的摩尔质量混合金属元素La、Pr、Nd、X、Ni和A，获得负极合金混合物，X为Mg、Ca、Ce、Sm中的至少一种元素，其中A为Al、Mn、Fe、Co、Cu、Zn、Zr中的至少一种元素，0.5≤x≤0.58，0.82≤y≤0.95，0.92≤z≤1.2，7.9≤a≤8.6；
S4、制作负极合金粉：将步骤S3所获负极合金混合物放入熔炼炉中炼制获得熔融的合金浆，冷却合金浆获得合金锭，粉碎合金锭获得负极合金粉，主要通过研磨的方式获得负极合金粉；
S5、制作负极浆料：将步骤S4所获负极合金粉加粘结剂混合并稀释，获得负极浆料；
S6、负极上料：通过钢带将步骤S5所获负极浆料涂覆至步骤S1所获负极基片的各个表面，烘干后获得负极片，通过钢带覆盖负极浆料，能够有效提高负极浆料形成的负极涂覆层的立体效果，能够有效降低负极合金粉脱落的机率，从而提高负极片的稳定性，同时能够有效降低自放电的速率，延长电池的寿命。
为提高正极片的导电性能，提高电池的充放电效率，步骤S2中，覆钴球镍中的钴为2.1～2.4价钴，能够提高球镍的活性，使球镍自身变形导电体，导电性强，且耐过充过放，长期搁置储存的自放电速率低，容量的恢复性能优良，在提高正极片充放电性能之余还能有效镍氢电池的自放电速率。
为确保负极合金粉中的各元素能够稳定充分地熔合，步骤S4中，熔炼炉的炼制温度为1200～1500℃，炼制时间为3～10小时，能够确保负极合金粉中的各元素能够均匀分布。
为提高负极浆料上料的均匀性，步骤S5中，负极浆料中负极合金粉的质量百分浓度为65～80％，能够为负极浆料上料提供一个优良的条件。
为提高负极浆料上料的稳定性，步骤S6中，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。
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 (9)

1.一种超低自放电镍氢电池，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覆钴球镍层；所述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，负极涂覆层中合金粉的通式为LaxPryNdzX(3-x-y-z)NiaA(9-a)，X为Mg、Ca、Ce、Sm中的至少一种元素，A为Al、Mn、Fe、Co、Cu、Zn、Zr中的至少一种元素，0.5≤x≤0.58，0.82≤y≤0.95，0.92≤z≤1.2，7.9≤a≤8.6。
2.根据权利要求1所述的一种超低自放电镍氢电池，其特征在于，X为Mg、Ce和Sm，各元素Mg、Ce、Sm占X的质量百分比分别为76～80％、0.5～1％、19～23％。
3.根据权利要求1或2所述的一种超低自放电镍氢电池，其特征在于，A为Al、Fe、Co和Zr，各元素Al、Fe、Co、Zr占A的质量百分比分别为93～95％、1.2～2.5％、0.5～1.8％、2.4～3.8％。
4.根据权利要求1所述的一种超低自放电镍氢电池，其特征在于，电解液为包括氢氧化钠和氢氧化钾的溶液，氢氧化钠和氢氧化钾占电解液的质量百分浓度分别为23～30％和10～15％。
5.一种超低自放电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、正极上料：通过毛刷将覆钴球镍均匀固定于步骤S1所获正极基片中的各个表面，烘干后获得正极片；
S3、制作负极合金混合物：按通式LaxPryNdzX(3-x-y-z)NiaA(9-a)中的x、y、z、(3-x-y-z)、a、(9-a)的摩尔质量混合金属元素La、Pr、Nd、X、Ni和A，获得负极合金混合物，X为Mg、Ca、Ce、Sm中的至少一种元素，其中A为Al、Mn、Fe、Co、Cu、Zn、Zr中的至少一种元素，0.5≤x≤0.58，0.82≤y≤0.95，0.92≤z≤1.2，7.9≤a≤8.6；
S4、制作负极合金粉：将步骤S3所获负极合金混合物放入熔炼炉中炼制获得熔融的合金浆，冷却合金浆获得合金锭，粉碎合金锭获得负极合金粉；
S5、制作负极浆料：将步骤S4所获负极合金粉加粘结剂混合并稀释，获得负极浆料；
S6、负极上料：通过钢带将步骤S5所获负极浆料涂覆至步骤S1所获负极基片的各个表面，烘干后获得负极片。
6.根据权利要求5所述的一种超低自放电镍氢电池电极的制作方法，其特征在于，步骤S2中，覆钴球镍中的钴为2.1～2.4价钴。
7.根据权利要求5所述的一种超低自放电镍氢电池电极的制作方法，其特征在于，步骤S4中，熔炼炉的炼制温度为1200～1500℃，炼制时间为3～10小时。
8.根据权利要求5所述的一种超低自放电镍氢电池电极的制作方法，其特征在于，步骤S5中，负极浆料中负极合金粉的质量百分浓度为65～80％。
9.根据权利要求5所述的一种超低自放电镍氢电池电极的制作方法，其特征在于，步骤S6中，烘干温度为60～180℃，烘干时间为5～15min。
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PB01 Publication
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GR01 Patent grant
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Inventor after: Deng Zhirong

Inventor after: Li Xingsong

Inventor after: Zhu Donggui

Inventor after: Huang Zhiming

Inventor before: Deng Zhirong

Inventor before: Li Xingsong

Inventor before: Zhu Donggui

Inventor before: Huang Zhiming

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