CN1300114A - 一种用于镍氢可充电池的电解质溶液 - Google Patents

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杨勇
林祖赓
吴勋
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Abstract

涉及一种电解质溶液。其组成为30%KOH+l%LiOH,还加入浓度范围为0.005～0.05mol/L的氟化钠。可同时实现电池具有高的初期容量及较好的循环稳定性,避免了在制备电极前增加一道对储氢合金进行表面处理的工艺,简单易行。用于镍氢可充电池。

Description

一种用于镍氢可充电池的电解质溶液
本发明涉及一种电解质溶液。
镍氢电池是80年代末发展起来的新型蓄电池，它在便携式电器(如移动电话、笔记本电脑、摄像机等)与电动汽车动力电池等方面有着广泛的应用及良好的发展前景。对此人们最关心的关键问题之一是提高电池的初期放电容量及循环寿命。人们曾对储氢合金(或称金属氢化物)负极的表面处理(如通过金属包覆及无机阴离子处理)来达到提高负极性能的初期放电容量及循环寿命的目的。F.J.Liu等(J.Alloys and Compounds,1995,231:742)提到采用F-溶液处理可明显改善AB5(如LaNi5系或A2B(如Mg2Ni)的储氢活性及材料在空气中的稳定性，但并未给出F-溶液的具体处理步骤。Y.M.Sun等(J.Alloy and Compound,1997,253:520)也研究了利用F-处理溶液的实验研究。已有报道均为在制备电极前，对电极材料(即储氢合金)采用不同的含F-处理溶液进行预处理。然而，大量的实验发现，要同时实现提高电极的初期放电容量及循环寿命，单靠对负极材料的一次性处理是不够的，因为在负极材料的多次充放电循环中，通过一次性处理所形成的负极材料的表面膜会不断地变薄以致消失，从而导致其原有性能将衰退与消失。另外，从电池的实际工艺上看，增加一次表面处理过程将增加一道工序，从而导致电池生产成本增加。
现有的镍氢电池的电解质溶液的组成一般为30％KOH+1％LiOH。由于储氢合金负极在这种溶液的长期充放电循环中，易产生氧化及粉化，因此寻求新的电解质溶液配方是本领域长期努力探索的一个方向。
本发明的目的在于提供一种可直接提高电池的初期容量并实现电池高循环稳定性的用于镍氢可充电池的电解质溶液。
用于镍氢可充电池的电解质溶液的配方是在已有的镍氢可充电池的电解质溶液中加入一定浓度范围内的某些无机物，例如氟化钠，其浓度范围为0.005～0.05 mol/L。最佳浓度为0.01 mol/L。
本发明的主要优点是在电解液中直接加入无机物以后，可同时实现电池具有高的初期容量及较好的循环稳定性，避免了在制备电极前增加一道对储氢合金进行表面处理的工艺，与原有的表面处理工艺相比较，本发明简单、易行。以下附图和实施例将对本发明作进一步说明。
图1为电解液中添加不同浓度的氟化钠合金电极1放电比容量随充放电循环次数增加的变化曲线。
图2为电解液中添加0.01 mol/L的NaF(三普)电极放电比容量随充放电循环次数增加的变化曲线。
实施例1：采用合金电极1的组成为La0.54Ce0.32Pr0.03Nd0.11Ni3.5Co0.8Mn0.4Al0.3。电极制备过程采用常规的涂抹法。合金材料的充放电性能采用模拟电池进行评价。如图1所示，其中充放电倍率约为0.1C，充电量为电极放电量的125％，放电截止电压为-0.60V(vs.Hg/HgO)。另为了更清楚分辨实验数据的差异，部分曲线段已被分别放大并示于图上。电解液中添加不同的浓度氟化钠后合金电极1的充放电循环特性(～25℃)如表1所示，其中包括电极的最大稳定容量，电极循环500次后的容量以及电极容量的衰减率。
表1
合金电极 氟离子(NaF)的添加浓度/mol·L-1 放电容量/mAh·g-1 衰退速率/％
最高放电容量(所需循环次数) 500次后的放电容量
1 空白0.010.050.1 268.3(22)289.9(16)270.8(20)214.3(14) 233.1258.5245.1202.7 13.1410.699.545.42
2 空白0.01 265.59(30)298.7(22) 217.8261.2 17.9612.54
从图1和表1可以看出，与未处理的电极相比，电解液中添加0.01 mol/L NaF的电极具有最高的稳定容量，电解液中添加0.05 mol/L的电极与未经处理电极的最高稳定容量差别不大，而电解液中添加0.1 mol/L的电极却出现了较小的最高稳定容量。随着充放电循环次数的增加各组电极的容量均逐渐衰减，但各个电极的衰减速率不同。对比表1电极容量的衰减速率情况，可以看出各电极之间的衰减速率是随着添加氟离子浓度的增大而逐渐减小，即未经处理电极＞0.01 mol/L NaF＞0.05 mol/L NaF＞0.1 mol/L NaF。可见电解液中添加一定浓度的氟化物后改善了电极的贮氢性能，提高了最高稳定容量，并且使电极容量衰减速率得到减小。在具体的数值上，由于电解液中添加0.01 mol/L NaF电极的最高稳定容量较未经处理电极的最高稳定容量高出约8％，经500次循环后电解液中添加0.01 mol/L NaF电极的容量仍比未经处理电极的容量高出约10％，从而体现出较好的循环容量和循环稳定性。另外，实验表明，在所研究的氟离子浓度范围内，氟离子对Ni(OH)2/NiOOH正极没有明显的影响。
实施例2：采用同样的工艺条件制备粉末合金电极2(组成为La0.54Ce0.22Pr0.08Nd0.16Ni2.7Co1.90Mn0.25Al0.15)，在电解液中添加0.01 mol/L NaF后的各方面性能指标如图2所示，并在表1中予以归纳。
从图2和表1同样可以看出，电解液中添加0.01 mol/L NaF后，电极的最高稳定容量得到提高，电极的容量衰减速率减小，同时电解液中添加0.01 mol/L NaF电极的最高稳定容量较未经处理电极的最高稳定容量高出约11％，经500次循环后电解液中添加0.01 mol/L NaF电极的容量仍比未经处理电极的容量高出约17％。这些结果与合金电极1得到的结果类似。
实施例3：本发明还对在先对储氢合金材料表面预处理条件(如弱酸性的包镍处理，见《电化学》，1997，3(4)：66，或不同温度的活化处理)下，不同合金在新型电解质溶液中的性能进行了研究。实验结果表明，在合适的氟离子浓度下，其初期充放电性能及循环稳定性亦有一定的提高。

Claims (2)

1.一种用于镍氢可充电池的电解质溶液，其组成为30％KOH+1％LiOH，其特征在于加入浓度范围为0.005～0.05 mol/L的氟化钠。
2．如权利要求1所述一种用于镍氢可充电池的电解质溶液，其特征在于所说的氟化钠的浓度范围为0.01 mol/L。
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CN108682901A (zh) * 2018-06-01 2018-10-19 河南省恒明新能源有限公司 一种大容量双袋式铁镍电池
CN108682902A (zh) * 2018-06-01 2018-10-19 河南省恒明新能源有限公司 一种大容量方形氢镍电池
CN108711642A (zh) * 2018-06-01 2018-10-26 河南省恒明新能源有限公司 一种单袋式大功率长寿命氢镍电池

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CN108682902B (zh) * 2018-06-01 2020-06-09 河南省恒明新能源有限公司 一种大容量方形氢镍电池
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