CN110931269A - 一种电容型铁镍电池铁电极 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电容型铁镍电池铁电极及其制备方法，属于电容型铁镍电池技术领域，采用高比表面积的活性炭粉、碳纳米管或石墨烯与铁负极材料混合，形成具有非对称金属氧化物超级电容器特性的铁镍电池，提高了电池充电接受能力，改善了铁镍电池高倍率放电性能。

Description

一种电容型铁镍电池铁电极
技术领域
本发明属于电容型铁镍电池技术领域，具体涉及一种电容型铁镍电池铁电极。
背景技术
铁镍电池坚固耐用，循环寿命长可滥用，原材料易购易得不受控制，生产、使用、回收均显示出环保安全的特点。但是铁镍电池铁负极在放电过程中产生的氢氧化亚铁胶状物堵塞了电极表面的通道，造成内阻的增大，出现钝化现象，导致大电流放电性能和低温性能变差。
超级电容器是指介于传统电容器和充电电池之间的一种新型储能装置，与传统电容器相比，它具有较大的容量、比能量或能量密度，较宽的工作温度范围和极长的使用寿命；而与蓄电池相比，它又具有较高的比功率。双电层电容器主要是通过纯静电电荷在电极表面进行吸附来产生存储能量，法拉第准电容器主要是通过法拉第准电容活性电极材料(如过渡金属氧化物)表面及表面附近发生可逆的氧化还原反应产生法拉第准电容，从而实现对能量的存储与转换。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供了一种利用非对称电容特性的铁镍电池铁电极。
本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种电容型铁镍电池铁电极，其特征在于该铁电极的电极材料中85wt%-95wt%为电化学活性复合材料、5wt%-15wt%为粘结剂，其中电化学活性复合材料包括电化学活性物质和添加剂，其中电化学活性物质为铁酸铁、铁酸锌、锡酸锌、铁酸锡、锡酸铁中的一种或多种，添加剂包括高比表面积的活性炭、碳纳米管、石墨烯中的一种或多种，以及NiO或Ni(OH)2中的一种或多种，粘接剂为聚乙烯醇PVA、羧甲基纤维素钠CMC、羟丙基纤维素钠HPMC、聚偏二氟乙烯PVDF、聚四氟乙烯PTFE、丁苯胶乳SBR、氯丁胶乳CR或酚醛胶乳PF中的一种或多种，最终形成具有非对称金属氧化物超级电容器特性的铁镍电池铁负极。
本发明所述的电容型铁镍电池铁电极的制备方法，其特征在于具体过程为；将高比表面积的活性炭粉在搅拌机内先用含有表面活性剂的乙醇溶液湿润后搅拌30-60min，再加入电化学活性物质、氢氧化镍和粘结剂水溶液，搅拌混合均匀后采用拉浆方式涂覆在三维钢带上，再经过烘干、碾压、裁切、焊接极耳制得电容型铁镍电池铁电极。
进一步优选，所述电容型铁镍电池铁电极的制备方法，其特征在于具体步骤为；将10g活性炭粉在搅拌机内先用含有表面活性剂的乙醇溶液湿润后搅拌30-60min，再加入铁酸锡90g、氢氧化镍2g、质量浓度为2%的HPMC水溶液20g和质量浓度为50%的SBR水溶液3g，搅拌混合均匀后采用拉浆方式涂覆在三维钢带上，再经过烘干、碾压、裁切、焊接极耳制得电容型铁镍电池铁电极。
本发明结合法拉第准电容器的特点，制备一种非对称金属氧化物超级电容器特性的电容型铁镍电池铁电极，能够提高充电效率、低温性能、大电流放电性能。
附图说明
图1是普通型铁镍电池和电容型铁镍电池低温-20℃15A放电对比曲线；
图2是普通型铁镍电池和电容型铁镍电池5C放电对比曲线。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
1、将覆钴氢氧化镍87g、氧化镍5g、石墨5g、乙酸钴3g、质量浓度为2%的HPMC水溶液15g和质量浓度为60%的PTFE水溶液2g混合搅拌均匀，采用拉浆方式涂覆在三维钢带上,经过烘干、碾压、裁切、焊接极耳、包网、压纹后制得正极板备用。
2、将10g比表面积为1000m2/g的活性炭粉在搅拌机内先用含有表面活性剂的乙醇溶液湿润后搅拌30-60min，再加入铁酸锡40g、铁酸铁48g、氢氧化镍2g、质量浓度为2%的HPMC水溶液20g和质量浓度为50%的SBR水溶液3g，搅拌混合均匀后采用拉浆方式涂覆在三维钢带上，再经过烘干、碾压、裁切、焊接极耳制得负极板备用。
3、将氢氧化钾溶入去离子水中配置浓度为6mol/L的溶液,再按15g/L的量加入氢氧化锂。
4、采用厚度为0.30±0.10mm的聚丙烯隔膜，采用分段定位的方式制成四边有多个出气口的隔膜袋,将正极片装入隔膜袋。
5、将装入隔膜袋的正极、负极交错叠放，极组最外侧为负极，连接极柱，装成极组，装入方形电池壳中，封口，加注电解液，组装成10Ah电池，负极设计容量为正极容量的1.3倍。
6、电池化成：加注电解液后静置2h，1A电流充电2h，静置2h，1A充电10h，静置1h，2A放电至0.9V，再2A充电6h，静置1h，2A放电至1V。
7、充电效率测试：5A充电2h，静置1h，5A放电至1V，计算充电效率。
8、-20℃低温测试：3.33A充电4.5h，静置1h，3.33A放电至1.0V，3.33A充电4.5h，-20℃环境下放置16h，3.33A放电至1.0V。
9、5C放电测试：3.33A充电4.5h，静置1h，50A放电至0.8V。
实施例2
1、将覆钴氢氧化镍87g、氧化镍5g、石墨5g、乙酸钴3g、质量浓度为2%的HPMC水溶液15g和质量浓度为60%的PTFE水溶液2g混合搅拌均匀，采用拉浆方式涂覆在三维钢带上,经过烘干、碾压、裁切、焊接极耳、包网、压纹后制得正极板备用。
2、将10g导电石墨在搅拌机内先用含有表面活性剂的乙醇溶液湿润后搅拌30-60min，再加入四氧化三铁88g、氢氧化镍2g、质量浓度为2%的HPMC水溶液20g和质量浓度为50%的SBR水溶液3g，搅拌混合均匀后采用拉浆方式涂覆在三维钢带上，再经过烘干、碾压、裁切、焊接极耳制得负极板备用。
3、将氢氧化钾溶入去离子水中配置浓度为6mol/L的溶液，再按15g/L的量加入氢氧化锂。
4、采用厚度为0.30±0.10mm的聚丙烯隔膜，采用分段定位的方式制成四边有多个出气口的隔膜袋，将正极片装入隔膜袋。
5、将装入隔膜袋的正极，负极交错叠放，极组最外侧为负极，连接极柱，装成极组，装入方形电池壳中，封口，加注电解液，组装成10Ah电池，负极设计容量为正极容量的1.3倍。
6、电池化成：加注电解液后静置2h，1A电流充电2h，静置2h，1A充电10h，静置1h，2A放电至0.9V，再2A充电6h，静置1h，2A放电至1V。
7、充电效率测试：5A充电2h，静置1h，5A放电至1V，计算充电效率。
8、-20℃低温测试：3.33A充电4.5h，静置1h，3.33A放电至1.0V，3.33A充电4.5h，-20℃环境下放置16h，3.33A放电至1.0V。
9、5C放电测试：3.33A充电4.5h，静置1h，50A放电至0.8V。
表1 电性能测试结果
Figure DEST_PATH_IMAGE002
通过性能测试和对比发现，本发明电容型铁镍电池的0.5C充电电压明显低于实施例2的常规铁镍电池，充电效率提高5%左右，低温性能改善10%左右，倍率性能大幅度提高，这主要是本发明的实施例1是一种非对称金属氧化物超级电容器特性的电容型铁镍电池，其特点是通过纯静电电荷在电极表面进行吸附来产生存储能量，法拉第准电容器主要是通过法拉第准电容活性电极材料表面及表面附近发生可逆的氧化还原反应产生法拉第准电容，来实现对能量的存储与转换，从而改善电池的性能。
以上显示和描述了本发明的基本原理，主要特征和优点，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围。

Claims (2)

1.一种电容型铁镍电池铁电极，其特征在于该铁电极的电极材料中的电化学活性物质为铁酸铁、铁酸锌、锡酸锌、铁酸锡或锡酸铁中的一种或多种；添加剂包括高比表面积的碳材料以及NiO或Ni(OH)2中的一种或多种；粘接剂为聚乙烯醇PVA、羧甲基纤维素钠CMC、羟丙基纤维素钠HPMC、聚偏二氟乙烯PVDF、聚四氟乙烯PTFE、丁苯胶乳SBR、氯丁胶乳CR或酚醛胶乳PF中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的电容型铁镍电池铁电极，其特征在于：所述高比表面积的碳材料为活性炭粉、碳纳米管或石墨烯中的一种或多种。
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