ES2545684T3 - Batería secundaria de hidruro de níquel - Google Patents

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Abstract

Una batería (2) secundaria de hidruro de níquel que comprende: Un contenedor; y un grupo de electrodos (22) alojado en el contenedor con una solución electrolítica alcalina en un estado herméticamente cerrado al aire, en donde el grupo de electrodos (22) comprende un electrodo (24) positivo y un electrodo (26) negativo que se superponen entre sí a través de un separador (28), y el electrodo (26) negativo comprende una aleación que absorbe hidrógeno (42), un agente (44) aditivo del electrodo negativo, un agente (46) espesante, y un material (48) conductor, caracterizado porque el agente (44) aditivo del electrodo negativo comprende al menos uno seleccionado de fluoruro de calcio, y sulfuro de calcio, y el agente (46) espesante es poliacrilato de sodio.

Description

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22 y la placa 14 que sirve de cubierta. Más específicamente, un extremo del cable 30 de electrodo positivo está conectado al extremo interior del electrodo 24 positivo y el otro extremo del cable 30 de electrodo positivo está conectado a la placa 14 que sirve de cubierta. Por lo tanto, el terminal del electrodo 20 positivo y el electrodo 24 positivo están conectados eléctricamente entre sí a través del cable 30 de electrodo positivo y la placa 14 que sirve de cubierta. Debe observarse que un elemento 32 aislante circular está dispuesto entre la placa 14 que sirve de cubierta y el grupo de electrodos 22, y el cable 30 de electrodo positivo se extiende a través de una ranura 39 ubicada en el elemento 32 aislante. Además, un elemento 34 aislante circular está dispuesto entre el grupo de electrodos 22 y la parte inferior del envase 10 exterior.
Además, se inyecta una cantidad predeterminada de una solución electrolítica alcalina (no mostrada en el dibujo) en el envase 10 exterior. El grupo de electrodos 22 se impregna con la solución electrolítica alcalina de modo que ocurra una reacción de carga-descarga entre el electrodo 24 positivo y el electrodo 26 negativo. La solución electrolítica alcalina no está particularmente limitada con tal de que se utilice para una batería secundaria de hidruro de níquel. Como la solución electrolítica alcalina preferida, por ejemplo, se usa una solución electrolítica alcalina que contiene principalmente NaOH como soluto. Más específicamente, ejemplos de una solución electrolítica alcalina incluyen una solución acuosa de hidróxido de sodio. El soluto de la solución electrolítica alcalina electrolítica puede contener solamente NaOH o puede contener, por ejemplo, al menos uno de KOH y LiOH además de NaOH con la condición de que NaOH constituya el contenido principal. Cuando KOH o LiOH también están contenidos como el soluto de la solución electrolítica alcalina, se hace de manera que la cantidad de NaOH sea mayor que la de KOH o LiOH. Una batería que utiliza tal solución electrolítica alcalina que contiene principalmente NaOH tiene buenas características de autodescarga.
Como material para el separador 28 se puede utilizar por ejemplo, una tela no tejida de fibra de poliamida, y una tela no tejida de fibra de poliolefina tal como polietileno y polipropileno, al que se le aplica un grupo funcional hidrofílico. Más específicamente, se utiliza preferentemente la tela no tejida está hecha principalmente de fibra de poliolefina, a la que se le incorpora un grupo sulfona mediante tratamiento de sulfonación. El grupo sulfona se suministra mediante el tratamiento de la tela no tejida con ácidos que tienen un grupo sulfato, tal como ácido sulfúrico y ácido sulfúrico fumante. Una batería que utiliza un separador que incluye fibra que tiene un grupo sulfona tiene buenas características de autodescarga.
El electrodo 24 positivo se compone de un sustrato conductor del electrodo positivo que tiene una estructura porosa, y una mezcla del electrodo positivo soportada en los orificios del sustrato del electrodo positivo.
Como sustrato del electrodo positivo, se pueden usar, por ejemplo, un cuerpo metálico fibroso o esponjoso, reticulado, niquelado, o espuma de níquel.
La mezcla del electrodo positivo contiene partículas de material activo del electrodo positivo, un material conductor, un agente aditivo del electrodo positivo, y un agente enlazador. Al igual que enlazador de las partículas de material activas del electrodo positivo, el material conductor, y el agente aditivo del electrodo positivo, el agente enlazador sirve para enlazar la mezcla del electrodo positivo al sustrato del electrodo positivo. Como agente enlazador, se pueden utilizar, por ejemplo, carboximetilcelulosa, metilcelulosa, dispersión de PTFE (politetrafluoroetileno), dispersión de HPC (hidroxipropilcelulosa) y similares.
Las partículas de material activo del electrodo positivo son partículas de hidróxido de níquel o partículas de hidróxido de níquel de orden superior. Es de señalar que al menos uno entre zinc, magnesio y cobalto se disuelve preferiblemente en estas partículas de hidróxido de níquel.
Como material conductor se pueden utilizar, por ejemplo, uno o dos o más seleccionados de compuestos de cobalto tales como óxido de cobalto (CoO) e hidróxido de cobalto (Co(OH)2), y cobalto (Co). El material conductor se añade a la mezcla del electrodo positivo según sea necesario, y como una forma de adición, además de la forma en polvo, el material conductor puede estar contenido en la mezcla del electrodo positivo mediante la forma de recubrimiento para recubrir la superficie del material activo del electrodo positivo.
Se añade el agente aditivo del electrodo positivo para mejorar las características del electrodo positivo, y se pueden utilizar, por ejemplo, óxido de itrio, óxido de zinc o similares.
Las partículas de material activo del electrodo positivo se pueden fabricar, por ejemplo, como sigue.
En primer lugar, se prepara una solución acuosa de sulfato de níquel. Se añade gradualmente una solución acuosa de hidróxido de sodio a la solución acuosa de sulfato de níquel con la que va a reaccionar de modo que se depositan las partículas de hidróxido de níquel. En el caso en el que se disuelven zinc, magnesio y cobalto en las partículas de hidróxido de níquel, se pesan sulfato de níquel, sulfato de zinc, sulfato de magnesio, y sulfato de cobalto de manera que sea una composición predeterminada, y se prepara una solución acuosa mixta de ellos. Mientras se agitaba la solución acuosa mixta obtenida, se añade gradualmente una solución acuosa de hidróxido de sodio a la solución
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dejado las baterías así, fueron descargadas hasta que el voltaje de la batería llegó hasta 0,8 V con una corriente de descarga de 2.000 mA (1,0 C) bajo una atmósfera de 25°C. Se midió la capacidad de descarga de las baterías en este momento. La capacidad de descarga en este momento se define como la capacidad después de haber sido dejado. En cada una de las baterías, se sometieron 10 baterías a esta prueba, y se determinó un valor promedio de 5 la capacidad después de haber sido dejadas. En cada una de las baterías, un valor relativo en el caso en que la capacidad después de haber sido dejada la batería 1 en el ejemplo comparativo 2 se define como 100 mAh se muestra en la Tabla 2 como el valor promedio de la capacidad después de haber sido dejada. Cabe anotar que, una batería que tiene un valor promedio mayor de la capacidad después de haber sido dejada muestra que es poco probable que ocurra la autodescarga incluso después de haber sido dejada durante un largo tiempo y las
10 características de autodescarga son mejores. Además, se determinó la desviación estándar de la capacidad descrita anteriormente después de haber sido dejada, y el resultado obtenido se muestra en la Tabla 2 como un valor de dispersión de la capacidad después de haber sido dejada. Un valor de dispersión mayor muestra que se incluyen más baterías que tienen una gran diferencia con el valor promedio de la capacidad después de haber sido dejada.
(2) Características de la duración del ciclo
15 La baterías a hasta 1 después del tratamiento de activación inicial, se cargaron bajo una atmósfera de 25°C con una corriente de carga de 2000 mA (1,0 C) durante 1 hora y, a continuación, se dejaron durante 20 minutos.
Las baterías se descargaron hasta que el voltaje de la batería llegó hasta 1,0 V con una corriente de descarga de
2.000 mA (1,0 C) bajo la misma atmósfera y, a continuación, fueron dejadas durante 10 minutos.
Cuando se define el ciclo de carga-descarga anterior como 1 ciclo, y la capacidad inicial se define como 100% en
20 cada una de las baterías, el número de ciclos hasta que se detectó una relación de retención de la capacidad con respecto a la capacidad inicial cayó por debajo del 60%, y el número se definió como una duración del ciclo. En cada una de las baterías, se sometieron 10 baterías a esta prueba, y se determinó un valor promedio de la duración del ciclo. En cada una de las baterías, un valor relativo en el caso en que el número de ciclos cuando la batería 1 del ejemplo comparativo 2 alcanza la duración del ciclo, se define como 100 es mostrado en la Tabla 2 como el valor
25 promedio de la duración del ciclo. Además, se determinó la desviación de la duración del ciclo anteriormente descrito, y se muestra el resultado obtenido en la Tabla 2 como un valor de dispersión de la duración del ciclo. Un mayor valor de dispersión muestra que se incluyen más baterías que tienen una gran diferencia con el valor promedio de la duración del ciclo.
Tabla 1
Batería
Aleación que absorbe hidrógeno Agente espesante Agente aditivo del electrodo negativo (compuesto de calcio)
Tipo
Cantidad (partes en masa) Tipo Cantidad (partes en masa)
a
La0.60Ce0.30Pr0.05Nd0.05Ni3.90Co0.60Mn0.40Al0.35 Poliacrilato de Na 0.01 CaF2 0.1
b
La0.60Ce0.30Pr0.05Nd0.05Ni3.90Co0.60Mn0.40Al0.35 Poliacrilato de Na 0.05 CaF2 0.1
c
La0.60Ce0.30Pr0.05Nd0.05Ni3.90Co0.60Mn0.40Al0.35 Poliacrilato de Na 0.05 CaF2 0.5
d
La0.60Ce0.30Pr0.05Nd0.05Ni3.90Co0.60Mn0.40Al0.35 Poliacrilato de Na 0.05 CaF2 1.0
e
La0.60Ce0.30Pr0.05Nd0.05Ni3.90Co0.60Mn0.40Al0.35 Poliacrilato de Na 0.05 CaS 0.5
F*
La0.60Ce0.30Pr0.05Nd0.05Ni3.90Co0.60Mn0.40Al0.35 Poliacrilato de Na 0.05 CaCl2 0.5
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Batería
Aleación que absorbe hidrógeno Agente espesante Agente aditivo del electrodo negativo (compuesto de calcio)
Tipo
Cantidad (partes en masa) Tipo Cantidad (partes en masa)
g
La0.60Ce0.30Pr0.05Nd0.05Ni3.90Co0.60Mn0.40Al0.35 Poliacrilato de Na 0.10 CaF2 0.1
h
La0.60Ce0.30Pr0.05Nd0.05Ni3.90Co0.60Mn0.40Al0.35 Poliacrilato de Na 0.05 CaF2 0.05
i
La0.60Ce0.30Pr0.05Nd0.05Ni3.90Co0.60Mn0.40Al0.35 Poliacrilato de Na 0.05 CaF2 2.0
j
(La0.40Sm0.59Zr0.01)0.88Mg0.12Ni3.30Al0.20 Poliacrilato de Na 0.05 CaF2 0.5
k
La0.60Ce0.30Pr0.05Nd0.05Ni3.90Co0.60Mn0.40Al0.35 Poliacrilato de Na 0.10 Ca(OH)2 0.1
l
La0.60Ce0.30Pr0.05Nd0.05Ni3.90Co0.60Mn0.40Al0.35 Poliacrilato de Na 0.20 Ca(OH)2 0.1
*Ejemplo de referencia (no hace parte de la invención)
Tabla 2
Batería
Capacidad después de ser dejada Duración del ciclo
Valor promedio (mAh)
Valor de la dispersión Valor promedio (veces) Valor de la dispersión
a
125 10 110 11
b
125 4 109 5
c
135 4 105 5
d
137 4 100 5
e
118 5 101 5
F*
120 4 99 5
g
100 4 100 5
h
103 4 102 4
i
138 4 95 4
11
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Claims (1)

  1. imagen1
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