專利名稱：一種高溫鎳氫電池及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及鎳氫電池技術領域，具體涉及一種在高溫環(huán)境下仍能保持較高充電效率的鎳氫電池及其制備方法。
背景技術：
鎳氫電池作為鎳鎘電池的替代品，與鎳鎘電池具有同樣的外形，相同的電化學特性。但其安全環(huán)保，不再使用有毒的鎘，可以消除重金屬元素對環(huán)境的污染?，F(xiàn)在，鎳氫電池已經(jīng)廣泛地用于移動通訊、筆記本計算機等各種小型便攜式的電 子設備，更大容量的鎳氫電池已經(jīng)開始用于汽油/電動混合動力汽車上。鎳氫電池具有較大的能量密度比，相同大小的鎳氫電池電量比鎳鎘電池高大約
I.5 2倍，這意味著相同型號的鎳氫電池可以提供更長的工作時間。鎳氫電池通常由正極、負極、隔膜以及電解液等構(gòu)成。正極通常為鎳電極，鎳電極由發(fā)泡鎳做基體，經(jīng)電化學浸潰而成；負極由儲氫合金粉末附著在負極基體上制成；隔膜使正極、負極隔離，不允許電子通過，但允許隔膜中的離子搬運正極和負極反應時產(chǎn)生的電荷；電解液在鎳氫電池中部消耗，主要起導電作用，電解液應具有盡可能高的電導率，以降低電池內(nèi)阻，電解液的黏度和濃度都不易太高。隨著鎳氫電池應用范圍的擴大，出現(xiàn)了一些在極端環(huán)境下使用的鎳氫電池。例如在高溫環(huán)境下，用于太陽能路燈，道路指示燈等的鎳氫電池，以及在一些常年處于高溫環(huán)境的地區(qū)，如赤道附近等地區(qū)使用的鎳氫電池。在這些高溫的使用環(huán)境中，對于鎳氫電池在高溫下的充電效率提出了更高要求。申請?zhí)枮?00810027050. 3的發(fā)明公開了一種鎳氫高溫電池，包括正極、負極、電解液和電池隔膜；所述正極包括活性物質(zhì)、添加劑、粘結(jié)劑；所述活性物質(zhì)為添加了重量比為1% -5%的鉺、釔或鐿元素的氧化物或氫氧化物的其中一種或幾種作為添加劑的特殊氫氧化鎳；所述添加劑為重量百分比為5% -8%的COO和重量百分比為1% -5%的鉺或釔的氧化物；所述電解液包括氫氧化鈉、氫氧化鋰、水，還加入重量百分比為1% -5%的硼化合物作為添加劑?，F(xiàn)有技術中已經(jīng)出現(xiàn)使用特殊的耐高溫的球形氫氧化鎳作為正極活性物質(zhì)制成的高溫鎳氫電池，在75°C高溫環(huán)境下能放出80%以上的電量。但是，這些高溫鎳氫電池都普遍存在制作工藝復雜，或者制造成本較高的弊端，需要提供成本更低，工藝更簡單的高溫鎳氫電池。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種高溫鎳氫電池，制備工藝簡單，成本低廉，制備得到的鎳氫電池在高溫環(huán)境下能夠保持較高的充電效率。一種高溫鎳氫電池，包括正極、負極以及電解液，所述正極的活性物質(zhì)中含有氫氧化鎳和鶴酸鈉，所述氫氧化鎳和鶴酸鈉的重量比為100 : I 2。
所述正極的活性物質(zhì)中的氫氧化鎳為普通的氫氧化鎳，成本較低，同時，不改變現(xiàn)有的鎳氫電池的結(jié)構(gòu)，通過添加鎢酸鈉可以在一定程度上阻止氫氧化鎳的失效，提高高溫鎳氫電池的循環(huán)壽命。正極中添加鎢酸鈉需滿足一定比例，如果添加量過少，達不到在高溫環(huán)境中提高鎳氫電池充電效率的目的，如果添加量過多，可能會降低鎳氫電池的充電容量。作為優(yōu)選，所述氫氧化鎳和鎢酸鈉的重量比為100 : I I. 5。進一步優(yōu)選，所述氫氧化鎳和鶴酸鈉的重量比為100 I I. 2。作為優(yōu)選，所述正極的活性物質(zhì)由氫氧化鎳、氧化亞鈷和鎢酸鈉組成，所述氫氧化鎳、氧化亞鈷和鎢酸鈉的重量比為100 7 15 I 2?，F(xiàn)有鎳氫電池中正極的活性物質(zhì)為氫氧化鎳，但是，在氫氧化鎳的粒子間以及氫氧化鎳粒子與泡沫鎳基體的間隙中存在較大的接觸電阻，電子傳遞受到影響，因此，通常情況下，在正極中添加氧化亞鈷，氧化亞鈷在電解液中溶解、析出，覆蓋在氫氧化鎳表面，經(jīng)過充電形成CoOOH，由于CoOOH具有良好的導電性，可以改善氫氧化鎳與泡沫鎳基體之間的導電性，降低電池的內(nèi)阻，使氫氧化鎳利用率提高。進一步優(yōu)選，所述氫氧化鎳、氧化亞鈷和鎢酸鈉的重量比為100 : 7 10 : I 2。作為優(yōu)選，所述電解液由純凈水、氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋰、鎢酸鈉、氫氧化鋇組成，各組分重量比為100 15 20 2 5 I 3 O. 5 2 O. 2 O. 3。在電解液中添加鎢酸鈉，可以提高高溫環(huán)境下，鎳氫電池的吸氧過電位，有效提高鎳氫電池的高溫充電效率。電解液中添加鎢酸鈉需滿足一定比例，如果添加量過少，達不到在高溫環(huán)境中提高鎳氫電池充電效率的目的，如果添加量過多，可能會降低鎳氫電池的充電容量。進一步優(yōu)選，所述電解液由純凈水、氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋰、鎢酸鈉、氫氧化鋇組成，各組分重量比為100 15 20 2 5 I 3 O. 5 L 5 O. 2 O. 3。本發(fā)明還提供了一種所述的高溫鎳氫電池的制備方法，包括如下步驟(I)將正極活性物質(zhì)混合均勻后，填充至正極基體泡沫鎳中，經(jīng)輥壓和裁切，制成鎳氫電池的正極極片；(2)將儲氫合金粉末輥壓至負極基體銅網(wǎng)上，然后，在負極基體表面浸潤聚四氟乙烯乳液，經(jīng)烘干和輥壓，得到負極極片；(3)將氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋰、鎢酸鈉、氫氧化鋇溶于純凈水中，冷卻過濾，制備得到電解液；(4)將正極、負極以及電解液組裝成高溫鎳氫電池。制作鎳氫電池正極和負極均采用現(xiàn)有技術中的干法制作，工藝條件并無特殊要求。將氫氧化鎳、氧化亞鈷以及鎢酸鈉按所述重量比混合，攪拌均勻，得到正極粉料。將所得正極粉料通過機械填充泡沫鎳基體上，經(jīng)輥壓和裁切，得到鎳氫電池正極極片。制作電解液時，可以先將氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋰、鎢酸鈉溶于純凈水，配成溶液后，再加入氫氧化鋇混合均勻，也可以將所有物質(zhì)全部溶于純凈水，配成電解液。
制備得到的正極極片、負極極片和現(xiàn)有技術中使用的隔膜依次層卷繞構(gòu)成電極組，將電極組裝入電池鋼殼內(nèi)，注入步驟⑶制備得到的電解液，密閉電池殼體，經(jīng)過充放電化成，制造得到高溫鎳氫電池。使用本發(fā)明方法制造的高溫鎳氫電池由于在正極以及電解液中添加了合適比例的鎢酸鈉，使得制備得到的鎳氫電池在高溫環(huán)境下仍能保持較高的充電效率。
具體實施例方式實施例I 正極制作將氫氧化鎳、氧化亞鈷及鎢酸鈉按92 7 I的重量比混合均勻，使用鎳氫電池干法正極工藝填充到正極基體泡沫鎳上，經(jīng)輥壓和裁切后，制成鎳氫電池的正極極片；負極制作將儲氫合金粉末使用鎳氫電池干法負極工藝輥壓到負極基體銅網(wǎng)上，在其表面浸潤一層聚四氟乙烯乳液，經(jīng)烘干和輥壓后，制成鎳氫電池的負極極片；電解液制作將純凈水、氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋰、鎢酸鈉按80 15 3 2 I的重量比混合，并加入重量百分比為O. 2% (以電解液總重量計)的氫氧化鋇，冷卻過濾后測試其比重，測試比重在1.20±0. 02g/ml范圍內(nèi)，即可使用，如果比重不在I. 20±0. 02g/ml范圍內(nèi)，可以加入純凈水調(diào)節(jié)。將正極極片、隔膜、負極極片依次層疊卷繞成電極組，將電極組裝入電池鋼殼內(nèi)，注入電解液，密閉電池殼體,經(jīng)過充放電后,制成高溫鎳氫電池。實施例2正極制作將氫氧化鎳、氧化亞鈷及鎢酸鈉按91. 9 7 I. I的重量比混合均勻，使用鎳氫電池干法正極工藝填充到正極基體泡沫鎳上，經(jīng)輥壓和裁切后，制成鎳氫電池的正極極片;負極制作將儲氫合金粉末使用鎳氫電池干法負極工藝輥壓到負極基體銅網(wǎng)上，在其表面浸潤一層聚四氟乙烯乳液，經(jīng)烘干和輥壓后，制成鎳氫電池的負極極片；電解液制作將純凈水、氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋰、鎢酸鈉按80 15 3 2 O. 9的重量比混合，并加入重量百分比為O. 2% (以電解液總重量計)的氫氧化鋇，冷卻過濾后測試其比重，測試比重在1.20±0. 02g/ml范圍內(nèi)，即可使用，如果比重不在I. 20±0. 02g/ml范圍內(nèi)，可以加入純凈水調(diào)節(jié)。將正極極片、隔膜、負極極片依次層疊卷繞成電極組，將電極組裝入電池鋼殼內(nèi)，注入電解液，密閉電池殼體,經(jīng)過充放電后,制成高溫鎳氫電池。實施例3正極制作將氫氧化鎳、氧化亞鈷及鎢酸鈉按91. 8 7 I. 2的重量比混合均勻，使用鎳氫電池干法正極工藝填充到正極基體泡沫鎳上，經(jīng)輥壓和裁切后，制成鎳氫電池的正極極片;負極制作將儲氫合金粉末使用鎳氫電池干法負極工藝輥壓到負極基體銅網(wǎng)上，在其表面浸潤一層聚四氟乙烯乳液，經(jīng)烘干和輥壓后，制成鎳氫電池的負極極片；電解液制作
將純凈水、氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋰、鎢酸鈉按80 15 3 2 O. 8的重量比混合，并加入重量百分比為O. 2% (以電解液總重量計)的氫氧化鋇，冷卻過濾后測試其比重，測試比重在1.20±0. 02g/ml范圍內(nèi)，即可使用，如果比重不在I. 20±0. 02g/ml范圍內(nèi)，可以加入純凈水調(diào)節(jié)。將正極極片、隔膜、負極極片依次層疊卷繞成電極組，將電極組裝入電池鋼殼內(nèi)，注入電解液，密閉電池殼體,經(jīng)過充放電后,制成高溫鎳氫電池。實施例4正極制作將氫氧化鎳、氧化亞鈷及鎢酸鈉按91. 7 7 I. 3的重量比混合均勻，使用鎳氫電池干法正極工藝填充到正極基體泡沫鎳上，經(jīng)輥壓和裁切后，制成鎳氫電池的正極極片;負極制作將儲氫合金粉末使用鎳氫電池干法負極工藝輥壓到負極基體銅網(wǎng)上，在其表面浸潤一層聚四氟乙烯乳液，經(jīng)烘干和輥壓后，制成鎳氫電池的負極極片；電解液制作將純凈水、氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋰、鎢酸鈉按80 15 3 2 I. I的重量比混合，并加入重量百分比為O. 2% (以電解液總重量計)的氫氧化鋇，冷卻過濾后測試其比重，測試比重在1.20±0. 02g/ml范圍內(nèi)，即可使用，如果比重不在I. 20±0. 02g/ml范圍內(nèi)，可以加入純凈水調(diào)節(jié)。將正極極片、隔膜、負極極片依次層疊卷繞成電極組，將電極組裝入電池鋼殼內(nèi)，注入電解液，密閉電池殼體,經(jīng)過充放電后,制成高溫鎳氫電池。對比例I按照實施例I所述的方法制作鎳氫電池，不同之處在于正極使用高溫氫氧化鎳，不添加鎢酸鈉，電解液為現(xiàn)有技術中使用的電解液。對比例2制作方法按照申請?zhí)枮?00810027050. 3的發(fā)明中實施例I的制備方法。對比例3現(xiàn)有技術中的普通鎳氫電池。性能對比測試鎳氫電池在不同溫度下的充放電效率的方法將鎳氫電池分別在55°C、65°C，75°C，80°C環(huán)境下靜置8h，使鎳氫電池的溫度與環(huán)境的溫度相同，然后，使用O. IC的充電電流充電6h，用O. 2C的放電電流放電至截止電壓為
I.0V，計算電池放電容量，并與鎳氫電池在常溫下的放電容量作比較，得到高溫環(huán)境下鎳氫電池的充電效率。將各實施例和對比例得到的鎳氫電池分別進行測試，測試結(jié)果取平均值，各實施例和對比例得到的鎳氫電池在高溫下的充電效率(即鎳氫電池的放電容量與充電電量的比值，以百分數(shù)表示)，如表I所示表I
權利要求
1.ー種高溫鎳氫電池，包括正極、負極以及電解液，其特征在于，所述正極的活性物質(zhì)中含有氫氧化鎳和鶴酸鈉，所述氫氧化鎳和鶴酸鈉的重量比為100 : 1 2。
2.如權利要求1所述的高溫鎳氫電池，其特征在于，所述氫氧化鎳和鎢酸鈉的重量比為 100 1 1. 5。
3.如權利要求2所述的高溫鎳氫電池，其特征在于，所述氫氧化鎳和鎢酸鈉的重量比為 100 1 1. 2。
4.如權利要求1所述的高溫鎳氫電池，其特征在于，所述正極的活性物質(zhì)由氫氧化鎳、氧化亞鈷和鎢酸鈉組成，所述氫氧化鎳、氧化亞鈷和鎢酸鈉的重量比為100 : 7 15 : 1 2。
5.如權利要求4所述的高溫鎳氫電池，其特征在于，所述氫氧化鎳、氧化亞鈷和鎢酸鈉的重量比為100 7 10 1 2。
6.如權利要求1 5任一所述的高溫鎳氫電池，其特征在于，所述電解液由純凈水、氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋰、鎢酸鈉、氫氧化鋇組成，各組分重量比為100 15 20 2 5 1 3 0. 5 2 0. 2 0. 3。
7.如權利要求6所述的高溫鎳氫電池，其特征在于，所述電解液由純凈水、氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋰、鎢酸鈉、氫氧化鋇組成，各組分重量比為100 15 20 2 5 1 3 0. 5 1. 5 0. 2 0. 3。
8.—種如權利要求6或7所述的高溫鎳氫電池的制備方法，其特征在于，包括如下步驟 (1)將正極活性物質(zhì)混合均勻后，填充至正極基體泡沫鎳中，經(jīng)輥壓和裁切，制成鎳氫電池的正極極片； (2)將儲氫合金粉末輥壓至負極基體銅網(wǎng)上，然后，在負極基體表面浸潤聚四氟こ烯乳液，經(jīng)烘干和輥壓，得到負極極片； (3)將氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋰、鎢酸鈉、氫氧化鋇溶于純凈水中，冷卻過濾，制備得到電解液； (4)將正極、負極以及電解液組裝成高溫鎳氫電池。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高溫鎳氫電池，包括正極、負極以及電解液，所述正極的活性物質(zhì)中含有氫氧化鎳和鎢酸鈉，所述氫氧化鎳和鎢酸鈉的重量比為100∶1～2。所述電解液由純凈水、氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋰、鎢酸鈉、氫氧化鋇組成，各組分重量比為100∶15～20∶2～5∶1～3∶0.5～2∶0.2～0.3。本發(fā)明還公開了一種所述高溫鎳氫電池的制備方法。本發(fā)明制備高溫鎳氫電池的方法簡單，制備得到的高溫鎳氫電池在高溫環(huán)境下仍能保持較高的充電效率。
文檔編號H01M10/30GK102956892SQ20121043054
公開日2013年3月6日 申請日期2012年11月1日 優(yōu)先權日2012年11月1日
發(fā)明者顧余成, 張繼強, 陳愛元, 莫志琴, 錢亮 申請人:浙江天能能源科技有限公司