CN111048846A

CN111048846A - 一种镍锌电池

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Publication number: CN111048846A
Application number: CN201911306310.5A
Authority: CN
Inventors: 陈发生
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-12-18
Filing date: 2019-12-18
Publication date: 2020-04-21

Abstract

本发明公开了一种镍锌电池，电解液由氢氧碱、缓蚀剂、表面活性添加剂、氧化锌、去离子水组成，其质量配比为：氢氧碱15％～35％、缓蚀剂0.1％～10％、表面活性添加剂0.01～5％、氧化锌适量加入至饱和、余量为去离子水。克服了现有锌镍电池的缺点，降低或缓解了电极的溶解变形、锌枝晶的形成、钝化、析氢；且不含有严重污染环境的汞化物、镉化物、铬酸盐等；所制备的锌镍电池质量比能量高，输出功率高，内阻小，寿命长。根据实验电池对充放电在室温下循环寿命可到400～600次。镍锌电池原材料丰富，成本低，对环境友好，使用方便，安全。从而满足各电源领域的要求，适用于各种车辆和电动设备、以及备用电源储能等。

Description

一种镍锌电池

技术领域

本发明涉及一种镍锌电池。

背景技术

镍锌电池是由锌负电极、镍正电极、电解液(氢氧化钾溶液)、隔膜和容器组成的一种碱性蓄电池。由锌作负电极与，采用类似镍氢电池及银锌电池的通用制造工艺流程技术制造方法。

传统的镍锌电池中，由于电池的锌负极存在溶解变形、钝化、析氢、锌枝晶的形成等缺点，造成镍锌电池的充放电的循环周期只有几十至100多次，无法满足各个电源领域的要求。同时现有镍锌电池还存在污染环境的问题。

发明内容

本发明是为了解决上述现有技术存在的不足，提供一种镍锌电池，对环境友好，使用寿命长。为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种镍锌电池，是由锌负电极、镍正电极、电解液、隔膜和容器组成的一种碱性蓄电池，其特征在于，所述电解液由氢氧碱、缓蚀剂、表面活性添加剂、氧化锌、去离子水组成；优选的质量配比为：氢氧碱15％～35％、缓蚀剂0.1％～10％、表面活性添加剂0.01～5％、氧化锌适量加入至饱和、余量为去离子水；

所述氢氧碱选自氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化锂、氢氧化钡中的一种或多种；

所述缓蚀剂为选自硼酸盐(如硼酸钾、硼酸钠)、磷酸盐(如磷酸钾、磷酸钠、磷酸氢铵)、钼酸盐(如钼酸钾、钼酸钠)、醋酸盐(如醋酸铋、醋酸铅)、硝酸盐(如硝酸铋、硝酸铅)、氟化物(如氟化钠、氟化钾)中的一种或多种；

所述表面活性添加剂选自十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲溴化铵、十八烷基三甲基氯化铵、四丁基溴化铵、四丁基氢氧化铵、四丁基氯化铵、全氟表面活性剂中的一种或多种。

上述电解液能够大幅提高锌镍电池的循环周期。

改进地，所述锌负电极由载电体和锌浆料组成，所述锌浆料由活性物质材料、导电剂、粘结剂、添加剂和溶液(如去离子水、乙醇或丙三醇等有机溶剂)组成；优选的质量配比为：活性物质材料70％～95％、导电剂0.1％～5％、粘结剂0.1％～8％、添加剂0.1％～20％、溶液适量。

所述活性物质材料选自电解锌粉、氧化锌、锌酸钙中的一种或者多种；所述导电剂选自石墨烯、石墨、乙炔黑、碳粉、铜粉中的一种或多种；所述添加剂选自氧化镁、氧化铝、氧化铋、氧化铟、氧化铅、磷酸钾、硼酸钠、氢氧化钙中的一种或多种；所述粘结剂选自聚乙烯醇、聚四氟乙烯、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素中的一种或者是多种。

通过公知的拉浆或涂膏工艺，所述锌浆料(也称锌浆或锌软膏)转压包覆在载电体(也称集电体、集流体)上制成锌负电极片。

优选地，所述锌负电极的载电体的材质选自泡沫铜(又称为：三维蜂窝状铜基网带)、三维冲孔铜基带、编织铜网带中的一种。进一步地，所述泡沫铜、三维冲孔铜基带、编织铜网带的表面镀锡或镀铟。

所述镍正电极可以配用市售的镍正电极片。优选地，所述镍正电极由镍浆料(也称镍浆或镍软膏)和载电体组成，所述镍浆料由活性物质材料、导电剂、粘结剂、添加剂、溶液组成；优选的质量配比为：活性物质材料80％～95％、导电剂0.1％～10％、粘结剂0.1％～8％、添加剂0.1％～10％、溶液适量。

所述活性物质材料选自球形覆钴含锌氢氧化镍、氢氧化镍中的一种或二种；所述导电剂选自镍粉、羰基镍粉、氧化钴、石墨烯、石墨、乙炔黑、碳粉中的一种或多种；所述添加剂选自氧化钴、氢氧化钡中的一种或二种；所述粘结剂选自聚乙烯醇、聚四氟乙烯乳液、羧甲基纤维素中的一种或多种。通过公知的拉浆或涂膏工艺，所述镍浆料转压包覆在载电体上制成镍正电极片。

优选地，所述镍正电极的载电体的材质选自泡沫镍(又称为：三维微孔蜂窝状镍基网带)、镍纤维毯、镍丝编织网带、镀镍三维冲孔钢带中的一种。

优选地，所述隔膜选自下列选项中的一种或多种：

已作亲水处理的聚丙烯PP接枝微孔隔膜，已作亲水处理的PP/PE/PP复合接枝微孔隔膜，已作亲水处理的芳纶涂覆接枝微孔隔膜，已作亲水处理的芳纶PPTA/PMIA接枝微孔隔膜。

除了分隔正负电极和吸液外，还将可起到对锌枝晶(如充电不规范导致的锌枝晶)阻挡的最后屏障，以有效地阻挡锌枝晶的穿透，延长电池寿命。所述隔膜选自化学稳定性好和抗氧化性能好，适应电池的高低温度范围宽；阻挡活性物质迁移；强度高抗防止锌枝晶穿透隔膜引发短路；透气性高，电阻率低；离子通过速率快；抗拉强度高。与本发明的电解液及其负极材料等的性能要求的匹配性好。

用隔膜将锌负电极片和镍正电极片隔开以防止正负极相连短路，锌负电极片和镍正电极片经焊接极耳后组叠成电堆(极群)。电堆可以是圆柱形、方形。将电堆极耳与端子焊接后装入电池壳内，并装上连接件、容器(电池槽盖)等部件，注入电解液，组合成可再充电的镍锌电池。

本发明的镍锌电池充电方式可采用通用的恒流/恒压两阶段即(CC/CV)充电方式。优选地，所述镍锌电池充电采用负脉冲充电方式。可以消除降低电池极化、降低电池容器的内压、降低缓解锌枝晶的形成。从而大大延长锌镍电池的循环周期。

本发明的有益效果在于，克服了现有锌镍电池的缺点，降低或缓解了电极的溶解变形、锌枝晶的形成、钝化、析氢；且不含有严重污染环境的汞化物、镉化物、铬酸盐等；所制备的锌镍电池质量比能量高，输出功率高，内阻小，寿命长。根据实验，在室温下电池充放电的循环周期可达到600次。镍锌电池原材料丰富，成本低，对环境友好，使用方便，安全。从而满足各电源领域的要求，适用于各种车辆和电动设备、以及备用电源储能等。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

附图说明

图1为本发明锌镍电池的制备工艺流程图；

图2为本发明制备的锌镍电池的循环周期图。

具体实施方式

所述锌镍电池是由锌负电极、镍正电极、电解液、隔膜和容器组成的一种碱性蓄电池。其制备工艺流程如图1所示。

锌负电极浆料的材料重量配比选自下述配方之一：

配方1：氧化锌70％～95％；石墨烯0.1％～5％；氧化镁0.1％～5％；氧化铝0.01％～1％；氧化铋0.01％～5％；氧化铟0.01％～1％；氧化铅0.％～1％；磷酸钠0％～2％；硼酸钠0％～5％；PTFE0.1％～6％；CMC0.1％～2％；HEC0.1％～2％；溶液适量。

配方2：氧化锌80～95％；锌粉0.1％～10％；氢氧化钙0.1％～20％；氧化铋0.01％～5％；氧化铟0.01％～1％；碳黑0.1％～5％；氧化铅0～1％；PTFE0.1％～6％；CMC0.1％～2％；HEC0.1％～2％；溶液适量。

配方3：氧化锌50％～95％；锌酸钙0％～50％；氧化镁0.1％～5％；氧化铋0.01％～5％；氧化铟0.01％～1％；氧化铅0～1％；石墨烯0.1％～5％；碳黑0.1％～5％；PTFE0.1％～6％；CMC0.1％～2％；HEC0.01％～2％；溶液适量。

上述材料按通用工艺制成锌浆料，浆料采用拉浆或涂膏工艺，经转压、干燥、压紧、锌浆料包覆于泡沫铜载电体上，切片得到锌负电极片，然后经品控流程后入库备用。

镍正电极浆料的材料重量配比选自下述配方之一：

配方1：球型覆钴含锌氢氧化镍80％～95％；氧化钴0.1％～5％；羰基镍粉0.1％～5％；石墨烯0.1％～5％；氢氧化钡0～3％；PTFE0.1％～6％；CMC0.1％～2％；溶液适量。

配方2：球型覆钴含锌氢氧化镍80％～95％；氧化钴0.1％～5％；羰基镍粉0.1％～5％；镍粉0％～10％；石墨烯0.1％～5％；PTFE 0.1％～6％；CMC0.1％～2；溶液适量。

上述材料按通用工艺制成镍浆料，镍浆料采用拉浆或涂膏工艺，经转压、干燥、压紧、镍浆料包覆于泡沫镍载电体上，切片得到镍正电极片，然后经品控流程后入库备用。

电解液的材料重量配比选自下述配方之一：

配方1：氢氧化钾15％～35％；氢氧化锂0.1％～2％；氟化钾0.1％～10％；硼酸钾0％～5％；磷酸钠0％～2％；硝酸铅0％～0.1％；硝酸铋0.01％～0.1％；四丁基氢氧化铵0.01％～5％；四丁基溴化铵0.01％～1％；全氟表面活性剂0.01％～1％；十二烷基苯磺酸钠0.01％～1％；氧化锌适量加入至饱和；余量为去离子水。

配方2：氢氧化钾15％～35％；氢氧化钠0.1％～10％；氢氧化锂0.1％～2％；氢氧化钡0.1％～1％；硝酸铋0.01％～1％；四丁基溴化铵0.01％～1％；十二烷基苯磺酸钠0.01％～1％；全氟表面活性剂0.01％～1％；氧化锌适量加入至饱和；余量为去离子水。

配方3：氢氧化钾15％～35％；氢氧化钙0.01％～1％；氢氧化钡0.01～1％；氟化钾0.1％～5％；硼酸钠0％～3％；磷酸钾0％～2％；硝酸铋0.01％～1％；十六烷基三甲基溴化铵0.01％～1％；全氟表面活性剂0.01％～1％；余量为去离子水。

本例中采用聚丙烯PP接枝微孔隔膜对镍正电极片进行组叠隔离；采用已作亲水处理的芳纶PPTA/PMIA接枝微孔隔膜对锌负电极片进行组叠隔离。

实施中上述锌负电极浆料的材料配方、镍正电极浆料的材料配方、电解液的材料配方可以任意搭配使用。

本例中容器(电池壳)、电池盖、端子、排气控制阀等部件采用外购配件。

本例中，所述锌镍电池的充电方式采用负脉冲充电的方式。

如图1所示，所述锌负电极片和镍正电极片、隔膜组叠成极群，装入电池壳密封、注入电解液，经充电化成、质检后成品入库。

如图2所示，本发明得到的镍锌电池循环周期为600次。

上述的实现方式仅是为了清楚的说明本发明的技术方案，而不能理解为对本发明做出任何限制。本发明在本技术领域具有公知的多种替代或者变形，在不脱离本发明实质意义的前提下，均落入本发明的保护范围。

Claims

1.一种镍锌电池，是由锌负电极、镍正电极、电解液、隔膜和容器组成的一种碱性蓄电池，其特征在于，所述电解液由氢氧碱、缓蚀剂、表面活性添加剂、氧化锌、去离子水组成；

所述缓蚀剂为选自硼酸盐、磷酸盐、钼酸盐、醋酸盐、硝酸盐、氟化物中的一种或多种；

2.如权利要求1所述的镍锌电池，其特征在于，所述电解液的质量配比为：氢氧碱15％～35％、缓蚀剂0.1％～10％、表面活性添加剂0.01～5％、氧化锌适量加入至饱和、余量为去离子水。

3.如权利要求1或2所述的镍锌电池，其特征在于，所述锌负电极由载电体和锌浆料组成，所述锌浆料由活性物质材料、导电剂、粘结剂、添加剂和溶液组成；所述活性物质材料选自电解锌粉、氧化锌、锌酸钙中的一种或者多种；所述导电剂选自石墨烯、石墨、乙炔黑、碳粉、铜粉中的一种或多种；所述添加剂选自氧化镁、氧化铝、氧化铋、氧化铟、氧化铅、磷酸钾、硼酸钠、氢氧化钙中的一种或多种；所述粘结剂选自聚乙烯醇、聚四氟乙烯、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素中的一种或者是多种。

4.如权利要求3所述的镍锌电池，其特征在于，所述锌浆料的质量配比为：活性物质材料70％～95％、导电剂0.1％～5％、粘结剂0.1％～8％、添加剂0.1％～20％、溶液适量。

5.如权利要求1、2、4任一项所述的镍锌电池，其特征在于，所述镍正电极由镍浆料和载电体组成，所述镍浆料由活性物质材料、导电剂、粘结剂、添加剂、溶液组成；所述活性物质材料选自球形覆钴含锌氢氧化镍、氢氧化镍中的一种或二种；所述导电剂选自镍粉、羰基镍粉、氧化钴、石墨烯、石墨、乙炔黑、碳粉中的一种或多种；所述添加剂选自氧化钴、氢氧化钡中的一种或二种；所述粘结剂选自聚乙烯醇、聚四氟乙烯乳液、羧甲基纤维素中的一种或多种。

6.如权利要求5所述的镍锌电池，其特征在于，所述镍浆料的质量配比为：活性物质材料80％～95％、导电剂0.1％～10％、粘结剂0.1％～8％、添加剂0.1％～10％、溶液适量。

7.如权利要求1、2、4、6任一项所述的镍锌电池，其特征在于，所述隔膜选自下列选项中的一种或多种：已作亲水处理的聚丙烯PP接枝微孔隔膜，已作亲水处理的PP/PE/PP复合接枝微孔隔膜，已作亲水处理的芳纶涂覆接枝微孔隔膜，已作亲水处理的芳纶PPTA/PMIA接枝微孔隔膜。

8.如权利要求1、2、4、6任一项所述的镍锌电池，其特征在于，所述镍正电极的载电体的材质选自泡沫镍、镍纤维毯、镍丝编织网带、镀镍三维冲孔钢带中的一种。

9.如权利要求1、2、4、6任一项所述的镍锌电池，其特征在于，所述锌负电极的载电体的材质选自泡沫铜、三维冲孔铜基带、编织铜网带中的一种。

10.如权利要求9所述的镍锌电池，其特征在于，所述泡沫铜、三维冲孔铜基带、编织铜网带的表面镀锡或镀铟。