CN1828983A - 一种动力型圆柱密封锌镍碱性蓄电池锌负极的制备方法 - Google Patents

一种动力型圆柱密封锌镍碱性蓄电池锌负极的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明是一种动力型圆柱密封锌镍碱性蓄电池锌负极的制造方法。系以锌粉、锌酸钙和氧化锌为锌负极的主要材料，氧化铟、氧化铅、氧化铋、氧化钛为辅助材料，将其与由羧甲基纤维素钠、聚氧化乙烯、聚乙烯醇和羟丙基纤维素的水溶液组成的混合粘合剂配成负极浆；将冲孔铜带为骨架从负极浆中穿过，两面均匀粘上浆料，经烘干、辊压成规定的厚度，再在其表面涂敷一层石墨或活性炭，烘干后再在石墨或活性炭表面涂敷一层有机物，最后切成规定尺寸的锌负极片。用本发明制得的负电极片制成动力型圆柱密封锌镍蓄电池在不同倍率的电流充放电中，完全满足动力型电源的要求，在100多次充放电寿命循环过程中不漏电解液，不漏气体。

Description

一种动力型圆柱密封锌镍碱性蓄电池锌负极的制备方法
技术领域
本发明涉及碱性蓄电池技术领域，更具体地说，是一种动力型圆柱密封锌镍碱性蓄电池锌负极的制造方法。
背景技术
动力型圆柱密封锌镍碱性蓄电池以现行的成熟的镍电极为正极，以锌电极为负极，用多孔隔膜将镍电极和锌电极隔开，象动力型圆柱密封镉镍碱性蓄电池一样卷成极组，装入圆柱型金属外壳内，加入电解液，经封口密封而成。
这种动力型圆柱密封锌镍碱性蓄电池和动力型圆柱密封镉镍蓄电池的工作电压和重量比能量如表1所示[中南大学，《化学电源》，30-31及Joumal of power source，132(2004)275-281]。
表1
  电池体系   工作电压V   重量比能量Kh/Kg
  锌镍电池   1.60   55-85
  镉镍电池   1.20   15-40
由表1可以看出锌镍电池比同样尺寸镉镍电池的工作电压和重量比能量高30％以上，而且，由于用无毒的锌电极取代了有毒的镉电极，因此锌镍电池是无污染的绿色能源。
近年来，世界各国科学家和广大的工程技术人员，虽然对锌镍蓄电池投入了大量的人力和物力，但是由于锌电极没有镉电极那样成熟，那样稳定，因为锌是两性物质，在碱性溶液中存在着以下几种情况：
a、锌枝晶在碱中生长速度极快，容易穿透隔膜到镍电极，造成正负极相连，电池失效。
b、氧化锌在碱中溶解形成Zn(OH)4 2-，渗透到电解液中，Zn(OH)4 2-比较重，由锌电极的上部迁移到锌电极的下部，再次充电时Zn(OH)4 2-重新变成Zn而沉积在锌电极的下部，这就是所谓的锌电极的变形迁移，造成锌电极上部活性物质少而下部多，从而容量衰减，缩短电池寿命。
c、充电产物金属锌的自溶，造成电池容量下降，产生氢气，致使电池气账，给密封增加难度。
d、电解液中的Zn(OH)4 2-渗透到镍电极中，在镍电极中形成ZnO而阻塞镍电极通道，导致镍电极容量下降。
因此，对动力型圆柱密封锌镍碱性蓄电池的锌电极的改进就非常重要。
发明内容
本发明的目的是克服已有技术的缺点，提出一种动力型圆柱密封锌镍碱性蓄电池的新的锌电极。
本发明提供的锌电极是通过下述方法制得：
(1)配制0.5-2％的聚氧化乙烯水溶液、1-3％的羧甲基纤维素钠水溶液、1-8％的聚乙烯醇水溶液和1-4％的羟丙基纤维素的水溶液。所述的浓度均为重量百分浓度；
(2)将60-90份锌粉、50-70份锌酸钙、0.2-2份氧化铅、0.1-1份氧化铟、1-5份氧化铋和0.5-4份氧化钛混合均匀，得到混合粉，所述的份数均为重量份数；
(3)称取步骤(1)已经配制好的19份聚氧化乙烯水溶液，16份羧甲基纤维素钠水溶液，14份聚乙烯醇水溶液和9份羟丙基纤维素的水溶液，放在一个容器中，用50-100转/分转速的搅拌器搅拌均匀，得到混合粘合剂，所述的份数为重量份数；
(4)将步骤(2)的混合粉100份，慢慢加入到步骤(3)中的混合粘合剂中，用50-100转/分转速搅拌器搅拌，1-3小时即成浆液；
(5)将表面去油的冲孔紫铜骨架从步骤(4)所配制的浆液中穿过，使两面均匀的粘上浆，再通过刮刀刮去富余的浆，经烘干、辊压使其厚度为0.4-0.6mm，再根据电池的不同规格裁切成锌负极片，所述的冲孔紫铜骨架的孔径为1.5mm，孔中心距为2mm；
(6)用喷敷法在步骤(5)锌电极片的表面上喷上石墨或活性炭，厚度为0.3-2微米，烘干后再喷敷一层5-10％的聚四氟乙烯乳液，防止活性炭或石墨脱落，厚度为0.1-1微米，再次烘干而成。
本发明的优点
采用本发明制造的锌负极片配以现行的成熟的烧结镍正极片和聚乙烯辐射接枝复合膜(中国上海物理应用所生产)做成的动力型圆柱密封锌镍碱性蓄电池具有以下优点：
a.该动力型圆柱密封锌镍碱性蓄电池，在不同倍率的电流充放时，电池不漏电解液，不漏气体。
b.该动力型圆柱密封锌镍碱性蓄电池在长达100多次充放电寿命循环过程中不漏电解液不漏气体。
c.该动力型圆柱密封锌镍碱性蓄电池进行1倍率、5倍率、10倍率等大电流放电满足了动力型电源的要求(见表2)。
具体实施方式
下面通过具体实例进一步说明本发明的特点。
实施例1
(1)称取聚氧化乙烯2g，加水98g配成2％的水溶液；称取羧甲基纤维素钠2.5g，加水97.5g配成2.5％的水溶液；称取聚乙烯醇6g，加水94g配成6％的水溶液；称取羟丙基纤维素3g加水97g配成3％的水溶液；
(2)称取聚氧化乙烯水溶液19g、羧甲基纤维素钠水溶液9.5g、聚乙烯醇水溶液14g、羟丙基纤维素水溶液9g放于同一个容器中，用搅拌器搅拌均匀，得到混合粘合剂；
(3)称取锌粉60g，锌酸钙50g，氧化铅1g，氧化铟0.2g，氧化铋1.5g，氧化钛0.6g，混合均匀，得到混合粉，取100g混合粉，在搅拌情况下慢慢加入步骤(2)的混合粘合剂溶液中，搅拌2小时。得到浆液；
(4)取步骤(3)浆液均匀涂敷在冲孔铜带骨架两面，经烘干、辊压至厚度为0.4-0.6mm，再在其表面涂敷一层0.5-1微米的石墨，烘干后后喷敷一层5％的聚四氟乙烯乳液，厚度为0.5微米，再次烘干而成锌负极片。
将上述锌极片配以成熟的现行生产的烧结镍正极片和聚乙烯辐射接技复合膜卷成极组装入钢壳，加入氢氧化钾电解液，经封口而成动力型圆柱密封锌镍碱性蓄电池
实例2
称取1.5％的羟丙基纤维素水溶液19g，称取2.3％的羧甲基纤维素钠水溶液16g和7％的14g聚乙烯醇水溶液和2.5％的羟丙基纤维素的水溶液放于同一个容器中，用搅拌器搅拌均匀，得到混合粘合剂；
称取锌粉70g，锌酸钙58g，氧化铟0.5g，氧化铅2g，氧化铋3g，氧化钛2g，混合均匀，得到混合粉，然后在搅拌情况下取100g混合粉慢慢加入上述混合粘合剂溶液中，搅拌3小时，以下再按实施例1的方法制成锌负极片最终制成动力型圆柱密封锌镍碱性蓄电池。
表2Zn-Ni电池和Cd-Ni电池不同倍率的放电电压
           1倍率放电            5倍率放电          10倍率放电
  时间(分钟)   Cd-Ni(V)   Zn-Ni(V)   时间(分钟)   Cd-Ni(V)   Zn-Ni(V)   时间(分钟)   Cd-Ni(V)   Zn-Ni(V)
  放电   1.351   1.681   放电   1.321   1.466   放电   1.260   1.400
  10   1.305   1.649   2   1.191   1.423   1   1.132   1.376
  20   1.260   1.606   4   1.183   1.401   2   1.105   1.322
  30   1.243   1.577   6   1.151   1.383   3   1.040   1.275
  40   1.235   1.553   8   1.050   1.352   4   0.852   1.240
  50   1.182   1.524   10   0.901   1.333   5   0.602   1.230
  55   1.152   1.508   11   0.750   1.287   6   1.000
  60   1.121   1.438   12   1.005
  65   0.600   1.300
从表2数据对比可以看出，同一型号电池在同一倍率放电时锌镍电池比镉镍电池工作电压和重量比能量均高出30％以上，说明本发明所制造的动力型圆柱密封锌镍碱性蓄电池锌负极片完全符合动力型的要求。

Claims (1)

1、一种动力型圆柱密封锌镍碱性蓄电池锌负极的制备方法，其特征在于制备过程包括下列步骤：(1)配制0.5-2％的聚氧化乙烯水溶液、1-3％的羧甲基纤维素钠水溶液、1-8％的聚乙烯醇水溶液和1-4％的羟丙基纤维素的水溶液，所述的浓度均为重量百分浓度；
(2)将60-90份锌粉、50-70份锌酸钙、0.2-2份氧化铅、0.1-1份氧化铟、1-5份氧化铋和0.5-4份氧化钛混合均匀，得到混合粉，所述的份数均为重量份数；
(3)称取步骤(1)已经配制好的19份聚氧化乙烯水溶液，9.5份羧甲基纤维素钠水溶液，14份聚氧化乙烯醇水溶液和9份羟丙基纤维素的水溶液，放在一个容器中，用50-100转/分转速的搅拌器搅拌均匀。得到混合粘合剂，所述的份数为重量份数；
(4)将步骤(2)的混合粉100份，慢慢加入到步骤(3)中的混合粘合剂中，用50-100转/分转速搅拌器搅拌，1-3小时即成浆液；
(5)将表面去油的冲孔紫铜骨架从步骤(4)所配制的浆液中穿过，使两面均匀的粘上浆，再通过刮刀刮去富余的浆，经烘干、辊压使其厚度为0.4-0.6mm，再根据电池的不同规格裁切成锌负极片，所述的冲孔紫铜骨架的孔径为1.5mm，孔中心距为2mm；
(6)用喷敷法在步骤(5)锌电极片的表面上喷上石墨或活性炭，厚度为0.3-2微米，烘干后再喷敷一层5-10％的聚四氟乙烯乳液，厚度为0.1-1微米，再次烘干而成。
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