CN109742331A - 一种二次镍氢电池的负极片及其制作方法 - Google Patents

一种二次镍氢电池的负极片及其制作方法 Download PDF

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Abstract

一种二次镍氢电池的负极片及其制作方法，该方法包括：使用稀土储氢合金粉作为活性物质，以适量的四氧化三铁、石墨、氢氧化镍、硫化亚铁作为添加剂，加入高分子材料粘结剂，经过搅拌混合形成浆料，将所述浆料涂敷到负极片基体上，烘干后制作成负极片。本发明负极片的性能不亚于相对昂贵的纯合金粉加粘结剂制作的负极片，显著降低了成本，且材料更为环保。

Description

一种二次镍氢电池的负极片及其制作方法
技术领域
本发明涉及二次电池，特别是涉及一种二次镍氢电池的负极片及其制作方法。
背景技术
目前随着无线电话、个人护理电器、数码产品、灯具等设备对二次电池的待机及使用时间要求越来越高，对于制造成本越来越高，市场需求往往又要求更低的价格买到更好的产品，对于这种需求促进了二次镍氢电池低成本材料的研发。
目前二次镍氢电池的负极制作方法，98％以上活性物质通常为稀土储氢合金粉(以下简称合金粉)，合金粉比较昂贵，对于负极制作成本比较高。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术的不足，提供一种二次镍氢电池的负极片及其制作方法，以及使用该二次镍氢电池的负极片制作二次镍氢电池的方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种二次镍氢电池的负极片制作方法，包括：使用稀土储氢合金粉作为活性物质，以适量的四氧化三铁、石墨、氢氧化镍、硫化亚铁作为添加剂，加入高分子材料粘结剂，经过搅拌混合形成浆料，将所述浆料涂敷到负极片基体上，烘干后制作成负极片。
进一步地：
所述稀土储氢合金粉、所述添加剂和所述粘结剂的重量份配比为：粘结剂30～40、添加剂11～70、稀土储氢合金粉30～89。
所述四氧化三铁、所述氢氧化镍、所述硫化亚铁、所述石墨与所述稀土储氢合金粉的重量份配比为：四氧化三铁10～60、氢氧化镍0.5～4、硫化亚铁0～4、石墨0.5～2、稀土储氢合金粉30～89。
所述添加剂为颗粒大小在100～800纳米之间的粉末。
所述粘结剂为包括高分子聚丙烯酸钠、交联型高分子聚合物、HPMC的粘结剂粉末与纯水按重量份0.1～2.0:98.0～99.9的比例配制。
所述负极片基体为钢带、钢网、发泡镍、铜带、铜网中的任一种。
将所述浆料涂敷到负极片基体上后，经40℃～100℃的干燥，再经过辊压和裁切，制成所述负极片。
一种二次镍氢电池的制作方法，包括：使用所述的二次镍氢电池的负极片制作方法制作负极片。
所述电池的制作方法还包括：球镍填入发泡镍辊压成片裁切获得正极片，将所述负极片、隔膜、所述正极片进行卷绕入壳，注入电解液，封口，获得电池。
所述隔膜优选PP材质。
所述电解液采用优选氢氧化钾溶液其浓度为7～10mol/L。
一种二次镍氢电池的负极片材料，包括：作为活性物质的稀土储氢合金粉、适量的四氧化三铁、石墨、氢氧化镍、硫化亚铁添加剂、以及高分子材料粘结剂。
优选地，重量份配比为：粘结剂30～40、添加剂11～70、稀土储氢合金粉30～89。
更优选地，重量份配比为：四氧化三铁10～60、氢氧化镍0.5～4、硫化亚铁0～4、石墨0.5～2、稀土储氢合金粉30～89。
优选地，所述粘结剂为包括高分子聚丙烯酸钠、交联型高分子聚合物、HPMC的粘结剂粉末与纯水按重量份0.1～2.0:98.0～99.9的比例配制。
本发明具有如下有益效果：
本发明提供一种二次镍氢电池的负极片及其制作方法，使用稀土储氢合金粉作为活性物质，以适量的四氧化三铁、石墨、氢氧化镍、硫化亚铁作为添加剂，加入高分子材料粘结剂，经过搅拌混合形成浆料，将所述浆料涂敷到负极片基体上，烘干后制作成负极片，本发明的负极片制作方法可以降低材料成本(比现有降低约15％-60％)，同时保持性能良好。在上世纪爱迪生发明的镍铁蓄电池中，四氧化三铁作为负极材料，由于四氧化三铁在化学反应过程中存在析氢和钝化，引起电池充电效率低和大内阻，同时电池开路时也会缓慢析氢，导致自放电大，为了克服这些缺陷，发明人发现，四氧化三铁作为适量添加剂参入到稀土储氢合金粉中，能够降低这些不良因素，而为了彻底解决这些缺陷，另外还加入氢氧化镍和石墨来提高导电率，硫化亚铁来降低自放电，由于这些添加剂的协同效应，本发明负极片的性能不亚于相对昂贵的纯合金粉加粘结剂制作的负极片，且材料更为环保。
具体实施方式
以下对本发明的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
在一种实施例中，一种二次镍氢电池的负极片制作方法，包括：使用稀土储氢合金粉作为活性物质，以适量的四氧化三铁、石墨、氢氧化镍、硫化亚铁作为添加剂，加入高分子材料粘结剂，经过搅拌混合形成浆料，将所述浆料涂敷到负极片基体上，烘干后制作成负极片。
在优选的实施例中，所述稀土储氢合金粉、所述添加剂和所述粘结剂的重量份配比为：粘结剂30～40、添加剂11～70、稀土储氢合金粉30～89。
在更优选的实施例中，所述四氧化三铁、所述氢氧化镍、所述硫化亚铁、所述石墨与所述稀土储氢合金粉的重量份配比为：四氧化三铁10～60、氢氧化镍0.5～4、硫化亚铁0～4、石墨0.5～2、稀土储氢合金粉30～89。
在优选的实施例中，所述添加剂为颗粒大小在100～800纳米之间的粉末。
在优选的实施例中，所述粘结剂为包括高分子聚丙烯酸钠、交联型高分子聚合物、HPMC的粘结剂粉末与纯水按重量份0.1～2.0:98.0～99.9的比例配制。
在不同的实施例中，所述负极片基体可以为(但不限于)钢带、钢网、发泡镍、铜带、铜网中的任一种。
在优选的实施例中，将所述浆料涂敷到负极片基体上后，经40℃～100℃的干燥，再经过辊压和裁切，制成所述负极片。
在另一种实施例中，一种二次镍氢电池的制作方法，包括如下步骤：
使用前述任一实施例所述的二次镍氢电池的负极片制作方法制作二次镍氢电池的负极片；
利用该二次镍氢电池的负极片制作二次镍氢电池。
在优选的实施例中，二次镍氢电池的制作方法还包括：球镍填入发泡镍辊压成片裁切获得正极片，将所述负极片、隔膜、所述正极片进行卷绕入壳，注入电解液，封口，获得电池。
所述隔膜优选PP材质。
所述电解液采用优选氢氧化钾溶液其浓度为7～10mol/L。
在另一种实施例中，一种二次镍氢电池的负极片材料，包括：作为活性物质的稀土储氢合金粉、适量的四氧化三铁、石墨、氢氧化镍、硫化亚铁添加剂、以及高分子材料粘结剂。
在优选的实施例中，粘结剂、添加剂和稀土储氢合金粉的量份配比为：粘结剂30～40、添加剂11～70、稀土储氢合金粉30～89。
在更优选的实施例中，四氧化三铁、氢氧化镍、硫化亚铁、石墨、稀土储氢合金粉的重量份配比为：四氧化三铁10～60、氢氧化镍0.5～4、硫化亚铁0～4、石墨0.5～2、稀土储氢合金粉30～89。
在优选的实施例中，所述粘结剂为包括高分子聚丙烯酸钠、交联型高分子聚合物、HPMC的粘结剂粉末与纯水按重量份0.1～2.0:98.0～99.9的比例配制。
在又一种实施例中，一种二次镍氢电池的负极片，其材料采用前述任一实施例的负极片材料。
根据本发明的实施例，二次镍氢电池负极片使用稀土储氢合金粉作为活性物质，以四氧化三铁、石墨、氢氧化镍、硫化亚铁作为添加剂，通过高分子材料：聚丙烯酸钠、交联型高分子聚合物、纯水、HPMC配制而成粘结剂，经过搅拌混合形成浆料涂敷到基体上(基体为钢带、钢网、发泡镍、铜带、铜网)，烘干后经过滚压碾压形成负极片。将该负极片应用于二次镍氢电池。
活性物质合金粉目前市面上价格80～150元人民币/kg，四氧化三铁目前市面上价格3.6～30元人民币/kg、石墨目前市面上价格20～60元人民币/kg)、氢氧化镍目前市面上价格70～100元人民币/kg、硫化亚铁目前市面上价格30～60元人民币/kg。本方法制作的负极片可以降低镍氢电池的负极成本大约15％～60％。
性能方面，本方法制作的负极片同现有的98％以上活性物质为稀土储氢合金粉的负极片无明显差异，且更为环保。
以下进一步描述二次镍氢电池的负极片制作方法的具体实施例。
一种具体实施例的二次镍氢电池负极片制作方法包括如下步骤：
①按照质量比分别将粘结剂粉末包括高分子聚丙烯酸钠、交联型高分子聚合物、HPMC与纯水重量比按(0.1～2.0):(98.0～99.9)的比例配制，分别获得粘结剂；
②配制浆料，比例为：粘结剂(30～40)：添加剂(11～70)：合金粉(30～89)进行混合搅拌，获得浆料；添加剂分别为粉末(颗粒大小在100～800纳米之间)四氧化三铁、氢氧化镍、硫化亚铁、石墨，添加剂与合金粉的重量比分别为四氧化三铁(10～60)、氢氧化镍(0.5～4)、硫化亚铁(0～4)、石墨、(0.5～2)、合金粉(30～89)；
③将浆料涂敷到基体上(基体为钢带、钢网、发泡镍、铜带、铜网)；
④经40℃～100℃干燥，辊压，裁切制成负极片。
2.应用：
该负极片应用于二次镍氢电池，二次镍氢电池由正极片、负极片、隔膜、电解液、壳体组成；正极片为球镍填入发泡镍辊压成片裁切获得，隔膜优选PP材质，电解液采用优选氢氧化钾溶液其浓度为7～10mol/L；将负极片、隔膜、正极片进行卷绕入壳，注入电解液，封口，获得电池。
实施例1
将合金粉、四氧化三铁、氢氧化镍、硫化亚铁、石墨、粘结剂重量比为80:18.5:0.5:0.5:0.5：32混合搅拌均匀，获得浆料，将浆料涂敷到钢带，辊压，裁切获得负极片。
实施例2
将合金粉、四氧化三铁、氢氧化镍、硫化亚铁、石墨、粘结剂重量比为70:27.5:1:1:0.5：34混合搅拌均匀，获得浆料，将浆料涂敷到钢带，辊压，裁切获得负极片。
实施例3
将合金粉、四氧化三铁、氢氧化镍、硫化亚铁、石墨、粘结剂重量比为60:37:1:1.5:0.5：34混合搅拌均匀，获得浆料，将浆料涂敷到钢带，辊压，裁切获得负极片。
实施例4
将合金粉、四氧化三铁、氢氧化镍、硫化亚铁、石墨、粘结剂重量比为50:46.5:1.5:1.5:0.5：34混合搅拌均匀，获得浆料，将浆料涂敷到钢带，辊压，裁切获得负极片。
实施例5
将合金粉、四氧化三铁、氢氧化镍、硫化亚铁、石墨、粘结剂重量比为30:65:1.5:2.5:1：38混合搅拌均匀，获得浆料，将浆料涂敷到钢带，辊压，裁切获得负极片。
对比例
将合金粉、粘结剂重量比为100:16.5混合搅拌均匀，获得浆料，将浆料涂敷到钢带，辊压，裁切获得负极片。
上述实施例和对比例负极合金粉采用AB5合金，负极采用上述方法制作获得(粘结剂粉末和添加剂粉末在市场购买获得)；球镍采用锌4球形氢氧化镍，将球镍填入发泡镍辊压成片裁切获得，隔膜采用PP材质，电解液浓度为9.2moL/L氢氧化钾溶液(自制),将负极片、隔膜、正极片进行卷绕，入壳，注入电解液，然后封口，获得电池，将电池放入45℃高温环境中搁置12小时，0.1C充电3小时，再45℃高温环境中搁置12小时，清余电至1.0V，0.1C充16小时。上述二次镍氢电池设计为AA1200mAh容量。
分别将以上方法获得的电池进行性能测试，测试项包含：
1.测试内阻；
2.测试0.2C容量；
3.测试5C容量，电池以0.2C充电7小时，然后5C放电至0.7V；
4.荷电保持率测试，将电池0.1C充16小时，放置45℃环境中搁置28天，再0.2C放电至1.0V；
5.测试1C寿命。
得到数据如下表所示：
从上表的数据可以看出，本发明通过对二次镍氢电池的负极加入添加剂后，实施例1～实施例4性能无明显差异，实施例1～实施例4相比对比方案材料成本分别下降16.5％、24％、33％、41％，只有实施例5添加剂四氧化三铁加入比较多时内阻、5C容量、荷电、寿命有比较大的影响，材料成本为最低，相比对比组下降58％。只有添加适量的添加剂才能有效的协同发挥效应。
以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种二次镍氢电池的负极片制作方法，其特征在于,包括：使用稀土储氢合金粉作为活性物质，以适量的四氧化三铁、石墨、氢氧化镍、硫化亚铁作为添加剂，加入高分子材料粘结剂，经过搅拌混合形成浆料，将所述浆料涂敷到负极片基体上，烘干后制作成负极片。
2.如权利要求1所述的二次镍氢电池的负极片制作方法，其特征在于,所述稀土储氢合金粉、所述添加剂和所述粘结剂的重量份配比为：粘结剂30～40、添加剂11～70、稀土储氢合金粉30～89。
3.如权利要求1或2所述的二次镍氢电池的负极片制作方法，其特征在于,所述四氧化三铁、所述氢氧化镍、所述硫化亚铁、所述石墨与所述稀土储氢合金粉的重量份配比为：四氧化三铁10～60、氢氧化镍0.5～4、硫化亚铁0～4、石墨0.5～2、稀土储氢合金粉30～89。
4.如权利要求1至3任一项所述的二次镍氢电池的负极片制作方法，其特征在于,所述添加剂为颗粒大小在100～800纳米之间的粉末。
5.如权利要求1至4任一项所述的二次镍氢电池的负极片制作方法，其特征在于,所述粘结剂为包括高分子聚丙烯酸钠、交联型高分子聚合物、HPMC的粘结剂粉末与纯水按重量份0.1～2.0:98.0～99.9的比例配制。
6.如权利要求1至5任一项所述的二次镍氢电池的负极片制作方法，其特征在于,所述负极片基体为钢带、钢网、发泡镍、铜带、铜网中的任一种。
7.如权利要求1至6任一项所述的二次镍氢电池的负极片制作方法，其特征在于,将所述浆料涂敷到负极片基体上后，经40℃～100℃的干燥，再经过辊压和裁切，制成所述负极片。
8.一种二次镍氢电池的制作方法，其特征在于,包括：使用如权利要求1至7任一项所述的二次镍氢电池的负极片制作方法制作负极片。
9.如权利要求8所述的二次镍氢电池的制作方法，其特征在于,还包括：球镍填入发泡镍辊压成片裁切获得正极片，将所述负极片、隔膜、所述正极片进行卷绕入壳，注入电解液，封口，获得电池；所述隔膜优选PP材质，所述电解液采用优选氢氧化钾溶液其浓度为7～10mol/L。
10.一种二次镍氢电池的负极片材料，其特征在于,包括：作为活性物质的稀土储氢合金粉、适量的四氧化三铁、石墨、氢氧化镍、硫化亚铁添加剂、以及高分子材料粘结剂；优选地，重量份配比为：粘结剂30～40、添加剂11～70、稀土储氢合金粉30～89；更优选地，重量份配比为：四氧化三铁10～60、氢氧化镍0.5～4、硫化亚铁0～4、石墨0.5～2、稀土储氢合金粉30～89；优选地，所述粘结剂为包括高分子聚丙烯酸钠、交联型高分子聚合物、HPMC的粘结剂粉末与纯水按重量份0.1～2.0:98.0～99.9的比例配制。
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