CN108574078B - 一种阀控式铁镍蓄电池及制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种阀控式铁镍蓄电池及制造方法，该蓄电池的正电极采用泡沫镍或冲孔镀镍钢带为基体，表面涂覆有氢氧化镍、导电剂及添加剂组成的活性物质，极片用隔膜包覆后经热封形成袋式结构。负电极采用泡沫镍或冲孔镀镍钢带为基体，表面涂覆有四氧化三铁、羰基铁粉、活性炭纤维粉及添加剂组成的活性物质，极片用隔膜包覆后经热封形成袋式结构。使用的电解液是由KOH、LiOH、Na2S的水溶液与高分子材料PVA及高吸水性树脂PAAS交联而成的凝胶状液体。本发明解决了传统铁镍电池功率密度低、失水率大的缺点，有效提高了电池的放电性能，延长了使用寿命。

Description

一种阀控式铁镍蓄电池及制造方法
技术领域
本发明涉及蓄电池，尤其涉及一种阀控式铁镍蓄电池及制造方法。
背景技术
现有技术中，铁镍蓄电池基本上还是延用电池极片为穿孔钢袋式、电解液为流动富液式的开口型结构。这种结构的蓄电池体积大、比能量低、充放电效率低且容易失水，加速了电解液干涸，影响使用效果。在铁镍蓄电池极片采用拉浆式工艺后，电池的比能量和放电性能得到了提高，但是在非正常使用的情况下活性物质容易脱落，一则造成容量损失，二则会造成内部极片之间的微短路，降低了使用寿命。铁镍蓄电池高倍率放电性能差，主要原因是在大电流放电时铁负极表面形成了大量的氢氧化物，阻碍了离子的进一步反应，导致了电极的钝化。并且电池在使用长期使用后，极片组本身容易膨胀，导致电池容量衰减，使用寿命缩短，性能下降。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种阀控式铁镍蓄电池及制造方法，利用活性炭纤维粉高比表面积形成的双电层，显现出非对称超级电容的特性，改善了放电特性，并进一步提高了充电效率，解决了传统铁镍电池比功率低的问题；活性炭纤维粉较大的长径比，可在粘结剂的作用下提高电极极片的机械强度；将隔膜制成袋包式结构后，可防止活性物质的脱落和内部微短路现象；采用含有高分子材料及高吸水性树脂材料的凝胶状电解液后，减小了电解液的析气量和失水率，有效延长了使用寿命。
为了达到上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种阀控式铁镍蓄电池，包括正极端子、负极端子、排气阀栓、正极极片、正极极耳、负极极片、负极极耳、正极汇流极柱、负极汇流极柱、蓄电池槽、蓄电池槽盖、电解液、隔膜袋，所述正极极片和负极极片交替叠放，所述正极极片和正极极耳构成正极极片组，所述负极极片和负极极耳构成负极极片组，所述正极极片组和负极极片组构成蓄电池单体，所述蓄电池槽内安装有若干的蓄电池单体，所述蓄电池单体与蓄电池槽之间，以及相邻的蓄电池单体之间均设有支撑结构，所述正极极耳相连到正极汇流极柱上，所述负极极耳相连到负极汇流极柱上，所述正级汇流极柱上端部分设有正极端子，所述负极汇流极柱上端部分设有负极端子，所述支撑结构包括槽板，所述槽板内设有截面为倒T型的通道，所述槽板的左右两侧分别活动连接第一支撑板和第二支撑板，所述槽板的上侧活动连接清洁环，所述槽板内部设有弹性片，所述弹性片与清洁环固定连接，且与第一支撑板和第二支撑板相抵，所述正极极片和负极极片上均包有隔膜袋。
进一步优选的，所述隔膜袋采用尼龙毡、维尼伦无纺布、聚乙烯辐射接枝膜或聚丙烯辐射接枝膜中的一种或几种。
进一步优选的，所述负极极片的活性物质中使用了活性炭纤维粉作为导电剂和增强剂，同时也作为非对称超级电容器的功能材料。
一种阀控式铁镍蓄电池的制造方法，包括步骤如下：
1)采用泡沫镍或冲孔镀镍钢带作为集流基体，活性物质组份由重量百比为90～95％覆钴球形Ni(OH)2、4～6％石墨、1～4％CoO与含有1～3％PTFE、0.5～2％CMC组成的粘结剂搅拌混合，形成10000-25000CP粘度的浆料，经拉浆涂布均匀涂于集流基体上，经恒温烘干后以20～30MPa的压力进行辊压，经裁片后用点焊机将导流条和正极极耳焊接到正极极片的一端，制得正极极片组；
2)采用泡沫镍或冲孔镀镍钢带作为集流基体，活性物质组份由重量百比为80～95％Fe3O4、2～8％羰基铁粉、1～4％活性炭纤维粉、1～4％Bi2S3、1～4％Co(OH)2与含有1～3％PTFE、0.5～2％CMC组成的粘结剂搅拌混合，形成10000-25000CP粘度的浆料，经拉浆涂布均匀涂于集流基体上，经恒温烘干后以20～30MPa的压力进行辊压，经裁片后用点焊机将导流条和负极极耳焊接到负极极片的一端，制得负极极片组；
3)将隔膜袋的原材料覆盖在正极极片、负极极片的正反两个面上，用热封口机或超声波焊接机将周边沿极片的大小尺寸进行热熔封口，形成隔膜袋结构，将每一片正极极片和负极极片均包覆在其中；
4)将包有隔膜袋的正极极片和包有隔膜袋的负极极片交替叠放，使多个正极极耳相重叠，并使多个负极极耳相重叠，由此构成蓄电池单体，并塞入到蓄电池槽中，正极极耳用螺栓或焊接的方法连接到正极汇流极柱，负极极耳用螺栓或焊接的方法连接到负极汇流极柱上，所述正极汇流极柱和负极汇流极柱上端部分分别穿过设有o型密封圈和垫片的蓄电池槽盖并用螺母固定，作为正极端子和负极端子，然后对蓄电池槽和蓄电池槽盖之间进行密封处理；
5)将高分子材料PVA在90～100℃的去离子水中溶解后，加入吸水性树脂PAAS搅拌混合，冷却后再与氢氧化钾、氢氧化锂、硫化钠的水溶液搅拌交联30min,经陈化8h后，形成含有6～8mol·L-1KOH、10～30g·L-1LiOH、2～8g·L-1Na2S、5～20g·L-1PAAS、5～30g·L- 1PVA成份的凝胶状电解液；
6)从蓄电池排气口处抽真空并注入凝胶状电解液，在25℃～45℃的环境中搁置12h以上后，装上排气阀栓，对电池进行充电化成作业。
本发明的有益效果：利用活性炭纤维粉高比表面积形成的双电层，显现出非对称超级电容的特性，改善了放电特性，并进一步提高了充电效率，解决了传统铁镍电池比功率低的问题；活性炭纤维粉较大的长径比，可在粘结剂的作用下提高电极极片的机械强度；将隔膜制成袋包式结构后，可防止活性物质的脱落和内部微短路现象；采用含有高分子材料及高吸水性树脂材料的凝胶状电解液后，减小了电解液的析气量和失水率，有效延长了使用寿命。
附图说明
附图1是所述阀控式铁镍蓄电池的结构示意图。
附图2是所述隔膜袋的结构示意图。
附图3是所述支撑结构的结构示意图。
图例说明：1、正极极片；2负极极片；3、隔膜袋；4、正极极耳；5、负极极耳；6、蓄电池槽；7、蓄电池槽盖；8、正极汇流极柱；9、负极汇流极柱；10、正极端子；11、负极端子；12、电解液；13、排气阀栓；90、支撑结构；91、槽板；92、第一支撑板；93、第二支撑板；94、清洁环；95、弹性片。
具体实施方式
下面我们结合附图对本发明所述的一种阀控式铁镍蓄电池及制造方法做进一步的说明。
如图1至图3所示，本实施例的一种阀控式铁镍蓄电池，包括正极端子10、负极端子11、排气阀栓13、正极极片1、正极极耳4、负极极片2、负极极耳5、正极汇流极柱8、负极汇流极柱9、蓄电池槽6、蓄电池槽盖7、电解液12、隔膜袋3，所述正极极片1和负极极片2交替叠放，所述正极极片1和正极极耳4构成正极极片组，所述负极极片2和负极极耳5构成负极极片组，所述正极极片组和负极极片组构成蓄电池单体，所述蓄电池槽6内安装有若干的蓄电池单体，所述蓄电池单体与蓄电池槽6之间，以及相邻的蓄电池单体之间均设有支撑结构90，所述正极极耳4相连到正极汇流极柱8上，所述负极极耳5相连到负极汇流极柱9上，所述正级汇流极柱8上端部分设有正极端子10，所述负极汇流极柱9上端部分设有负极端子11，所述支撑结构90包括槽板91，所述槽板91内设有截面为倒T型的通道，所述槽板91的左右两侧分别活动连接第一支撑板92和第二支撑板93，所述槽板91的上侧活动连接清洁环94，所述槽板91内部设有弹性片95，所述弹性片95与清洁环94固定连接，且与第一支撑板92和第二支撑板93相抵，所述正极极片1和负极极片2上均包有隔膜袋3。所述隔膜袋3采用尼龙毡、维尼伦无纺布、聚乙烯辐射接枝膜或聚丙烯辐射接枝膜中的一种或几种。所述负极极片2的活性物质中使用了活性炭纤维粉作为导电剂和增强剂，同时也作为非对称超级电容器的功能材料。
一种阀控式铁镍蓄电池的制造方法，包括步骤如下：
1)采用泡沫镍或冲孔镀镍钢带作为集流基体，活性物质组份由重量百比为90～95％覆钴球形Ni(OH)2、4～6％石墨、1～4％CoO与含有1～3％PTFE、0.5～2％CMC组成的粘结剂搅拌混合，形成10000-25000CP粘度的浆料，经拉浆涂布均匀涂于集流基体上，经恒温烘干后以20～30MPa的压力进行辊压，经裁片后用点焊机将导流条和正极极耳4焊接到正极极片1的一端，制得正极极片组；
2)采用泡沫镍或冲孔镀镍钢带作为集流基体，活性物质组份由重量百比为80～95％Fe3O4、2～8％羰基铁粉、1～4％活性炭纤维粉、1～4％Bi2S3、1～4％Co(OH)2与含有1～3％PTFE、0.5～2％CMC组成的粘结剂搅拌混合，形成10000-25000CP粘度的浆料，经拉浆涂布均匀涂于集流基体上，经恒温烘干后以20～30MPa的压力进行辊压，经裁片后用点焊机将导流条和负极极耳5焊接到负极极片2的一端，制得负极极片组；
3)将隔膜袋3的原材料覆盖在正极极片1、负极极片2的正反两个面上，用热封口机或超声波焊接机将周边沿极片的大小尺寸进行热熔封口，形成隔膜袋3结构，将每一片正极极片1和负极极片2均包覆在其中；
4)将包有隔膜袋3的正极极片1和包有隔膜袋3的负极极片2交替叠放，使多个正极极耳4相重叠，并使多个负极极耳5相重叠，由此构成蓄电池单体，并塞入到蓄电池槽6中，正极极耳4用螺栓或焊接的方法连接到正极汇流极柱8，负极极耳5用螺栓或焊接的方法连接到负极汇流极柱9上，所述正极汇流极柱8和负极汇流极柱9上端部分分别穿过设有o型密封圈和垫片的蓄电池槽盖7并用螺母固定，作为正极端子10和负极端子11，然后对蓄电池槽6和蓄电池槽盖7之间进行密封处理；
5)将高分子材料PVA在90～100℃的去离子水中溶解后，加入吸水性树脂PAAS搅拌混合，冷却后再与氢氧化钾、氢氧化锂、硫化钠的水溶液搅拌交联30min,经陈化8h后，形成含有6～8mol·L-1KOH、10～30g·L-1LiOH、2～8g·L-1Na2S、5～20g·L-1PAAS、5～30g·L- 1PVA成份的凝胶状电解液12；
6)从蓄电池排气口处抽真空并注入凝胶状电解液12，在25℃～45℃的环境中搁置12h以上后，装上排气阀栓13，对电池进行充电化成作业。
实施例1
1、采用面密度为320g/cm2泡沫镍作为集流基体，活性物质组份由重量百比为91％覆钴球形Ni(OH)2、5％石墨、4％氧化亚钴与含有1.0％PTFE、2％CMC组成的粘结剂搅拌混合，形成20000CP粘度的浆料，经拉浆涂布均匀涂于集流基体上，经恒温120～180℃烘干后，用辊压机以20～30MPa的压力进行辊压，经裁片后用点焊机将导流条和正极极耳4焊接到正极极片1的一端，制得正极极片组。
2、采用面密度为320g/cm2泡沫镍作为集流基体，活性物质组份由重量百比为80％Fe3O4、8％羰基铁粉、4％活性炭纤维粉、4％Bi2S3、4％Co(OH)2与含有1.5％PTFE、2％CMC组成的粘结剂搅拌混合，形成20000CP粘度的浆料，经拉浆涂布均匀涂于集流基体上，经恒温120～180℃烘干后，用辊压机以20～30MPa的压力进行辊压，经裁片后用点焊机将导流条和负极极耳5焊接到负极极片2的一端，制得负极极片组。
3、将0.15mm厚的维尼伦无纺布裁剪成一定尺寸，覆盖在正极极片1、负极极片2的正反两个面上，用热封口机或超声波焊接机将周边沿极片的大小尺寸进行热熔封口，使得每一片正极极片1和负极极片2均包覆有隔膜袋3。
4、将包覆有隔膜袋3的正极极片1和负极极片2交替叠放，使多个正极极耳4相重叠后构成正极极片组，使多个负极极耳5相重叠后构成负极极片组；正极极片组和负极极片组构成蓄电池单体并塞入到蓄电池槽6中，正极极耳4用螺栓或焊接的方法，连接到正极汇流极柱8；负极极耳5用螺栓或焊接的方法，连接到负极汇流极柱9上，正极汇流极柱8和负极汇流极柱9上端部分分别穿过设有o型密封圈和垫片的蓄电池槽盖7并用螺母固定，作为正极端子10和负极端子11，然后对蓄电池槽6和蓄电池槽盖7之间进行密封处理。
5、将高分子材料PVA在95～100℃的去离子水中溶解后，加入吸水性树脂PAAS搅拌混合，冷却后再与氢氧化钾、氢氧化锂、硫化钠的水溶液搅拌交联30min,经陈化8h后形成含有6mol·L-1KOH、10g·L-1LiOH、2g·L-1Na2S、2g·L-1PAAS、5g·L-1PVA成份的凝胶状电解液12。
6、从蓄电池排气口处抽真空后注入凝胶状电解液，在25℃～45℃的环境中搁置8h后，装上排气阀栓13,对电池进行活化工序。活化工序参数为：以0.2C的电流充电8h，静置20min后，以0.2C的电流放电至1.0V止，静置20min为一个循环，重复三次循环完成活化工序。
采用泡沫镍作为集流基体，使用拉浆工艺制备的电池极片，活性物质利用率高，具有较高的能量密度，加上活性炭纤维粉的作用，使得大电流放电时间延长，使用凝胶状的电解液后析气量较小。
实施例2
1、采用面密度为320g/cm2泡沫镍作为集流基体，活性物质组份由重量百比为91％覆钴球形Ni(OH)2、5％石墨、4％氧化亚钴与含有1.0％PTFE、2％CMC组成的粘结剂搅拌混合，形成20000CP粘度的浆料，经拉浆涂布均匀涂于集流基体上，经恒温120～180℃烘干后，用辊压机以20～30MPa的压力进行辊压，经裁片后用点焊机将导流条和正极极耳4焊接到正极极片1的一端，制得正极极片组。
2、采用面密度为320g/cm2泡沫镍作为集流基体，活性物质组份由重量百比为87％Fe3O4、8％羰基铁粉、1％活性炭纤维粉、2％Bi2S3、2％Co(OH)2与含有1.5％PTFE、2％CMC组成的粘结剂搅拌混合，形成20000CP粘度的浆料，经拉浆涂布均匀涂于集流基体上，经恒温120～180℃烘干后，用辊压机以20～30MPa的压力进行辊压，经裁片后用点焊机将导流条和负极极耳5焊接到负极极片2的一端，制得负极极片组。
3、将0.3mm厚的维尼伦无纺布裁剪成一定尺寸制成单片隔膜，依次按负极极片2－单片隔膜－正极极片1交替叠放，周边呈开放状态。多个正极极耳4相重叠后构成正极极片组，多个负极极耳5相重叠后构成负极极片组；正极极片组和负极极片组构成蓄电池单体并塞入到蓄电池槽6中，正极极耳4用螺栓或焊接的方法，连接到正极汇流极柱8；负极极耳5用螺栓或焊接的方法，连接到负极汇流极柱9上。正极汇流极柱8和负极汇流极柱9上端部分分别穿过设有o型密封圈和垫片的蓄电池槽盖7并用螺母固定，作为正极端子10和负极端子11，然后对蓄电池槽6和蓄电池槽盖7之间进行密封处理。
5、将氢氧化钾、氢氧化锂、硫化钠溶于去离子水中，形成含有6mol·L-1KOH、10g·L-1LiOH、2g·L-1Na2S的电解液。
6、从蓄电池排气口注入电解液，在25℃～45℃的环境中搁置8h后，装上排气阀栓13,对电池进行活化工序。活化工序参数为：以0.2C的电流充电8h，静置20min后，以0.2C的电流放电至1.0V止，静置20min为一个循环，重复三次循环完成活化工序。
由于没有使用袋式隔膜，电池在100次循环充放电后有脱粉现象发生；由于没有使用含有高吸水性树脂的凝胶状电解液，使得析气量稍大；由于负极极片材料中活性炭纤维粉及添加剂的减少，使得负极活性物质机械强度减弱，充电效率和放电性能有所下降。
本发明的保护范围不限于以上实施例及其变换。本领域内技术人员以上述实施例的内容为基础进行的常规修改和替换，均属于本发明的保护范畴。

Claims (3)

1.一种阀控式铁镍蓄电池，其特征在于：包括正极端子（10）、负极端子（11）、排气阀栓（13）、正极极片（1）、正极极耳（4）、负极极片（2）、负极极耳（5）、正极汇流极柱（8）、负极汇流极柱（9）、蓄电池槽（6）、蓄电池槽盖（7）、电解液（12）、隔膜袋（3），所述正极极片（1）和负极极片（2）交替叠放，所述正极极片（1）和正极极耳（4）构成正极极片组，所述负极极片（2）和负极极耳（5）构成负极极片组，所述正极极片组和负极极片组构成蓄电池单体，所述蓄电池槽（6）内安装有若干的蓄电池单体，所述蓄电池单体与蓄电池槽（6）之间，以及相邻的蓄电池单体之间均设有支撑结构（90），所述正极极耳（4）相连到正极汇流极柱（8）上，所述负极极耳（5）相连到负极汇流极柱（9）上，所述正级汇流极柱（8）上端部分设有正极端子（10），所述负极汇流极柱（9）上端部分设有负极端子（11），所述支撑结构（90）包括槽板（91），所述槽板（91）内设有截面为倒T型的通道，所述槽板（91）的左右两侧分别活动连接第一支撑板（92）和第二支撑板（93），所述槽板（91）的上侧活动连接清洁环（94），所述槽板（91）内部设有弹性片（95），所述弹性片（95）与清洁环（94）固定连接，且与第一支撑板（92）和第二支撑板（93）相抵，所述正极极片（1）和负极极片（2）上均包有隔膜袋（3）；所述负极极片（2）的活性物质中使用了活性炭纤维粉作为导电剂和增强剂，同时也作为非对称超级电容器的功能材料。
2.根据权利要求1所述的一种阀控式铁镍蓄电池，其特征在于：所述隔膜袋（3）采用尼龙毡、维尼伦无纺布、聚乙烯辐射接枝膜或聚丙烯辐射接枝膜中的一种或几种。
3.一种阀控式铁镍蓄电池的制造方法，其特征在于：包括步骤如下：
1）采用泡沫镍或冲孔镀镍钢带作为集流基体，活性物质组份由重量百比为90～95%覆钴球形Ni(OH)2、4～6%石墨、1～4%CoO与含有1～3%PTFE、0.5～2%CMC组成的粘结剂搅拌混合，形成10000-25000CP粘度的浆料，经拉浆涂布均匀涂于集流基体上，经恒温烘干后以20～30MPa的压力进行辊压，经裁片后用点焊机将导流条和正极极耳（4）焊接到正极极片（1）的一端，制得正极极片组；
2）采用泡沫镍或冲孔镀镍钢带作为集流基体，活性物质组份由重量百比为80～95%Fe3O4、2～8%羰基铁粉、1～4%活性炭纤维粉、1～4%Bi2S3、1～4%Co(OH)2与含有1～3%PTFE、0.5～2%CMC组成的粘结剂搅拌混合，形成10000-25000CP粘度的浆料，经拉浆涂布均匀涂于集流基体上，经恒温烘干后以20～30MPa的压力进行辊压，经裁片后用点焊机将导流条和负极极耳（5）焊接到负极极片（2）的一端，制得负极极片组；
3）将隔膜袋（3）的原材料覆盖在正极极片（1）、负极极片（2）的正反两个面上，用热封口机或超声波焊接机将周边沿极片的大小尺寸进行热熔封口，形成隔膜袋（3）结构，将每一片正极极片（1）和负极极片（2）均包覆在其中；
4）将包有隔膜袋（3）的正极极片（1）和包有隔膜袋（3）的负极极片（2）交替叠放，使多个正极极耳（4）相重叠，并使多个负极极耳（5）相重叠，由此构成蓄电池单体，并塞入到蓄电池槽（6）中，正极极耳（4）用螺栓或焊接的方法连接到正极汇流极柱（8），负极极耳（5）用螺栓或焊接的方法连接到负极汇流极柱（9）上，所述正极汇流极柱（8）和负极汇流极柱（9）上端部分分别穿过设有o型密封圈和垫片的蓄电池槽盖（7）并用螺母固定，作为正极端子（10）和负极端子（11），然后对蓄电池槽（6）和蓄电池槽盖（7）之间进行密封处理；
5）将高分子材料PVA在90～100℃的去离子水中溶解后，加入吸水性树脂PAAS搅拌混合，冷却后再与氢氧化钾、氢氧化锂、硫化钠的水溶液搅拌交联30min,经陈化8h后，形成含有6～8mol·L-1KOH、10～30g·L-1LiOH、2～8g·L-1Na2S、5～20g·L-1PAAS、5～30g·L-1PVA成份的凝胶状电解液（12）；
6）从蓄电池排气口处抽真空并注入凝胶状电解液（12），在25℃～45℃的环境中搁置12h以上后，装上排气阀栓（13），对电池进行充电化成作业。
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