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      負(fù)極為鋼帶式鐵電極的鐵鎳蓄電池及其制備方法

      文檔序號(hào):7118736閱讀:289來(lái)源:國(guó)知局
      專利名稱:負(fù)極為鋼帶式鐵電極的鐵鎳蓄電池及其制備方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本發(fā)明涉及二次電池的技術(shù)領(lǐng)域,尤其涉及一種容量高、大電流放電能力強(qiáng),使用壽命長(zhǎng)的負(fù)極為鋼帶式鐵電極的鐵鎳蓄電池及其制備方法
      背景技術(shù)
      19世紀(jì)末20世紀(jì)初,歐洲的JUNJER和美國(guó)的EDISON發(fā)明了鐵氧化鎳電池,這是一種以鐵電極作為負(fù)極,羥基氧化鎳作為正極的蓄電池。相比目前廣泛使用的鎘鎳電池,鉛酸電池,氫鎳電池,這種電池能承受過(guò)充過(guò)放,長(zhǎng)期放電態(tài)擱置等電性能的濫用,且這種鐵鎳蓄電池的壽命長(zhǎng),循環(huán)壽命可達(dá)2000次以上,使用年限為20年以上,這是鎘鎳電池,鉛酸電池和氫鎳電池?zé)o法比擬的,因此,受到社會(huì)的關(guān)注和大力發(fā)展。但是現(xiàn)有的鐵鎳蓄電池的負(fù)極大都采用袋式結(jié)構(gòu)的鐵電極,這種袋式結(jié)構(gòu)的鐵電極板的制作工藝復(fù)、設(shè)備投入大,造成電池的成本過(guò)大,經(jīng)濟(jì)效益較低,并且由于這種袋式結(jié)構(gòu)的鐵電極的特殊結(jié)構(gòu)使活性物質(zhì)與集流體間距太大,活性物質(zhì)利用率低的影響,造成大電流放電能力較弱;同時(shí)以塑料隔離物隔離正負(fù)極板,使得正負(fù)極的間距很大,充放電時(shí)電化學(xué)極化大,同樣造成了這種鐵鎳蓄電池的大電流放電能力很弱,一般僅能提供中低倍率的放電(IC倍率以下電流放電),不能作為電車的動(dòng)力能源使用。因此開發(fā)一種容量高、大電流放電能力強(qiáng),使用壽命長(zhǎng)的鐵鎳蓄電池具有很高的社會(huì)意義和價(jià)值。

      發(fā)明內(nèi)容
      本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足而提供一種容量高、大電流放電能力強(qiáng),使用壽命長(zhǎng)的負(fù)極為鋼帶式鐵電極的鐵鎳蓄電池及其制備方法。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的
      一種負(fù)極為鋼帶式鐵電極的鐵鎳蓄電池,包括盛有電解液的容器、設(shè)置在容器內(nèi)的負(fù)極和正極,所述的正極為燒結(jié)式鎳電極,所述的負(fù)極為鋼帶式鐵電極,所述的鋼帶式鐵電極,包括毛刺鋼帶基體、設(shè)置在毛刺鋼帶基體表面的活性物質(zhì)漿料,所述的活性物質(zhì)漿料是由各組分按照以下重量百分比制成四氧化三鐵85 95%、添加劑I 5%、導(dǎo)電劑3 7%、粘結(jié)劑I 3%,所述的正極和負(fù)極采用疊片式結(jié)構(gòu)組合、且在正極和負(fù)極之間設(shè)置有聚烯烴隔膜。所述毛刺鋼帶基體是由平面鋼帶經(jīng)機(jī)械沖孔成為三維結(jié)構(gòu)后整體化學(xué)鍍鎳而成。所述的添加劑為硫酸鎳、氫氧化鎳、稀土氧化物中的至少一種,導(dǎo)電劑為石墨或者乙炔黑或者碳黑,粘結(jié)劑為HPMC、CMC、PTFE乳液中的至少一種。所述的電解液為氫氧化鉀和氫氧化鋰的混合溶液,其中氫氧化鉀濃度為5 6mol/L、氫氧化鋰濃度為O. 3 O. 5 mol/L,所述的聚烯烴隔膜為一層聚丙烯無(wú)紡布襯一層輻射接枝聚乙烯膜,所述的容器為尼龍或聚烯烴材質(zhì)的殼體。一種制備所述的負(fù)極為鋼帶式鐵電極的鐵鎳蓄電池的制備方法,其制備方法包括如下步驟步驟I、負(fù)極為鋼帶式鐵電極的制備1)基體的制備根據(jù)要制備的鋼帶式鐵電極取平面鋼帶,將所取的平面鋼帶經(jīng)機(jī)械沖孔成為三維結(jié)構(gòu),然后整體化學(xué)鍍鎳,制得毛刺鋼帶基體;2)活性物質(zhì)漿料的制備在室溫下,首先將重量百分比為85 95%的四氧化三鐵、重量百分比為I 5%添加劑、重量百分比為3 7%導(dǎo)電劑均勻混合,然后加入由重量百分比為I 3%的粘結(jié)劑配制的質(zhì)量濃度為8%的粘結(jié)劑水溶液,攪拌I小時(shí)至均勻,制得活性物質(zhì)漿料;3)負(fù)極為鋼帶式鐵電極的成型將2)中制得的活性物質(zhì)漿料涂覆于I)中制得的毛刺鋼帶基體的表面,然后在60 80°C下烘干,經(jīng)滾壓機(jī)滾壓、切片機(jī)沖切、點(diǎn)焊機(jī)點(diǎn)焊極耳,制得負(fù)極為鋼帶式鐵電極;
      步驟2、極板組的制備取現(xiàn)有的燒結(jié)式鎳電極作為正極、步驟I制得的鋼帶式鐵電極作為負(fù)極,用聚烯烴隔膜折疊包繞,再用螺絲和螺母將正極為燒結(jié)式鎳電極的極耳和負(fù)極為鋼帶式鐵電極的極耳裝配在集流柱上,組成極板組;
      步驟3、組裝將步驟2制得的極板組裝入容器內(nèi),蓋上塑料蓋,用耐堿膠黏劑或超聲波焊接使容器與蓋子密封在一起,然后在正、負(fù)集流柱上套上密封圈和墊片,并用螺絲將集流柱緊固在塑料蓋上;
      步驟4、加電解液向步驟3組裝后制得的容器內(nèi)注入由氫氧化鉀和氫氧化鋰混合而成的電解液,其中氫氧化鉀濃度為5 6mol/L、氫氧化鋰濃度為O. 3 O. 5 mol/L,注入的電解液液面高度以淹沒安裝在步驟3的容器中的極板組15毫米為宜,放置12小時(shí);
      步驟5、活化將步驟4制得電池通過(guò)以O(shè). 25C充電8小時(shí)、停30分鐘、以O(shè). 2C放電至I. 0V,重復(fù)3次的充放電進(jìn)行活化處理,得到負(fù)極為鋼帶式鐵電極的鐵鎳蓄電池。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有以下的優(yōu)點(diǎn)
      本發(fā)明采用燒結(jié)式鎳電極作為正極、鋼帶式鐵電極作為負(fù)極,由于燒結(jié)式鎳電極和鋼帶式鐵電極的基體均有獨(dú)特的三維結(jié)構(gòu),這樣使活性物質(zhì)與集流體間的距離大大縮短,活性物質(zhì)的利用率得到很大的提高,進(jìn)而大電流放電能力得到明顯加強(qiáng);另外,本發(fā)明在裝配時(shí)采用的疊片式結(jié)構(gòu)以厚度較薄的聚烯烴隔膜隔離正負(fù)極板,這樣在充放電時(shí)的電化學(xué)極化很弱,大電流放電能力得到很大的提升,電池的容量更大,使用壽命更長(zhǎng),可滿足高倍率放電的要求。例如IOC放電,使得鐵鎳電池用作電動(dòng)車動(dòng)力電源成為可能,這樣保護(hù)了環(huán)境,具有很大的社會(huì)價(jià)值和意義。由實(shí)施例的實(shí)驗(yàn)證明本發(fā)明的電池比傳統(tǒng)電池10C放電比率提高了 45 49%,活性物質(zhì)利用率提高了 18. 7 21%。
      具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。實(shí)施例I
      取三氧化二鐵85克、添加劑5克、導(dǎo)電劑7克、粘結(jié)劑3克一種負(fù)極為鋼帶式鐵電極的鐵鎳蓄電池,包括盛有電解液的容器、設(shè)置在容器內(nèi)的負(fù)極和正極,所述的正極為燒結(jié)式鎳電極,所述的負(fù)極為鋼帶式鐵電極,所述的鋼帶式鐵電極,包括毛刺鋼帶基體、設(shè)置在毛刺鋼帶基體表面的活性物質(zhì)漿料,所述的活性物質(zhì)漿料是由各組分按照以下重量百分比制成四氧化三鐵85克、添加劑5克、導(dǎo)電劑7克、粘結(jié)劑3克,所述的正極和負(fù)極采用疊片式結(jié)構(gòu)組合、且在正極和負(fù)極之間設(shè)置有聚烯烴隔膜。
      所述毛刺鋼帶基體是由平面鋼帶經(jīng)機(jī)械沖孔成為三維結(jié)構(gòu)后整體化學(xué)鍍鎳而成。所述的添加劑為硫酸鎳、氫氧化鎳、稀土氧化物中的至少一種,導(dǎo)電劑為石墨或者乙炔黑或者碳黑,粘結(jié)劑為HPMC、CMC、PTFE乳液中的至少一種所述的電解液為氫氧化鉀和氫氧化鋰的混合溶液,其中氫氧化鉀濃度為5 6mol/L、氫氧化鋰濃度為O. 3 O. 5 mol/L,所述的聚烯烴隔膜為一層聚丙烯無(wú)紡布襯一層輻射接枝聚乙烯膜,所述的容器為尼龍或聚烯烴材質(zhì)的殼體。一種制備所述的負(fù)極為鋼帶式鐵電極的鐵鎳蓄電池的制備方法,其制備方法包括如下步驟
      步驟I、負(fù)極為鋼帶式鐵電極的制備1)基體的制備根據(jù)要制備的鋼帶式鐵電極取平面鋼帶,將所取的平面鋼帶經(jīng)機(jī)械沖孔成為三維結(jié)構(gòu),然后整體化學(xué)鍍鎳,制得毛刺鋼帶基體;2)活性物質(zhì)漿料的制備在室溫下,首先將重量為85克的四氧化三鐵、重量為5克添加齊U、重量為7克導(dǎo)電劑均勻混合,然后加入由重量為3克的粘結(jié)劑配制成的質(zhì)量濃度為8%的粘結(jié)劑水溶液37. 5克,攪拌I小時(shí)至均勻,制得活性物質(zhì)漿料;3)負(fù)極為鋼帶式鐵電極的成型將2)中制得的活性物質(zhì)漿料涂覆于I)中制得的毛刺鋼帶基體的表面,然后在60 80°C下烘干,經(jīng)滾壓機(jī)滾壓、切片機(jī)沖切、點(diǎn)焊機(jī)點(diǎn)焊極耳,制得負(fù)極為鋼帶式鐵電極;
      步驟2、極板組的制備取現(xiàn)有的燒結(jié)式鎳電極作為正極、步驟I制得的鋼帶式鐵電極作為負(fù)極,用聚烯烴隔膜折疊包繞,再用螺絲和螺母將正極為燒結(jié)式鎳電極的極耳和負(fù)極為鋼帶式鐵電極的極耳裝配在集流柱上,組成極板組;
      步驟3、組裝將步驟2制得的極板組裝入容器內(nèi),蓋上塑料蓋,用耐堿膠黏劑或超聲波焊接使容器與蓋子密封在一起,然后在正、負(fù)集流柱上套上密封圈和墊片,并用螺絲將集流柱緊固在塑料蓋上;
      步驟4、加電解液向步驟3組裝后制得的容器內(nèi)注入由氫氧化鉀和氫氧化鋰混合而成的電解液,其中氫氧化鉀濃度為5 6mol/L、氫氧化鋰濃度為O. 3 O. 5 mol/L,注入的電解液液面高度以淹沒安裝在步驟3的容器中的極板組15毫米為宜,放置12小時(shí);
      步驟5、活化將步驟4制得電池通過(guò)以O(shè). 25C充電8小時(shí)、停30分鐘、以O(shè). 2C放電至I. 0V,重復(fù)3次的充放電進(jìn)行活化處理,得到負(fù)極為鋼帶式鐵電極的鐵鎳蓄電池。所述的電解液的配置是在水中混合氫氧化鉀和氫氧化鋰,其中保證氫氧化鉀的濃度為5 6mol/L、氫氧化鋰的濃度為O. 3 O. 5 mol/L。取傳統(tǒng)的由袋式電極作為正負(fù)極的鐵鎳電池作為參照,做對(duì)照實(shí)驗(yàn)。分別計(jì)算本發(fā)明的鐵鎳電池和傳統(tǒng)的鐵鎳電池的放電容量
      電池以O(shè). 25C充電8小時(shí),停30分鐘,以O(shè). 2C放電至I. 0V,計(jì)算出兩種電池放電容量。電池以O(shè). 25C充電8小時(shí),停30分鐘,以IOC放電至O. 8V,計(jì)算出兩種電池放電容量。按照電池以鐵電極理論容量的O. IC充電10小時(shí),停30分鐘,然后以鐵電極理論容量O. IC放電至 O. 55V (相對(duì)鋅參比電極)的準(zhǔn)則,計(jì)算出鐵電極中活性物質(zhì)的克容量。實(shí)施例I制得的本發(fā)明的電池與傳統(tǒng)的電池的活性物質(zhì)利用率和放電能力的比較,如下表
      權(quán)利要求
      1.一種負(fù)極為鋼帶式鐵電極的鐵鎳蓄電池,包括盛有電解液的容器、設(shè)置在容器內(nèi)的負(fù)極和正極,所述的正極為燒結(jié)式鎳電極,其特征在于所述的負(fù)極為鋼帶式鐵電極,所述的鋼帶式鐵電極,包括毛刺鋼帶基體、設(shè)置在毛刺鋼帶基體表面的活性物質(zhì)漿料,所述的活性物質(zhì)漿料是由各組分按照以下重量百分比制成四氧化三鐵85 95%、添加劑I 5%、導(dǎo)電劑3 7%、粘結(jié)劑I 3%,所述的正極和負(fù)極采用疊片式結(jié)構(gòu)組合、且在正極和負(fù)極之間設(shè)置有聚烯烴隔膜。
      2.如權(quán)利要求I所述的負(fù)極為鋼帶式鐵電極的鐵鎳蓄電池,其特征在于所述毛刺鋼帶基體是由平面鋼帶經(jīng)機(jī)械沖孔成為三維結(jié)構(gòu)后整體化學(xué)鍍鎳而成。
      3.如權(quán)利要求I所述的負(fù)極為鋼帶式鐵電極的鐵鎳蓄電池,其特征在于所述的添加劑為硫酸鎳、氫氧化鎳、稀土氧化物中的至少一種,導(dǎo)電劑為石墨或者乙炔黑或者碳黑,粘結(jié)劑為HPMC、CMC、PTFE乳液中的至少一種。
      4.如權(quán)利要求I所述的負(fù)極為鋼帶式鐵電極的鐵鎳蓄電池,其特征在于所述的電解液為氫氧化鉀和氫氧化鋰的混合溶液,其中氫氧化鉀濃度為5 6mol/L、氫氧化鋰濃度為O.3 O. 5 mol/L,所述的聚烯烴隔膜為一層聚丙烯無(wú)紡布襯一層輻射接枝聚乙烯膜,所述的容器為尼龍或聚烯烴材質(zhì)的殼體。
      5.一種制備如權(quán)利要求I 4之一所述的負(fù)極為鋼帶式鐵電極的鐵鎳蓄電池的制備方法,其特征在于其制備方法包括如下步驟 步驟I、負(fù)極為鋼帶式鐵電極的制備1)基體的制備根據(jù)要制備的鋼帶式鐵電極取平面鋼帶,將所取的平面鋼帶經(jīng)機(jī)械沖孔成為三維結(jié)構(gòu),然后整體化學(xué)鍍鎳,制得毛刺鋼帶基體;2)活性物質(zhì)漿料的制備在室溫下,首先將重量百分比為85 95%的四氧化三鐵、重量百分比為I 5%添加劑、重量百分比為3 7%導(dǎo)電劑均勻混合,然后加入由重量百分比為I 3%的粘結(jié)劑配制的質(zhì)量濃度為8%的粘結(jié)劑水溶液,攪拌I小時(shí)至均勻,制得活性物質(zhì)漿料;3)負(fù)極為鋼帶式鐵電極的成型將2)中制得的活性物質(zhì)漿料涂覆于I)中制得的毛刺鋼帶基體的表面,然后在60 80°C下烘干,經(jīng)滾壓機(jī)滾壓、切片機(jī)沖切、點(diǎn)焊機(jī)點(diǎn)焊極耳,制得負(fù)極為鋼帶式鐵電極; 步驟2、極板組的制備取現(xiàn)有的燒結(jié)式鎳電極作為正極、步驟I制得的鋼帶式鐵電極作為負(fù)極,用聚烯烴隔膜折疊包繞,再用螺絲和螺母將正極為燒結(jié)式鎳電極的極耳和負(fù)極為鋼帶式鐵電極的極耳裝配在集流柱上,組成極板組; 步驟3、組裝將步驟2制得的極板組裝入容器內(nèi),蓋上塑料蓋,用耐堿膠黏劑或超聲波焊接使容器與蓋子密封在一起,然后在正、負(fù)集流柱上套上密封圈和墊片,并用螺絲將集流柱緊固在塑料蓋上; 步驟4、加電解液向步驟3組裝后制得的容器內(nèi)注入由氫氧化鉀和氫氧化鋰混合而成的電解液,其中氫氧化鉀濃度為5 6mol/L、氫氧化鋰濃度為O. 3 O. 5 mol/L,注入的電解液液面高度以淹沒安裝在步驟3的容器中的極板組15毫米為宜,放置12小時(shí); 步驟5、活化將步驟4制得電池通過(guò)以O(shè). 25C充電8小時(shí)、停30分鐘、以O(shè). 2C放電至I. 0V,重復(fù)3次的充放電進(jìn)行活化處理,得到負(fù)極為鋼帶式鐵電極的鐵鎳蓄電池。
      全文摘要
      本發(fā)明涉及一種負(fù)極為鋼帶式鐵電極的鐵鎳蓄電池及其制備方法,它包括盛有電解液的容器、設(shè)置在容器內(nèi)的負(fù)極和正極,正極為燒結(jié)式鎳電極,負(fù)極為鋼帶式鐵電極,所述的鋼帶式鐵電極,包括毛刺鋼帶基體、設(shè)置在毛刺鋼帶基體表面的活性物質(zhì)漿料,活性物質(zhì)漿料是由各組分按照以下重量百分比制成四氧化三鐵85~95%、添加劑1~5%、導(dǎo)電劑3~7%、粘結(jié)劑1~3%,正極和負(fù)極采用疊片式結(jié)構(gòu)組合、且在正極和負(fù)極之間設(shè)置有聚烯烴隔膜;由于本發(fā)明采用燒結(jié)式鎳電極作為正極、鋼帶式鐵電極作為負(fù)極,在裝配時(shí)采用疊片式結(jié)構(gòu)以厚度較薄的聚烯烴隔膜隔離正負(fù)極板,具有容量高、大電流放電能力強(qiáng),使用壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)。
      文檔編號(hào)H01M2/16GK102623757SQ20121011256
      公開日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2012年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月17日
      發(fā)明者李喜歌, 李永創(chuàng), 李群杰, 楊玉鋒 申請(qǐng)人:河南創(chuàng)力新能源科技有限公司
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