CN1216405A - 碱性二次镍氢电池的正负极材料及电池制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于涉及可充电二次电池及制造领域。本发明所述的镍氢电池的负、正极材料分别由MmNi3.4(Mn、Co、Al、Ti)1.6、Ni(OH)2与导电材料和添加剂组成的混合物。其电池的制造方法是首先将负、正极材料混合物分别与聚合粘结剂及水调配成负、正极膏状物,再将此膏状物涂敷在导电基片上,成为负、正极板,负、正极板以隔膜材料相隔,并卷绕成电池芯,装入相应的电池筒中,注入所需电解液,封口后即成为所述的电池。

Description

碱性二次镍氢电池的正负极材料及电池制造方法
本发明可涉及可充电二次电池及其制造领域。主要适用于制造碱性二次镍氢电池。
近几年来，由于镍--金属氢化物蓄电池具有高容量比、无污染、使用寿命长和工作温度宽等优点，得到了广泛的应用。在这类电池中，作为负极主要材料的储氢合金能够稳定地吸收和储存数倍于自身体积的氢(常温常压下以气体计算)，而且作为能源能够安全地储存和运输。利用储氢合金电化学吸放氢的特性及电催化作用研制充电电池是目前化学电源中最活路的领域之一。
在现有技术中，二次镍氢电池的正极材料以Ni(OH)2为主，负极材料以混合稀土镍锰钴铝合金为主，并配与其它材料，由此而制作的电池的性能仍不太理想，特别是在高倍率下放电，1.2V容量占总容量偏低(中国专利ZL92102795.8、ZL92102550.6)。
在二次储氢电池的现有生产工艺中，对卷绕成的或相叠成的电池需要进行三次开口化成，需要大量的电解液，并且开口化成时，电解液对设备会造成腐蚀，对工作人员的身体也有影响，而且还需对这些电解液进行环保处理，否则对环境造成污染。
本发明的目的在于提供一种电池性能更优异的，其制造方法简单、成本低、无污染的碱性二次镍氢电池的负、正极材料及电池制造方法。
根据上述目的，本发明的技术方案是：在负正极材料中加入稀土氧化物和导电材料，提高电池性能；在制造方法中，采用直接往装有电池芯的电池筒中注入定量的所需的电解液，并立即封口等。
 现分述如下：
本发明所述的二次镍氢电池的负、正极材料的化学成分如下：
负极材料的化学成分(重量％)为：
储氢合金MmNi3.4(Mn、Co、Al、Ti)1.6 65-98％，导电材料1-20％，添加剂0.01-15％；
正极材料的化学成分(重量％)为：
Ni(OH)2 65-98％，导电材料1-20％，添加剂O.01-15％。
其中导电材料为镍粉、石墨粉、乙炔黑、CoO、Co(OH)2、CoCO3中任一种或任两种以上。
添加剂至少为稀土Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu的氧化物中任一种。
(1)负极板和正极板的制作
首先根据负极材料和正极材料的化学成分范围分别进行配料，并制成粉末，分别放入混料机中混合均匀，然后将混合均匀的负极材料和正极材料混合物分别与聚合粘结剂及水混合，制成负极膏状物和正极膏状物，再将负极膏状物及正极膏状物分别涂敷在导电基片上，干燥后按预定形状成形为负极板和正极板；
负极膏状物的成分配比(重量％)为：负极材料混合物80-90％，聚合粘结剂3-10％，水7-10％；
正极膏状物的成分配比(重量％)为：正极材料混合物75-85％，聚合粘结剂6-13％，水9-12％。
其中，聚合粘结剂为羧基甲基纤维素、甲基纤维素、聚四氟乙烯、聚乙烯醇、聚丙烯酸钠中任一种或任两种以上。
导电基片为二维基体金属材料或三维基体材料中的任一种。
二维基体金属材料为由金属镀镍、热涂覆镍或纯镍三种材料中的冲孔金属带、气拉网或丝网中任一种。
三维基体金属材料为毡状多孔状金属或海绵多孔状金属中的任一种。
(2)卷绕电池芯
在制作好的负、正极板之间以隔膜材料相隔，然后用卷绕机卷成筒状或其它形状紧密相叠的电池芯，并将电池芯装入形状一致的电池筒中。
(3)电池筒中加入电解液
将电解液KOH、NaOH或LiOH中任一种或任两种以上之和加入装有电池芯的电池筒中，根据电容量，每个电池电解液的加入量为1.5-2.7ml/Ah。
(4)电池封口
每个电池加入电解液后，将正极引线与电池盖帽焊合，并用封口机将电池封好，即制成本发明所述的碱性二次镍氢电池。
采用本发明所述的负、正极材料及制造方法所制备的二次镍氢电池具有优异的性能：AA型电池，0.5A放电，电池1.2V，保持时间达成125分钟，1A放电，电池1.2V，保持时间达58分钟。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)工艺简化，工作效率提高，现有技术需将电池芯放入电池筒(壳)后，再进行开口化成，本发明可以直接封口电池，无需开口化成，缩短了工艺周期。
(2)节约原材料，消除污染。现有技术在开口化成时需要大量电解液，用后大量的多余的电解液大部分作废液倒掉，既浪费原材料，又对设备和环境造成污染；本发明的电解液按需要量加入，无多余的，其用量为现有技术的10％-20％，既节省了原材料，又减少了污染，改善了工人的劳动强度和劳动环境。
(3)电池性能提高了，现有技术中的开口化成AA型电池，在0.5C倍率和1C倍率下放电，1.2V容量分别只占总容量的62.5％和53％；而本发明同一型号电池，在相同倍率下放电，1.2V容量占总容量的80％和76％。
实施例
按照本发明所述的负、正极材料的化学成分范围及制造方法制备了四批AA型碱性二次镍氢电池。
首先按化学成分范围配备负、正极材料，其具体的化学成分范围如表1、表2所示；接着按成分配比配备相应批号的负极膏状物和正极膏状物，并将它们分别涂敷在对应批号的导电基片上，待干燥后成形为片状的负极板和正极板。相应的负极膏状物、正极膏状物的成分配比及所采用的导电基片如表3所示。随后，在每一批号的负、正极板之间以隔膜材料相隔，并用卷绕机卷成圆筒形电池芯，装入形状一致的AA型电池筒中，所用隔膜材料为国产维尼纶短纤维。接着将电解液注入电池筒中，并将正极引线与电池盖帽焊合，用封口机将电池封好，成为最终的碱性二次镍氢电池。相应批号所用的电解液种类及加入量如表4所示。
电池做好后，测其性能，测量结果如表5所示。
表1实施例负极材料的化学成分(重量％)
批号 MmNi3.4(Mn、Co、Al、Ti)1.6     导电材料 添加剂
1 MmNi3.4Mn0.8Co0.6Al0.2        69 镍粉        28.5  PrO2.5
2 MmNi3.4Mn1.0Co0.3Al0.2Ti0.1  92 乙炔黑       6.5  NdO1.5
3 MmNi3.4Mn0.6Co0.8Al0.2        74 石墨粉       18.0  DyO8.0
4 MmNi3.4Mn1.0Co0.2Al0.4        80 CoO+乙炔黑  15.1  La2O34.9
表2实施例正极材料的化学成分(重量％)
批号 Ni(OH)2     导电材料     添加剂
    1     90     CoCO3     7  Y2O3    3.0
    2     69     石墨粉     20  Er2O3  11.0
    3     82     Co(OH)2   10  Ce2O3   8.0
    4     75     镍粉       18.6  Sm2O3   6.4
表3实施例负极、正极膏状物的成分配比及导电基片
Figure A9812527400071
注：表3中的负极材料混合物和正极材料混合物分别为表1、表2中相应批号的负极材料和正极材料。
表4实施例加入电池筒中的电解液种类和剂量(Ml)
表5实施例所制备碱性二次镍氢电池的特性
Figure A9812527400082

Claims (6)

1、一种碱性二次镍氢电池的负、正极材料，其特征在于：
(1)负极材料的化学成分(重量％)为：
储氢合金MmNi3.4(Mn、Co、Al、Ti)1.665-98％，导电材料1-20％，添加剂O.01-15％；
(2)正极材料的化学成分(重量％)为：
Ni(OH)2 65-98％，导电材料1-20％，添加剂0.01-15％。
2、根据权利要求1所述的负、正极材料，其特征在于导电材料为镍粉、石墨粉、乙炔黑、CoO、Co(OH)2、CoCO3中任一种或任两种以上。
3、根据权利要求1所述的负、正极材料，其特征在于添加剂至少为稀土Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu的氧化物中任一种。
4、一种碱性二次镍氢电池的制造方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
(1)负极板和正极板的制作
首先根据负极材料和正极材料的化学成分范围分别进行配料，并制成粉末，分别放入混料机中混合均匀，然后将混合均匀的负极材料和正极材料混合物分别与聚合粘结剂及水混合，制成负极膏状物和正极膏状物，再将负极膏状物及正极膏状物分别涂敷在导电基片上，干燥后按预定形状成形为负极板和正极板；
负极膏状物的成分配比(重量％)为：负极材料混合物80-90％，聚合粘结剂3-10％，水7-10％；
正极膏状物的成分配比(重量％)为：正极材料混合物75-85％，聚合粘结剂6-13％，水9-12％；
(2)卷绕电池芯
在制作好的负、正极板之间以隔膜材料相隔，然后用卷绕机卷绕成筒状或其它形状紧密相叠的电池芯，并将电池芯装入形状一致的电池筒中；
(3)电池筒中加入电解液
将电解液KOH、NaOH或LiOH中任一种或任两种以上之和加入装有电池芯的电池筒中，根据电池容量，每个电池需加入电解液的剂量为1.5-2.7ml/Ah。
(4)电池封口
每个电池加入电解液后，将正极引线与电池盖帽焊合，并用封口机将电池封好。
5、根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于聚合粘结剂为羧甲基纤维素、甲基纤维素、聚四氟乙烯、聚乙烯醇、聚丙烯酸钠中任一种或任两种以上。
6、根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于导电基片为二维基体金属材料或三维基体金属材料中任一种；
二维基体金属材料为由金属镀镍、热涂覆镍或纯镍三种材料的冲破孔金属带、气拉网或丝网中任一种；
三维基体金属材料为毡状多孔状金属或海绵多孔状金属中任一种。
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