CN112768694A - 镍氢电池正极浆料、镍氢电池正极片和镍氢电池 - Google Patents

镍氢电池正极浆料、镍氢电池正极片和镍氢电池 Download PDF

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Abstract

本申请公开了镍氢电池正极浆料、镍氢电池正极片和镍氢电池。该镍氢电池正极浆料包括正极活性物质和助剂，助剂包括定优胶和羧甲基纤维素。根据本申请实施例的镍氢电池正极浆料，至少具有如下有益效果：采用定优胶与羧甲基纤维素的组合作为正极浆料中的助剂使用，利用定优胶和羧甲基纤维素的组合所具有独特的流变性、良好的水溶性与耐水性以及对热及酸碱的稳定性，使其能够在镍氢电池的碱性环境中以极少的量提供对不溶性固体超强的悬浮性，大幅降低增稠剂和粘结剂这类助剂的用量，从而有效提高电池的正极活性物质利用率和电池循环寿命。

Description

镍氢电池正极浆料、镍氢电池正极片和镍氢电池
技术领域
本申请涉及镍氢电池技术领域，尤其是涉及镍氢电池正极浆料、镍氢电池正极片和镍氢电池。
背景技术
镍氢电池以吸氢负极取代了以镉金属为基础的负极，增加了单位体积的容量，消除了镉金属的毒性，因而作为一种环保二次可充放电池被广泛应用。镍氢电池的制备方法根据其制备过程的不同可以分为干法和湿法，湿法制备的性能一致性和稳定性好，因此普遍采用湿法工艺。湿法工艺制备镍氢电池正极的方法大致是将正极活性物质、导电剂、添加剂、增稠剂、粘结剂与纯水混合调制成浆料，通过旋转辊子结合浆料的自身流动性使其均匀填充在发泡镍基体中，然后烘干辊压形成正极极片。
目前正极湿法工艺的主流方法是采用聚丙烯酸和羟乙基纤维素作为增稠剂和粘结剂使用，虽然聚丙烯酸配合羟乙基纤维素在正极活性物质pH值在8～11时能够为浆料提供良好的悬浮性，但是在浆料pH值更高时，浆料容易沉降，并形成稳定沉淀，导致电池阻抗加大，缩短电池循环寿命；另一方面，为了保证悬浮性和流变性，聚丙烯酸和羟乙基纤维素的使用量较大，而这会增加电极阻抗，降低正极活性物质利用率。
发明内容
本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本申请提出一种具有较高的活性物质利用率且可以提高电池循环寿命的镍氢电池正极浆料、镍氢电池正极片和镍氢电池。
本申请的第一方面，提供镍氢电池正极浆料，该镍氢电池正极浆料包括正极活性物质和助剂，助剂包括定优胶和羧甲基纤维素。
根据本申请实施例的镍氢电池正极浆料，至少具有如下有益效果：
采用定优胶与羧甲基纤维素的组合作为正极浆料中的助剂使用，利用定优胶和羧甲基纤维素的组合所具有独特的流变性、良好的水溶性与耐水性以及对热及酸碱的稳定性，使其能够在镍氢电池的碱性环境中以极少的量提供对不溶性固体超强的悬浮性，大幅降低增稠剂以及粘结剂这类助剂的用量，从而有效提高电池的正极活性物质利用率和电池循环寿命。
根据本申请的一些实施例，以正极活性物质的质量份为100份计，助剂包括0.01～0.04质量份的定优胶和0.04～0.1质量份的羧甲基纤维素。
根据本申请的一些实施例，助剂还包括聚四氟乙烯。在将正极浆料涂覆到集流体上加工形成极片的过程中，聚四氟乙烯会形成纤维网状结构，对正极活性物质起到有效的包容和粘结作用，增强了电极的强度，延长了电极寿命。同时，在与上述的定优胶和羧甲基纤维素配合使用的过程中，可以以更少的粘结剂用量达到对应的粘结效果而避免阻抗增加，进一步延长电池的循环寿命、提高活性物质利用率。
根据本申请的一些实施例，以正极活性物质的质量份为100份计，助剂还包括0.18～0.3质量份的聚四氟乙烯。
根据本申请的一些实施例，助剂还包括导电剂。导电剂可以是本领域常用的镍氢电池正极导电剂，如石墨、炭黑、乙炔黑、碳纤维、包括铜、镍、铝、银、钴等金属粉末或金属纤维等。
根据本申请的一些实施例，以正极活性物质的质量份为100份计，助剂包括0.5～2质量份的导电剂。
根据本申请的一些实施例，助剂还包括一定含量的添加剂。添加剂可以是本领域常用的镍氢电池正极添加剂，如镍、钴、镱、钛、钇、铒、钡等元素的氧化物、氢氧化物等，具体可以例举出氧化亚钴、氢氧化亚钴、镱氧化物、钛氧化物、钇氧化物、铒氧化物、钡氧化物。通过上述元素的添加，提高正极的电化学性能。
根据本申请的一些实施例，添加剂为氧化钇。氧化钇的添加可以进一步提高镍氢电池的高温性能，有助于电池使用寿命的提升。
根据本申请的一些实施例，以正极活性物质的质量份为100份计，镍氢电池正极浆料包括100质量份的正极活性物质、0.5～2.5质量份的添加剂、0.5～2质量份的导电剂、0.01～0.04质量份的定优胶、0.04～0.1质量份的羧甲基纤维素和0.18～0.3质量份的聚四氟乙烯。
根据本申请的一些实施例，以正极活性物质的质量份为100份计，镍氢电池正极浆料包括100质量份的正极活性物质、0.5～2.5质量份的添加剂、0.5～2质量份的导电剂、0.01～0.04质量份的定优胶、0.04～0.1质量份的羧甲基纤维素、0.18～0.3质量份的聚四氟乙烯和22～31质量份的去离子水。
本申请的第二方面，提供镍氢电池正极片，该镍氢电池正极片由上述的镍氢电池正极浆料涂覆在正极集流体上制得。
根据本申请的一些实施例，正极集流体包括泡沫镍。泡沫镍的孔隙率较大，相同条件下可填充的正极浆料更多，制得的电池容量更大、放电时间更长。
本申请的第三方面，提供镍氢电池，该镍氢电池包括上述的镍氢电池正极片。
根据本申请的一些实施例，镍氢电池包括上述的镍氢电池正极片、镍氢电池负极片、隔膜和电解液。
本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
图1是本申请的一个实施例的正极活性物质利用率的检测结果。
图2是本申请的一个实施例的充放电循环的检测结果。
具体实施方式
以下将结合实施例对本申请的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本申请的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本申请的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本申请的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本申请保护的范围。
下面详细描述本申请的实施例，描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
在本申请的描述中，若干的含义是一个以上，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本申请的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本申请中的具体含义。
本申请的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
实施例1
本实施例提供一种镍氢电池正极浆料、镍氢电池正极片和镍氢电池。
该镍氢电池正极浆料包括100质量份的氢氧化镍(正极活性物质)、2质量份的氧化钇(添加剂)、1质量份的super P导电炭黑(导电剂)、0.03质量份的定优胶、0.04质量份的羧甲基纤维素、0.5质量份的聚四氟乙烯乳液(PTFE固含量60wt％)。
该镍氢电池正极片由上述镍氢电池正极浆料涂覆到泡沫镍集流体上制得。
该镍氢电池包括镍氢电池负极片、聚丙烯隔膜、电解液和上述的镍氢电池正极片。
上述镍氢电池正极浆料、镍氢电池正极片和镍氢电池的制备方法如下：
1.镍氢电池正极浆料的制备
(1)将22质量份的去离子水、2质量份的氧化钇和1质量份的super P导电炭黑混合，搅拌均匀形成分散液；
(2)依次将0.03质量份的定优胶、0.04质量份的羧甲基纤维素的固体粉末加入分散液中搅拌，待定优胶和羧甲基纤维素的固体粉末充分溶解后加入100质量份的氢氧化镍搅拌均匀，待氢氧化镍充分分散后加入0.5质量份的聚四氟乙烯溶液搅拌均匀得到镍氢电池正极浆料。
2.镍氢电池正极片的制备
将制得的镍氢电池正极浆料均匀涂覆泡沫镍(集流体)上，经过烘干、辊压、裁切等常规工序，制备得到正极片。同时记录正极片的上粉量为W。
3.镍氢电池的制备
(1)负极片的制备
将100质量份的负极活性物质储氢合金粉、5质量份的氧化钇(添加剂)，依次加入0.12质量份的羧甲基纤维素(增稠剂)、1.1质量份的丁苯橡胶乳液(浓度50wt％，粘结剂)和4质量份的去离子水混合搅拌成镍氢电池负极浆料。将镍氢电池负极浆料均匀涂覆在镀镍钢带(集流体)上，经过烘干、辊压、裁切等常规工序，制备得到负极片。
(2)电池的制备
将摩尔浓度为3.40mol/L的KOH、5.22mol/L的NaOH与0.27mol/L的LiOH溶液等体积均匀混合作为电解液。
将上述制备得到的镍氢电池正极片、镍氢电池负极片和聚丙烯隔膜卷绕放入圆形钢壳中，加入配制好的电解液，封口后经过化成制备得到镍氢电池。
对比试验
对比例1
本对比例提供一种镍氢电池，该镍氢电池与实施例1的区别仅在于，0.03质量份的定优胶和0.04质量份的羧甲基纤维素替换为重量百分比为0.06质量份的聚丙烯酸与0.16质量份的羟乙基纤维素。
采用70mA充电16h、140mA放电至1.0V的方式对对比例1和实施例1中的电池进行化成。正极活性物质利用率ρ用化成的放电容量除以上粉量表示。充放电循环的测试方法如下：700mA充电1.2h、700mA放电至1.0V，反复充放，直至电池容量衰减至首次放电容量的60％。
正极活性物质利用率的检测结果见图1。充放电循环检测结果见图2。从图1和图2的结果可以看出，相比于对比例，本申请实施例所提供的正极浆料减少了增稠剂和粘结剂的使用量，在保证有效悬浮性的同时，有效提高了镍氢电池的正极活性物质利用率和循环寿命。
实施例2
本实施例提供一种镍氢电池正极浆料，与实施例1的区别在于，定优胶为0.04质量份，羧甲基纤维素为0.1质量份。该镍氢电池正极浆料具有良好的电池的正极活性物质利用率和电池循环寿命。
实施例3
本实施例提供一种镍氢电池正极浆料，与实施例1的区别在于，定优胶为0.01质量份，羧甲基纤维素为0.092质量份。该镍氢电池正极浆料具有良好的电池的正极活性物质利用率和电池循环寿命。
实施例4
本实施例提供一种镍氢电池正极浆料，与实施例1的区别在于，定优胶为0.04质量份，羧甲基纤维素为0.079质量份，聚四氟乙烯乳液为0.3质量份。该镍氢电池正极浆料具有良好的电池的正极活性物质利用率和电池循环寿命。
实施例5
本实施例提供一种镍氢电池正极浆料，与实施例1的区别在于，定优胶为0.02质量份，羧甲基纤维素为0.06质量份，聚四氟乙烯乳液为0.3质量份。该镍氢电池正极浆料具有良好的电池的正极活性物质利用率和电池循环寿命。
实施例6
本实施例提供一种镍氢电池正极浆料，与实施例1的区别在于，定优胶为0.01质量份，羧甲基纤维素为0.04质量份，聚四氟乙烯乳液为0.3质量份。该镍氢电池正极浆料具有良好的电池的正极活性物质利用率和电池循环寿命。
采用对比实验中的方法对对比例1以及上述实施例1～6的镍氢电池正极浆料进行测试，以对比例1的各项数据为100％对其它各个实施例的相关数据进行换算，结果见表1。其中，本申请和实施例中增稠剂/粘结剂用量是指定优胶和羧甲基纤维素的用量之和，对比例1中增稠剂/粘结剂用量是指聚丙烯酸和羟乙基纤维素的用量之和，电池循环寿命以衰减至首次放电容量的60％时的充放电循环次数进行换算。
表1.正极活性物质利用率和电池循环寿命比较
增稠剂/粘结剂用量 正极活性物质利用率 电池循环寿命
本申请 23％-64％ 101％-105％ 120％-130％
实施例1 32％ 103％ 124％
实施例2 63％ 101％ 125％
实施例3 46％ 103％ 130％
实施例4 54％ 103％ 129％
实施例5 36％ 104％ 123％
实施例6 23％ 105％ 120％
对比例1 100％ 100％ 100％
从上述结果可以看出，本申请实施例所提供的镍氢电池采用上述实施例所提供的正极浆料后在大幅降低增稠剂与粘结剂的用量的同时，有效提高了电池正极活性物质利用率和电池的循环寿命。
上面结合实施例对本申请作了详细说明，但是本申请不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本申请宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (10)

1.镍氢电池正极浆料，其特征在于，包括正极活性物质和助剂，所述助剂包括定优胶和羧甲基纤维素。
2.根据权利要求1所述的镍氢电池正极浆料，其特征在于，以所述正极活性物质的质量份为100份计，所述助剂包括0.01～0.04质量份的所述定优胶和0.04～0.1质量份的所述羧甲基纤维素。
3.根据权利要求1至2任一项所述的镍氢电池正极浆料，其特征在于，所述助剂还包括聚四氟乙烯。
4.根据权利要求3所述的镍氢电池正极浆料，其特征在于，以所述正极活性物质的质量份为100份计，所述助剂还包括0.18～0.3质量份的所述聚四氟乙烯。
5.根据权利要求1至2任一项所述的镍氢电池正极浆料，其特征在于，所述助剂还包括导电剂。
6.根据权利要求5所述的镍氢电池正极浆料，其特征在于，以所述正极活性物质的质量份为100份计，所述助剂包括0.5～2质量份的所述导电剂。
7.根据权利要求1至2任一项所述的镍氢电池正极浆料，其特征在于，所述助剂还包括氧化钇。
8.镍氢电池正极片，其特征在于，由权利要求1至7任一项所述的镍氢电池正极浆料涂覆在正极集流体上制得。
9.根据权利要求8所述的镍氢电池正极片，其特征在于，所述正极集流体包括泡沫镍。
10.镍氢电池，其特征在于，包括权利要求8至9任一项所述的镍氢电池正极片。
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RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20210507

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