專利名稱：鎳氫堿性蓄電池及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明鎳氫堿性蓄電池及其制備方法屬于電池領(lǐng)域，特別是涉及鎳氫堿性蓄電池。
背景技術(shù)：
鎳氫堿性蓄電池也稱鎳-金屬氫化物(Ni-MH)電池，在制備鎳氫堿性蓄電池時(shí)，在電池正極的制備上，與傳統(tǒng)使用的燒結(jié)法制備氧化鎳正極方法相比，采用把氫氧化鎳活性漿料填涂到空隙度達(dá)95％的泡沫鎳或纖維鎳集流體中的工藝，不但可以大大地提高所制備極板的體積比能量，同時(shí)由于把活性物質(zhì)填入集流體中很容易實(shí)現(xiàn)，這種方法也大大地提高了生產(chǎn)效率，這種工藝現(xiàn)在鎳氫電池的生產(chǎn)中已經(jīng)得到普遍的應(yīng)用，隨著一些有較大放電電流要求的用電器對(duì)鎳氫電池需求的增多，如電動(dòng)工具、電動(dòng)助力車輛等，制備可在較寬的溫度范圍內(nèi)大電流充放電使用的長壽命鎳氫電池越來越受到重視。由于在大電流充電時(shí)，鎳氫電池內(nèi)部的溫度將升高，同時(shí)電池所處的環(huán)境溫度也常常高于常溫條件，而在較高溫度條件下電池正極上的析氧副反應(yīng)更容易發(fā)生，最終導(dǎo)致正極的充電效率降低，表現(xiàn)為電池?zé)o法充滿電，如在45℃的溫度條件下，電池的充放電容量僅為常溫條件下的50％左右。為了提高電池在較高溫度條件下的充放電效率，現(xiàn)在一般采用在氫氧化鎳活性漿料中添加添加劑的方法，其目的是抑制在較高充電溫度條件下充入的電流過度地消耗在析氧副反應(yīng)上。
在很多使用場(chǎng)合，需要電池具有能夠在較寬溫度范圍內(nèi)大電流放電的能力。與鎘鎳電池相比，鎳氫電池的低溫放電性能較差，尤其是在大電流放電使用時(shí)，現(xiàn)有制備技術(shù)所制備電池往往更難滿足要求。根據(jù)鎳氫電池所使用材料的性能特點(diǎn)，提高電池低溫性能的關(guān)鍵將是電池的負(fù)極。具體做法有，使用富鈰混合稀土系貯氫合金制備鎳氫電池，可提高電池的低溫性能，但這種合金的壽命與使用富鑭混合稀上系貯氫合金電池相比則較低；使用具有較小粒徑的貯氫合金顆?？梢蕴岣唠姌O在低溫條件下的放電平臺(tái)，除了所使用合金的粒度外，采用低鈷含量的合金也可提高電池高倍率低溫性能，但合金中鈷含量過低也將影響電池的壽命。
發(fā)明的內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種在較高高溫條件下具有充電接受能力，在低溫條件下也可高倍率放電的鎳氫堿性蓄電池及其制備方法，電池可在較寬的溫度范圍內(nèi)大電流充放電使用，使用壽命長，提高電池的性能。
本發(fā)明通過對(duì)影響鎳氫電池性能的各因素的研究，以及電池的使用要求，在電池的正負(fù)極材料配方方面進(jìn)行改進(jìn)，達(dá)到鎳氫堿性蓄電池可以在較高高溫條件下具有充電接受能力，在低溫條件下也可高倍率放電。
為了提高電池的倍率性能，在氫氧化鎳活性材料顆粒的表面包覆一層鈉鈷氧化物膜，然后加入鈦粉或鈦化合物粉末，以及釔、鈣、鋁、鋅、鈮、鎢、鉭等元素一種或幾種，共同實(shí)現(xiàn)了提高活性物質(zhì)的導(dǎo)電性，并提高活性物質(zhì)高于常溫條件下充電接受能力的目的，從而最終提高了所制備電極的性能。
本發(fā)明的電池的組成包括正極板、負(fù)極板、隔膜、電解液和電池外殼，這些部分組裝完成的電池最后經(jīng)化成和容量檢測(cè)后得到成品單體電池，其中，隔膜放置在正極板和負(fù)極板之間，正極板、負(fù)極板、隔膜三者之間保持一定的錯(cuò)位，正負(fù)極端面焊接集流片，正負(fù)極集流片上的焊點(diǎn)不少于6個(gè)，并將負(fù)極集流片點(diǎn)焊鋼殼底部。
氫氧化鎳活性物質(zhì)為摻雜1.5％Zn和3％Co的球型β-Ni(OH)2，正極板的漿料的組成(重量百分比)β-Ni(OH)286～93.5％鈷粉 0.5～1％氧化亞鈷 3～6％鎳1～3％乙炔黑0.5～1％二氧化鈦 0.2～2.1％三氧化二釔0.2～2.1％聚四氟乙烯0.9～1.5％羥甲基纖維素鈉0.2～1.0％負(fù)極板的活性物質(zhì)的組成(重量百分比)
富鈰合金粉 10～49％富鑭貯氫合金50～89％聚環(huán)氧乙烷 0.8～1.5％羥丙基甲基纖維素0.1～0.6％聚四氟乙烯 0.1～0.6％其中，正極板的制備方法為根據(jù)極板的設(shè)計(jì)尺寸和所使用泡沫鎳集流體的延展性，使用滾焊的方法在泡沫鎳的合適位置焊接上鎳帶，把氫氧化鎳活性物質(zhì)漿料填涂到泡沫鎳集流體中，然后依次經(jīng)過烘干、裁切、輥壓、分切、整理工序得到正極板，其中，所使用的活性漿料以摻雜鋅和鈷的球型β-Ni(OH)2作為正極活性物質(zhì)，加入經(jīng)過研磨處理的鈷粉、鎳、乙炔黑和氧化物混合物，再加入聚四氟乙烯、羥甲基纖維素鈉和適量水充分混合后即得到活性物質(zhì)漿料，極板的分切位置為滾焊在泡沫鎳帶的中心位置上。
負(fù)極板的制備方法為負(fù)極的合金粉先經(jīng)堿處理，然后混合使用。堿處理方法是將合金粉浸泡于30％wt的氫氧化鉀溶液中處理一段時(shí)間，然后用去離子水將合金粉洗至pH值7～8，合金粉晾干后用于打漿。運(yùn)用火焰原子吸收光譜對(duì)浸出液進(jìn)行分析，結(jié)果顯示高溫堿處理溶下的元素主要是鈷。表1給出了不同溫度下堿處理時(shí)間對(duì)溶鈷量的影響。
表1不同溫度下堿處理時(shí)間的溶鈷量 以經(jīng)處理后的稀土系貯氫合金混合后作為活性物質(zhì)，加入聚環(huán)氧乙烷、羥丙基甲基纖維素和適量水調(diào)漿后涂覆在鍍鎳穿孔鋼帶上，極片烘干后表面涂敷聚四氟乙烯乳液，最后經(jīng)烘干、滾壓、剪切、整理等工序制得負(fù)極板。
電池的組裝方法為隔膜放置在正極板和負(fù)極板之間，其中三者之間保持一定的錯(cuò)位，以保證卷繞成電池極芯后正負(fù)極端面可以焊接集流片而不會(huì)引起短路，然后放入電池殼，再依次加入電解液、焊接上電池蓋并機(jī)械封口。其中所使用的電解液為由蒸餾水和電池級(jí)的氫氧化鉀、氫氧化鈉和氫氧化鋰并依照適當(dāng)?shù)谋壤渲啤?br> 隔膜放置在正極板和負(fù)極板之間，其中正極板、負(fù)極板、隔膜三者之間保持一定的錯(cuò)位，正負(fù)極端面焊接集流片，正負(fù)極集流片上的焊點(diǎn)不少于6個(gè)，并將負(fù)極集流片點(diǎn)焊鋼殼底部，焊點(diǎn)直徑不小于2mm。
電池的化成和檢測(cè)方法為電池封口后，用0.2C充電電流充電7.5h，高溫陳化后0.2C放電到1.0V，循環(huán)3次后得到活化電池，檢測(cè)電池容量后進(jìn)行電池容量分檔。
電池正極活性物質(zhì)配方中的復(fù)合添加劑由鎳、鈷、乙炔黑、二氧化鈦、三氧化二釔組成。
負(fù)極配方中的貯氫合金粉為兩種稀土合金粉混合而成，分別為10％～49.5％的富鈰合金粉，其組成中吸氫元素側(cè)鈰原子含量為0.4～0.7，和50％～89.5％的富鑭合金粉，其組成中吸氫元素側(cè)鑭原子含量為0.7～0.9，兩種合金粉的粒度為D50＝20～50μm。
電解液使用由氫氧化鉀、氫氧化鈉和氫氧化鋰組成的多元堿性電解液，所占比例分別為氫氧化鉀5～7mol/L，氫氧化鈉0.5～2mol/L，氫氧化鋰0.2～1.2mol/L。
復(fù)合添加劑由鎳、鈷、乙炔黑、二氧化鈦、三氧化二釔需要預(yù)先在膠體磨中進(jìn)行研磨處理。
負(fù)極配方中的貯氫合金粉用30％的氫氧化鉀在60～90℃的溫度下處理10-40min。
本發(fā)明制備的電池在較高溫度條件下具有較好充電接受能力，同時(shí)在較低溫度條件下能夠進(jìn)行高倍率放電，可在較寬的溫度范圍內(nèi)大電流充放電使用，壽命長，是一種適合于較大放電電流要求的用電器使用的鎳氫電池。
具體實(shí)施例方式
下面是本發(fā)明的鎳氫電池的一實(shí)施例，
其中所制備的電池為Sc型3300mAh鎳氫電池。
正極板的氫氧化鎳活性物質(zhì)漿料的組成(重量百分比)活性漿料β-Ni(OH)288.8％鈷粉 1％氧化亞鈷 5％鎳2％乙炔黑0.9％二氧化鈦 0.2％三氧化二釔1％聚四氟乙烯0.9％羥甲基纖維素鈉0.2％制備電池時(shí)，使用的活性漿料以摻雜1.5％Zn和3％Co的球型β-Ni(OH)2作為正極活性物質(zhì)，加入經(jīng)過研磨處理的鈷粉、鎳、乙炔黑和氧化物混合物，再加入聚四氟乙烯(60％)乳液、CMC水溶液和適量水充分混合后即得到活性物質(zhì)漿料；極板的分切位置為滾焊在泡沫鎳帶的中心位置上。正極配料∶Ni(OH)2∶氧化亞鈷∶鎳粉∶乙炔黑∶二氧化鈦∶三氧化二釔＝88.8∶5∶3∶0.9∶0.2∶1，粘接劑使用1.6％的羥甲基纖維素鈉溶液和60％的聚四氟乙烯乳液，用量分別為正極料重的12％和1.5％，水的加入量為15。正極片尺寸為(320±1)×(34.5±0.2)×(0.44±0.01)mm3，附料量為14.5±0.2克/片。將正極片經(jīng)軟化處理后，用作電池的卷繞。
負(fù)極板的活性物質(zhì)的組成(重量百分比)富鈰合金粉 30％富鑭貯氫合金69％聚環(huán)氧乙烷 0.8％羥丙基甲基纖維素0.1％聚四氟乙烯 0.1％通過高溫堿處理合金粉表面。在處理合金粉時(shí)，選擇的堿處理?xiàng)l件是80℃的溫度下處理20～25min。溶掉合金中鈷的4～5％。
負(fù)極合金粉經(jīng)處理后，按合金粉A(MmNi3.95Co0.50Mn0.40Al0.15)∶合金粉B(MlNi4.0Co0.65Mn0.25Al0.10)＝1∶2的比例將兩種合金粉混合均勻，添加1％的聚環(huán)氧乙烷和25％的羥丙基甲基纖維素溶液作為粘接劑；極片烘干滾壓后，在表面涂敷聚四氟乙烯乳液，晾干后將極片輕輕滾壓，然后裁成尺寸為(355±1)×(33.63±0.5)×(0.26±0.01)mm3的小片，將極片進(jìn)行剪角整形，整形后的極片用于卷繞。
電池裝配方式為正負(fù)極端面焊接集流片，正負(fù)極集流片上的焊點(diǎn)不少于6個(gè)，并將負(fù)極集流片點(diǎn)焊鋼殼底部，焊點(diǎn)直徑不小于2mm。
電池的電解液使用多元復(fù)合電解液，為提高電液的離子電導(dǎo)率，選擇的電液配比390g/L氫氧化鉀+40g/L氫氧化鈉+15g/L氫氧化鋰，電液的密度為1.300～1.305kg/L。
表2 電池的主要性能參數(shù)數(shù)據(jù)表測(cè)試項(xiàng)目測(cè)試條件 測(cè)試結(jié)果30A放電性能 25℃下，1C充72min，-ΔV＝10mV，30A放 放電時(shí)間6.2min，至0.8V 中值電壓1.12V電池內(nèi)阻0.2C充2.5h，休息0.5h，頻率1000Hz 4.0mΩ60℃充電性能0.2C充390min，0.5C放至1.0V 充電效率為25℃的80％0℃20A放電 1C充72min，0℃擱置4h，然后20A放電時(shí)間8.3min放電至0.8V 中值電壓1.03V循環(huán)壽命1C充72min，擱置20min，30A放電至 200th容量2800mAh0.8V
權(quán)利要求
1.一種鎳氫堿性蓄電池，電池的組成包括正極板、負(fù)極板、隔膜、電解液和電池外殼，隔膜放置在正極板和負(fù)極板之間，其特征是氫氧化鎳活性物質(zhì)為摻雜1.5％Zn和3％Co的球型β-Ni(OH)2，正極板的漿料的組成(重量百分比)β-Ni(OH)286～93.5％鈷粉 0.5～1％氧化亞鈷 3～6％鎳 1～3％乙炔黑 0.5～1％二氧化鈦 0.2～2.1％三氧化二釔 0.2～2.1％聚四氟乙烯 0.9～1.5％羥甲基纖維素鈉 0.2～1.0％負(fù)極板的活性物質(zhì)的組成(重量百分比)富鈰合金粉 10～49％富鑭貯氫合金 50～89％聚環(huán)氧乙烷 0.8～1.5％羥丙基甲基纖維素 0.1～0.6％聚四氟乙烯 0.1～0.6％
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎳氫堿性蓄電池，其特征是負(fù)極配方中的貯氫合金粉為兩種稀土合金粉混合而成，分別為10～49％的富鈰合金粉，其組成中A側(cè)鈰原子含量為0.4～0.7，和50～89％的富鑭合金粉，其組成中A側(cè)鑭原子含量為0.7～0.9，兩種合金粉的粒度為D50＝20～50μm。
3.一種鎳氫堿性蓄電池制備方法，其特征是正極板、負(fù)極板、隔膜三者之間保持一定的錯(cuò)位，正負(fù)極端面焊接集流片，正負(fù)極集流片上的焊點(diǎn)不少于6個(gè)，并將負(fù)極集流片點(diǎn)焊鋼殼底部；正極板的制備方法為在泡沫鎳的合適位置焊接上鎳帶，把氫氧化鎳活性物質(zhì)漿料填涂到泡沫鎳集流體中，然后依次經(jīng)過烘干、裁切、輥壓、分切、整理工序得到正極板，正極板的氫氧化鎳活性物質(zhì)漿料；以摻雜鋅和鈷的球型β-Ni(OH)2作為正極活性物質(zhì)，加入經(jīng)過研磨處理的鈷粉、鎳、乙炔黑和氧化物混合物，再加入聚四氟乙烯、羥甲基纖維素鈉和適量水充分混合后即得到活性物質(zhì)漿料；氫氧化鎳活性物質(zhì)為摻雜1.5％Zn和3％Co的球型β-Ni(OH)2，正極板的漿料的組成(重量百分比)β-Ni(OH)286～93.5％鈷粉 0.5～1％氧化亞鈷 3～6％鎳1～3％乙炔黑0.5～1％二氧化鈦 0.2～2.1％三氧化二釔0.2～2.1％聚四氟乙烯0.9～1.5％羥甲基纖維素鈉0.2～1.0％負(fù)極板的制備方法為負(fù)極的合金粉先經(jīng)堿處理，將合金粉浸泡于30％wt的氫氧化鉀溶液中處理一段時(shí)間，然后用去離子水將合金粉洗至pH值7～8，合金粉晾干后用于打漿；負(fù)極板的活性物質(zhì)的組成(重量百分比)富鈰合金粉10～49％富鑭貯氫合金 50～89％聚環(huán)氧乙烷0.8～1.5％羥丙基甲基纖維素 0.1～0.6％聚四氟乙烯0.1～0.6％以經(jīng)處理后的稀土系貯氫合金混合后作為活性物質(zhì)，加入聚環(huán)氧乙烷、羥丙基甲基纖維素和適量水調(diào)漿后涂覆在鍍鎳穿孔鋼帶上，極片烘干后表面涂敷聚四氟乙烯乳液，最后經(jīng)烘干、滾壓、剪切、整理等工序制得負(fù)極板；隔膜放置在正極板和負(fù)極板之間，其中三者之間保持一定的錯(cuò)位，然后放入電池殼，再依次加入電解液、焊接上電池蓋并機(jī)械封口；
4.根據(jù)權(quán)利要求1和3所述的鎳氫堿性蓄電池及其制備方法，其特征是復(fù)合添加劑由鎳、鈷、乙炔黑、二氧化鈦、三氧化二釔需要預(yù)先在膠體磨中進(jìn)行研磨處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求1和3所述的鎳氫堿性蓄電池及其制備方法，其特征是負(fù)極配方中的貯氫合金粉用30％的氫氧化鉀在60～90℃的溫度下處理10-40min。
全文摘要
本發(fā)明鎳氫堿性蓄電池及其制備方法屬于電池領(lǐng)域，電池正極活性物質(zhì)漿料的組成包括摻雜有鋅和鈷的β－Ni(OH)
文檔編號(hào)H01M4/26GK1624966SQ20041007733
公開日2005年6月8日 申請(qǐng)日期2004年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月9日
發(fā)明者南俊民, 侯憲魯, 薛建軍, 夏信德, 孟憲臣 申請(qǐng)人:廣州市鵬輝電池有限公司