CN1269615A - 高温镍氢电池及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高温镍氢电池及其制造方法,通过在Ni(OH)2正极中添加相对于Ni(OH)2重量0.1—15wt%钛元素添加剂,大大改善了镍氢电池的高温充电效率,在50℃以上温度充电效率达到95%,本发明的镍氢电池适合于50℃或更高温度条件下使用。

Description

高温镍氢电池及其制造方法
本发明涉及一种高温镍氢电池及其制造方法。
目前，镍氢电池构成一般是氢氧化镍镍正极、储氢合金负极与隔膜一起形成电极对，采用KOH为电解液。上述镍正极是由活性物质Ni(OH)2、导电剂、粘结剂和水混合搅拌成浆料，填充在耐碱基板中制造而成的。
采用上述正极的镍氢电池，在充电时正极发生以下两个反应——反应(1)和反应(2)。反应(1)是正极Ni(OH)2的充电反应；反应(2)是氧气的生成反应。随着温度的升高，反应(2)的电位下降，引起反应(2)与反应(1)的电位差减小。
    (1)
            (2)
两个反应竞争的结果引起了上述正极充电效率低下，在50℃时电池充电效率只有50-60％，严重影响了高温下电池的性能。
日本专利特开平8-31448公开了一种高温电池及其制造方法，在镍正极物质中加入CeO2、Ce(OH)3、Ce(OH)4·H2O、Nd2O3、Nd(OH)3等添加剂改善正极充电效率，在45℃时，电池充电效率达80-90％，但还未能达到更好的高温性能。随着镍氢电池在高温条件下使用领域的不断增加，对电池高温性能要求更高，本发明正是基于此而做出。
本发明的目的是提供一种在高温条件下使用的镍氢电池；
本发明的目的是提供一种在高温条件下使用的镍氢电池的制造方法；
本发明的高温镍氢电池包括由基板和附着在基板上的正极物质组成的正极板、由基板和附着在基板上的负极物质细成的负极板、隔膜片、电解液、钢壳、组合盖帽，正极基板选自发泡镍、纤维镍或多孔钢带基板，正极物质组成包括球形氢氧化镍活性物质、导电剂、黏合剂、添加剂等，其中导电剂选自包括镍粉、碳粉、乙炔黑、石墨粉、镉粉、锌粉、钴锌合金粉、钴粉、CoO、Co2O3、Co(OH)2、Co(OH)3等至少一种，黏合剂选自包括PTFE、CMC、MC、PVA等至少一种，添加剂选自能在大于40℃的较高温度对镍电极充电过程氧气生成反应电位下降有抑制作用的钛元素添加剂。
本发明的高温镍氢电池正极物质中钛元素添加剂选自金属钛、Ti(OH)2、Ti(OH)3、TiO、Ti2O3、TiO2、Ti3O5钛酸盐、钛盐其中至少一种，该钛元素添加剂在正极物质中对球形氢氧化镍活性物质重量含量优选为0.1-15.0wt％。
本发明的高温镍氢电池正极物质中钛元素添加剂在正极物质中对球形氢氧化镍活性物质重量含量更优选为1.0-5.0wt％。
本发明的高温镍氢电池的负极基板选自发泡镍、纤维镍或多孔钢带基板，负极物质组成包括AB5或AB2系储氢合金活性物质、导电剂、黏合剂等，导电剂选自镍粉、碳粉、乙炔黑、石墨粉、镉粉、锌粉、钴锌合金粉、钴粉、CoO、Co2O3、Co(OH)2、Co(OH)3等至少一种，黏合剂选自PTFE、CMC、MC、PVA等至少一种。
制造本发明的高温镍氢电池的方法，其包括：
(1)制造正极板：称量计量的氢氧化镍、导电剂、钛元素添加剂、
   黏合剂和水混合，搅拌均匀后，机械填充到已焊接有极耳正
   极基板上，烘干，碾压至所需电极厚度，切成设计的尺寸，
   待用；
(2)制造负极板：称量计量的储氢合金粉、导电剂、黏合剂和水
   制造本发明的高电剂、黏合剂和水混合，搅拌均匀后，机械
   填充到已焊接有极耳负极基板上，烘干，碾压至所需电极厚
   度，切成设计的尺寸，待用；
(3)将正极板、隔膜、负极板叠放并压紧，或卷绕成圆柱型后，
   装入方型或圆柱型钢壳中；
(4)焊接好电极，注入计量的电解液，封口；
(5)电池化成；
(6)电池组装。
采用本发明的高温镍氢电池的制造方法制备本发明的高温镍氢电池，由于在正极中添加了钛元素添加剂，特别是在正极物质中对球形氢氧化镍活性物质重量含量大于0.1wt％时，在高温状态下，使氢氧化镍正极的氧气的生成反应 (2)电位显著升高，这就导致了反应 (1)的充分进行，NiOOH的生成量增加，使上述正极的充电效率明显提高，在50℃或更高温度下的充电效率达到95％，满足电池在高温条件下使用的性能要求。
图1是本发明的高温镍氢电池剖面图；
图2是制造本发明的高温镍氢电池的流程图；
图3是钛元素添加剂加入量与电池充电效率关系曲线图。
下面结合附图对本发明的高温镍氢电池进行详细说明：
按重量称量90份的球形Ni(OH)2粉末，10份CoO粉末，1份TiO2粉末混合，加入0.3份的CMC和1.0份的PTFE，与45份水混合搅拌，填充到发泡镍基板中，干燥压紧，裁制成正极片1；
按重量称量95份AB5系的MnNi3.7Co0.7Mn0.3Al0.3(其中Mn为混合稀土)储氢合金粉末，4份碳粉，1份CMC，与水50份混合搅拌，填充在发泡镍中，干燥压紧，裁制成负极片3；
接着，把上面制作好的负极片3与正极片1配合，中间用改性聚丙烯隔膜片2分隔，卷绕后置于园柱形钢壳4中，注入KOH，NaOH和LiOH的混合碱性电解液，焊接上组合盖帽5，封口，作成如图1所示的AA型镍氢电池。
上面作成的电池在室温下化成，并进行充分的循环至容量稳定。在室温0.06C充24小时，用1.0C放至1.0V，得到容量C0；在55℃用同样的充放制度得到容量C1。利用式F＝C1/C0计算出电池充电效率；
按上述操作方法分别以0.1、3、5、15、0份TiO2代替1份TiO2添加而制成镍氢电池并计算出充电效率，其结果用钛添加剂加入量与电池充电效率关系曲线表示在图3中。
再以Ti、NaTiO2代替TiO2添加而制成镍氢电池并计算出充电效率，其结果表示在图3中。
结果表明，在氢氧化镍正极中添加钛元素添加剂对镍氢电池的高温充电效率有明显的提高。

Claims (6)

1.一种高温镍氢电池，包括由基板和附着在基板上的正极物质组成的正极板(1)、由基板和附着在基板上的负极物质组成的负极板(3)、隔膜片(2)、钢壳(4)、组合盖帽(5)，其特征是：所述正极基板选自发泡镍、纤维镍或多孔钢带基板，所述正极物质组成包括球形氢氧化镍活性物质、导电剂、黏合剂、添加剂等，其中导电剂选自包括镍粉、碳粉、乙炔黑、石墨粉、镉粉、锌粉、钴锌合金粉、钴粉、CoO、Co2O3、Co(OH)2、Co(OH)3等至少一种，黏合剂选自包括PTFE、CMC、MC、PVA等至少一种，添加剂选自能在大于40℃的较高温度对镍电极充电过程氧气生成反应电位下降有抑制作用的钛元素添加剂。
2.根据权利要求1所述的高温镍氢电池，其特征是：所述的钛元素添加剂选自金属钛、Ti(OH)2、Ti(OH)3、TiO、Ti2O3、TiO2、Ti3O5钛酸盐、钛盐其中至少一种。
3.根据权利要求1或2所述的高温镍氢电池，其特征是：所述的钛元素添加剂添加剂在正极物质中对球形氢氧化镍活性物质重量含量为0.1-15.0wt％。
4.根据权利要求1或2所述的高温镍氢电池，其特征是：所述的正极添加剂在正极物质中对球形氢氧化镍活性物质重量含量为1.0-5.0wt％。
5.根据权利要求1或2所述的高温镍氢电池，其特征是：所述负极基板选自发泡镍、纤维镍或多孔钢带基板，所述负极物质组成包括AB5或AB2系储氢合金活性物质、导电剂、黏合剂等，导电剂选自镍粉、碳粉、乙炔黑、石墨粉、镉粉、锌粉、钴锌合金粉、钴粉、CoO、Co2O3、Co(OH)2、Co(OH)3等至少一种，黏合剂选自PTFE、CMC、MC、PVA等至少一种。
6.制造一种如权利要求1所述的高温镍氢电池的方法，其包括：
(1)制造正极板：称量计量的氢氧化镍、导电剂、钛元素添加剂、   黏合剂和水混合，搅拌均匀后，机械填充到已焊接有极耳正极基板上，烘干，碾压至所需电极厚度，切成设计的尺寸，待用；(2)制造负极板：称量计量的储氢合金粉、导电剂、黏合剂和水混合，搅拌均匀后，机械填充到已焊接有极耳负极基板上，烘干，碾压至所需电极厚度，切成设计的尺寸，待用；(3)将正极板、隔膜、负极板叠放并压紧，或卷绕成圆柱型后，装入方型或圆柱型钢壳中；(4)焊接好电极，注入计量的电解液，封口；(5)电池化成；(6)电池组装。
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