CN204067512U

CN204067512U - 一种胶体电解液铁镍蓄电池

Info

Publication number: CN204067512U
Application number: CN201420331157.8U
Authority: CN
Inventors: 徐平; 金训岭
Original assignee: Hangzhou Niu Pu New Forms Of Energy Co Ltd
Current assignee: Zhejiang Gaoming Energy Saving Technology Co ltd
Priority date: 2014-06-19
Filing date: 2014-06-19
Publication date: 2014-12-31
Anticipated expiration: 2024-06-19

Abstract

本实用新型公开了一种胶体电解液铁镍蓄电池。它包括正极端子、负极端子、排气阀栓、正极极片组、负极极片组、隔膜、正极汇流连接条、负极汇流连接条、蓄电池槽、蓄电池槽盖、胶体电解液；胶体电解液铁镍蓄电池的正电极采用了烧结式或拉浆涂布式工艺，活性物质由氢氧化镍、导电石墨及添加剂组成。电池的负电极采用了烧结式或拉浆涂布式工艺，活性物质采用四氧化三铁、铁粉、导电石墨及添加剂组成。电解液是由氢氧化钾(KOH)水溶液、吸水性树脂聚丙烯酸钠（PAAS）及高分子材料聚乙烯醇(PVA)及添加剂混合而成。本实用新型可为市场提供一种失水率小、可大电流充放电、安全可靠、绿色环保的蓄电池，可满足低成本商品化应用的要求。

Description

一种胶体电解液铁镍蓄电池

技术领域

本实用新型涉及蓄电池，尤其涉及一种胶体电解液铁镍蓄电池。

背景技术

当前，可供电动车使用的电池主要有铅酸电池和锂离子电池。其中铅酸电池占据了主要市场，但这类电池比能量低,商品电池一般只能达到30Wh/Kg左右，循环寿命在300次左右，同时铅和镉是有毒金属，对环境有严重的污染，已被世界各国限制生产和使用。锂离子电池存在易燃易爆、材料中要使用稀土元素，有着成本太高的缺点。在石油资源日益紧缺，环保要求越趋严峻的情况下，电动车产业已成为世界各国和各地区重点发展的新兴战略产业，在这个环境背景下，急需开发一种在生产和使用过程对环境不产生污染、使用成本低、安全可靠、循环寿命长的环保绿色电池满足市场需求，同时还要求原材料来源广泛。

现有技术中，铁镍电池基本上还是延用电池极片为袋式、电解液为流动富液式的结构，由于该蓄电池的固有特性，使得蓄电池容易失水，不能大电流放电；另外，这种结构的电池运用在电动车上，电解液容易溢出，特别是在充电过程中，电解液会随气体带出，使得电解液加速干涸，影响使用效果。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提供一种胶体电解液铁镍蓄电池。

胶体电解液铁镍蓄电池包括正极端子、负极端子、排气阀栓、正极极片组、负极极片组、隔膜、正极汇流连接条、负极汇流连接条、蓄电池槽、蓄电池槽盖、胶体电解液；蓄电池槽上端设有蓄电池槽盖，蓄电池槽盖上设有正极端子、负极端子、排气阀栓，蓄电池槽内设有胶体电解液；多个正极极片和多个负极极片交替叠放，正极极片和负极极片中间用隔膜进行隔离，多个正极极片的极耳相连后构成正极极片组，多个负极极片的极耳相连后构成负极极片组，正极极片组和负极极片组构成单体蓄电池结构，并塞入蓄电池槽中，正极极片的极耳相连后连接到正极汇流连接条上，负极极片的极耳相连后连接到负汇流连接条上；正级汇流连接条上端部分作为正极端子，负汇流连接条上端部分作为负极端子。

所述的正极极片组的正极极片采用冲孔钢带作为集流基体，使用烧结工艺制备而成；或者用泡沫镍或镀镍冲孔钢带作为集流基体，活性物质组份由重量百比为84～90％的Ni(OH)₂、5～8％的石墨、3～5％的PVA、2～3％的CMC组成的浆料，经拉浆涂布、干燥、滚压工艺制备而成。

所述的负极极片组的负极极片是由泡沫镍或镀镍冲孔钢带作为集流基体，活性物质组份由重量百比为58～80％的Fe₃O₄、5～15％的金属Fe粉、1～5％的石墨、10～15％的FeS、3～5％的PTFE、1～2％的CMC组成的浆料，经拉浆涂布、干燥、滚压工艺制备而成。

所述的胶体电解液组份为5～9mol·L^-1的KOH、0.4～1.0mol·L^-1的LiOH、20～100g·L^-1的PAAS、3～8g·L^-1的PVA。

所述的隔膜为尼龙毡、维尼龙无纺布、聚乙烯辐射接枝膜或聚丙烯辐射接枝膜中的一种或几种。

本实用新型解决了传统铁镍电池不能大电流放电、比能量低的问题，特别是极片采用烧结或拉浆涂布工艺后，极片可以做的很薄，表观面积得以提高，适合大电流放电，充电效率进一步提高。同时使用胶体电解液后，使电解液处于胶质状态，减小了流动性，持水性得到提高，并降低了失水率，电池在意外倾斜时也不会发生溢出现象，减少了维护成本及延长了使用寿命。

附图说明

图1是胶体电解液铁镍蓄电池正视结构示意图；

图2是胶体电解液铁镍蓄电池侧视结构示意图。

具体实施方式

如图1、2所示，胶体电解液铁镍蓄电池包括正极端子1、负极端子2、排气阀栓3、正极极片组4、负极极片组5、隔膜6、正极汇流连接条7、负极汇流连接条8、蓄电池槽9、蓄电池槽盖10、胶体电解液11；蓄电池槽9上端设有蓄电池槽盖10，蓄电池槽盖10上设有正极端子1、负极端子2、排气阀栓3，蓄电池槽9内设有胶体电解液11；多个正极极片和多个负极极片交替叠放，正极极片和负极极片中间用隔膜6进行隔离，多个正极极片的极耳相连后构成正极极片组4，多个负极极片的极耳相连后构成负极极片组5，正极极片组4和负极极片组5构成单体蓄电池结构，并塞入蓄电池槽9中，正极极片的极耳相连后连接到正极汇流连接条7上，负极极片的极耳相连后连接到负汇流连接条8上；正级汇流连接条7上端部分作为正极端子1，负汇流连接条8上端部分作为负极端子2。

所述的正极极片组4的正极极片采用冲孔钢带作为集流基体，使用烧结工艺制备而成；或者用泡沫镍或镀镍冲孔钢带作为集流基体，活性物质组份由重量百比为84～90％的Ni(OH)₂、5～8％的石墨、3～5％的PVA、2～3％的CMC组成的浆料，经拉浆涂布、干燥、滚压工艺制备而成。

所述的负极极片组5的负极极片是由泡沫镍或镀镍冲孔钢带作为集流基体，活性物质组份由重量百比为58～80％的Fe₃O₄、5～15％的金属Fe粉、1～5％的石墨、10～15％的FeS、3～5％的PTFE、1～2％的CMC组成的浆料，经拉浆涂布、干燥、滚压工艺制备而成。

所述的胶体电解液11组份为5～9mol·L^-1的KOH、0.4～1.0mol·L^-1的LiOH、20～100g·L^-1的PAAS、3～8g·L^-1的PVA。

所述的隔膜6为尼龙毡、维尼龙无纺布、聚乙烯辐射接枝膜或聚丙烯辐射接枝膜中的一种或几种。

蓄电池槽9由高强度塑料或钢壳制成，可以是标称电压为1.2V的单体单元结构，也可以是由一个较大体积并被分隔成10个小空间的连体组合结构。组合结构中每个单元的正负电极与相邻单元形成串联的形式，组成标称电压为12V的蓄电池组。不论单体结构还是组合结构，其每个蓄电池单元槽盖10上均设有可单向导通的排气阀栓3，便于排出内部过高压力时的气体。

实施例1

1)采用泡沫镍或镀镍冲孔钢带作为集流基体，按84％的Ni(OH)₂、5％的导电石墨、3％的PVA、2％的CMC，加入去离子水混合搅拌，形成6000CP粘度的浆料，均匀涂于集流基体上，经恒温烘干后，以20MPa的压力进行辊压，经裁片后，用点焊机将极耳焊接到正极极片的一端，制得正极极片；

2)将泡沫镍或镀镍冲孔钢带作为集流基体，将58％的Fe₃O₄、5％的金属Fe粉、1％的石墨、10％的FeS、3％的PTFE、1％的CMC，加入去离子水混合搅拌，形成6000CP粘度的浆料，均匀涂于集流基体上，经恒温烘干后，以20MPa的压力进行辊压，经裁片后，用点焊机将极耳焊接到负极极片的一端，制得负极极片；

3)将5mol·L^-1的KOH、0.4mol·L^-1的LiOH、20g·L^-1的PAAS、3g·L^-1的PVA，加入到去离子水中，在搅拌的条件下配制成胶体电解液；

4)多个正极极片和多个负极极片交替叠放，正极极片和负极极片中间用隔膜6进行隔离，多个正极极片的极耳相连后构成正极极片组4，多个负极极片的极耳相连后构成负极极片组5，正极极片组4和负极极片组5构成单体蓄电池结构，并塞入蓄电池槽9中，正极极片的极耳相连后连接到正极汇流连接条7上，负极极片的极耳相连后连接到负汇流连接条8上，正级汇流连接条7上端部分和负汇流连接条8上端部分分别穿过设有O型密封圈和垫片的槽盖10，并用螺母固定，分别作为正极端子1和负极端子2，电池槽9和电池槽盖10之间须进行密封处理，从排气口处进行抽真空并注入胶体电解液，或者先加入胶体电解液后抽真空，在25℃的环境中搁置12h以上后，排气口装上排气阀栓3，对电池进行充电化成作业。化成参数为：以0.2C恒流充电8h，以0.2C恒流放电至单体电池电压1.0V截止为一个循环；重复三次循环完成化成作业。与传统电池比对试验结果：

结论：采用薄型化极片，增加了比表面积，电极间距的减小降低了内阻，增加了大电流充放电能力；胶体电解液中的吸水性材料提高了保水性能，同时减缓了氧气和氢气逸出的速度，在一定的压力下提高了内部氢氧化合的能力，使得充电效率比传统电池提高了26.4％。

实施例2

1)采用泡沫镍或镀镍冲孔钢带作为集流基体，按90％的Ni(OH)₂、8％的导电石墨、5％的PVA、3％的CMC，加入去离子水混合搅拌，形成10000CP粘度的浆料，均匀涂于集流基体上，经恒温烘干后，以30MPa的压力进行辊压，经裁片后，用点焊机将极耳焊接到正极极片的一端，制得正极极片；

2)用泡沫镍或镀镍冲孔钢带作为集流基体，将80％的Fe₃O₄、15％的金属Fe粉、5％的石墨、15％的FeS、5％的PTFE、2％的CMC，加入去离子水混合搅拌，形成10000CP粘度的浆料，均匀涂于集流基体上，经恒温烘干后，以30MPa的压力进行辊压，经裁片后，用点焊机将极耳焊接到负极极片的一端，制得负极极片；

3)将9mol·L^-1的KOH、1.0mol·L^-1的LiOH、100g·L^-1的PAAS、8g·L^-1的PVA，加入到去离子水中，在搅拌的条件下配制成胶体电解液；

4)多个正极极片和多个负极极片交替叠放，正极极片和负极极片中间用隔膜6进行隔离，多个正极极片的极耳相连后构成正极极片组4，多个负极极片的极耳相连后构成负极极片组5，正极极片组4和负极极片组5构成单体蓄电池结构，并塞入蓄电池槽9中，正极极片的极耳相连后连接到正极汇流连接条7上，负极极片的极耳相连后连接到负汇流连接条8上，正级汇流连接条7上端部分和负汇流连接条8上端部分分别穿过设有O型密封圈和垫片的槽盖10，并用螺母固定，分别作为正极端子1和负极端子2，电池槽9和电池槽盖10之间须进行密封处理，从排气口处进行抽真空并注入胶体电解液，或者先加入胶体电解液后抽真空，在45℃的环境中搁置12h以上后，排气口装上排气阀栓3，对电池进行充电化成作业。化成参数为：以0.2C恒流充电8h，以0.2C恒流放电至单体电池电压1.0V截止为一个循环；重复三次循环完成化成作业。与传统电池比对试验结果：

结论：采用薄型化极片，增加了比表面积，电极间距的减小降低了内阻，增加了大电流充放电能力；胶体电解液中的吸水性材料提高了保水性能，同时减缓了氧气和氢气逸出的速度，在一定的压力下提高了内部氢氧化合的能力，使得充电效率比传统电池提高了29.2％。

实施例3

1)采用镀镍冲孔钢带作为集流基体，将平均粒度3.0μm的羰基镍粉和3％的CMC水溶液粘合剂，按1:1的比例混合搅拌形成浆料，均匀涂于集流基体上，经恒温烘干后，在烧结炉中以850℃温度烧结5min形成基板，将基板在真空状态下浸渍于90℃、密度为1.65的Ni(NO₃)₂溶液中30min，取出淋干后浸入70℃、密度为1.25的NaOH溶液中进行化学反应，在基板微孔中沉淀出活性物质Ni(OH)₂，经洗涤干燥后，以5MPa的压力进行辊压，经裁片后，用点焊机将极耳焊接到正极极片的一端，制得正极极片；

2)以泡沫镍作为集流基体，将77％的Fe₃O₄、5％的金属Fe粉、3％的石墨、10％的FeS、3％的PTFE、2％的CMC，加入去离子水混合搅拌，形成8000CP粘度的浆料，均匀涂于集流基体上，经恒温烘干后，以20MPa的压力进行辊压，经裁片后，用点焊机将极耳焊接到负极极片的一端，制得负极极片；

3)将7mol·L^-1的KOH、0.6mol·L^-1的LiOH、20g·L^-1的PAAS、4g·L^-1的PVA，加入到去离子水中，在搅拌的条件下配制成胶体电解液；

4)多个正极极片和多个负极极片交替叠放，正极极片和负极极片中间用隔膜6进行隔离，多个正极极片的极耳相连后构成正极极片组4，多个负极极片的极耳相连后构成负极极片组5，正极极片组4和负极极片组5构成单体蓄电池结构，并塞入蓄电池槽9中，正极极片的极耳相连后连接到正极汇流连接条7上，负极极片的极耳相连后连接到负汇流连接条8上，正级汇流连接条7上端部分和负汇流连接条8上端部分分别穿过设有O型密封圈和垫片的槽盖10，并用螺母固定，分别作为正极端子1和负极端子2，电池槽9和电池槽盖10之间须进行密封处理，从排气口处进行抽真空并注入胶体电解液，或者先加入胶体电解液后抽真空，在25℃℃的环境中搁置12h以上后，排气口装上排气阀栓3，对电池进行充电化成作业。

化成参数为：以0.2C恒流充电8h，以0.2C恒流放电至单体电池电压1.0V截止为一个循环；重复三次循环完成化成作业。

与传统电池比对试验结果：

结论：采用薄型化极片，增加了比表面积，电极间距的减小降低了内阻，增加了大电流充放电能力；胶体电解液中的吸水性材料提高了保水性能，同时减缓了氧气和氢气逸出的速度，在一定的压力下提高了内部氢氧化合的能力，使得充电效率比传统电池提高了30.6％。

实施例4

1)采用镀镍冲孔钢带作为集流基体，将平均粒度4.0μm的羰基镍粉和3％的CMC水溶液粘合剂，按1:1.2的比例混合搅拌形成浆料，均匀涂于集流基体上，经恒温烘干后，在烧结炉中以1050℃温度烧结10min形成基板，将基板在真空状态下浸渍于90℃、密度为1.70的Ni(NO₃)₂溶液中30min，取出淋干后浸入70℃、密度为1.25的NaOH溶液中进行化学反应，在基板微孔中沉淀出活性物质Ni(OH)₂，经洗涤干燥后，以10MPa的压力进行辊压，经裁片后，用点焊机将极耳焊接到正极极片的一端，制得正极极片；

2)以泡沫镍作为集流基体，将77％的Fe₃O₄、5％的金属Fe粉、3％的石墨、10％的FeS、3％的PTFE、2％的CMC，加入去离子水混合搅拌，形成8000CP粘度的浆料，均匀涂于集流基体上，经恒温烘干后，以30MPa的压力进行辊压，经裁片后，用点焊机将极耳焊接到负极极片的一端，制得负极极片；

4)多个正极极片和多个负极极片交替叠放，正极极片和负极极片中间用隔膜6进行隔离，多个正极极片的极耳相连后构成正极极片组4，多个负极极片的极耳相连后构成负极极片组5，正极极片组4和负极极片组5构成单体蓄电池结构，并塞入蓄电池槽9中，正极极片的极耳相连后连接到正极汇流连接条7上，负极极片的极耳相连后连接到负汇流连接条8上，正级汇流连接条7上端部分和负汇流连接条8上端部分分别穿过设有O型密封圈和垫片的槽盖10，并用螺母固定，分别作为正极端子1和负极端子2，电池槽9和电池槽盖10之间须进行密封处理，从排气口处进行抽真空并注入胶体电解液，或者先加入胶体电解液后抽真空，在45℃的环境中搁置12h以上后，排气口装上排气阀栓3，对电池进行充电化成作业。

与传统电池比对试验结果：

结论：采用薄型化极片，增加了比表面积，电极间距的减小降低了内阻，增加了大电流充放电能力；胶体电解液中的吸水性材料提高了保水性能，同时减缓了氧气和氢气逸出的速度，在一定的压力下提高了内部氢氧化合的能力，使得充电效率比传统电池提高了27.8％。

Claims

1.一种胶体电解液铁镍蓄电池，其特征在于包括正极端子（1）、负极端子（2）、排气阀栓（3）、正极极片组（4）、负极极片组（5）、隔膜（6）、正极汇流连接条（7）、负极汇流连接条（8）、蓄电池槽（9）、蓄电池槽盖（10）、胶体电解液（11）；蓄电池槽（9）上端设有蓄电池槽盖（10），蓄电池槽盖（10）上设有正极端子（1）、负极端子（2）、排气阀栓（3），蓄电池槽（9）内设有胶体电解液（11）；多个正极极片和多个负极极片交替叠放，正极极片和负极极片中间用隔膜（6）进行隔离，多个正极极片的极耳相连后构成正极极片组（4），多个负极极片的极耳相连后构成负极极片组（5），正极极片组（4）和负极极片组（5）构成单体蓄电池结构，并塞入蓄电池槽（9）中，正极极片的极耳相连后连接到正极汇流连接条（7）上，负极极片的极耳相连后连接到负汇流连接条（8）上；正级汇流连接条（7）上端部分作为正极端子（1），负汇流连接条（8）上端部分作为负极端子（2）。

2.如权利要求1所述的一种胶体电解液铁镍蓄电池，其特征在于所述的正极极片组（4）的正极极片采用冲孔钢带作为集流基体，使用烧结工艺制备而成；或者用泡沫镍或镀镍冲孔钢带作为集流基体，活性物质组份由重量百比为84～90%的Ni(OH)₂、5～8%的石墨、3～5%的PVA、2～3%的CMC组成的浆料，经拉浆涂布、干燥、滚压工艺制备而成。

3.如权利要求1所述的一种胶体电解液铁镍蓄电池，其特征在于所述的负极极片组（5）的负极极片是由泡沫镍或镀镍冲孔钢带作为集流基体，活性物质组份由重量百比为58～80%的Fe₃O₄、5～15%的金属Fe粉、1～5%的石墨、10～15%的FeS、3～5%的PTFE、1～2%的CMC组成的浆料，经拉浆涂布、干燥、滚压工艺制备而成。

4.如权利要求1所述的一种胶体电解液铁镍蓄电池，其特征在于所述的胶体电解液（11）组份为5～9mol·L^-1的KOH、0.4～1.0mol·L^-1的LiOH、20～100g·L^-1的PAAS、3～8g·L^-1的PVA 。

5.如权利要求1所述的一种胶体电解液铁镍蓄电池，其特征在于所述的隔膜（6）为尼龙毡、维尼龙无纺布、聚乙烯辐射接枝膜或聚丙烯辐射接枝膜中的一种或几种。