專利名稱：堿性二次鎳氫電池的正負(fù)極材料及電池制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明可涉及可充電二次電池及其制造領(lǐng)域。主要適用于制造堿性二次鎳氫電池。
近幾年來(lái)，由于鎳--金屬氫化物蓄電池具有高容量比、無(wú)污染、使用壽命長(zhǎng)和工作溫度寬等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用。在這類電池中，作為負(fù)極主要材料的儲(chǔ)氫合金能夠穩(wěn)定地吸收和儲(chǔ)存數(shù)倍于自身體積的氫(常溫常壓下以氣體計(jì)算)，而且作為能源能夠安全地儲(chǔ)存和運(yùn)輸。利用儲(chǔ)氫合金電化學(xué)吸放氫的特性及電催化作用研制充電電池是目前化學(xué)電源中最活路的領(lǐng)域之一。
在現(xiàn)有技術(shù)中，二次鎳氫電池的正極材料以Ni(OH)2為主，負(fù)極材料以混合稀土鎳錳鈷鋁合金為主，并配與其它材料，由此而制作的電池的性能仍不太理想，特別是在高倍率下放電，1.2V容量占總?cè)萘科?中國(guó)專利ZL92102795.8、ZL92102550.6)。
在二次儲(chǔ)氫電池的現(xiàn)有生產(chǎn)工藝中，對(duì)卷繞成的或相疊成的電池需要進(jìn)行三次開口化成，需要大量的電解液，并且開口化成時(shí)，電解液對(duì)設(shè)備會(huì)造成腐蝕，對(duì)工作人員的身體也有影響，而且還需對(duì)這些電解液進(jìn)行環(huán)保處理，否則對(duì)環(huán)境造成污染。
本發(fā)明的目的在于提供一種電池性能更優(yōu)異的，其制造方法簡(jiǎn)單、成本低、無(wú)污染的堿性二次鎳氫電池的負(fù)、正極材料及電池制造方法。
根據(jù)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是在負(fù)正極材料中加入稀土氧化物和導(dǎo)電材料，提高電池性能；在制造方法中，采用直接往裝有電池芯的電池筒中注入定量的所需的電解液，并立即封口等。
現(xiàn)分述如下本發(fā)明所述的二次鎳氫電池的負(fù)、正極材料的化學(xué)成分如下負(fù)極材料的化學(xué)成分(重量％)為儲(chǔ)氫合金MmNi3.4(Mn、Co、Al、Ti)1.665-98％，導(dǎo)電材料1-20％，添加劑0.01-15％；正極材料的化學(xué)成分(重量％)為Ni(OH)265-98％，導(dǎo)電材料1-20％，添加劑O.01-15％。
其中導(dǎo)電材料為鎳粉、石墨粉、乙炔黑、CoO、Co(OH)2、CoCO3中任一種或任兩種以上。
添加劑至少為稀土Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu的氧化物中任一種。
(1)負(fù)極板和正極板的制作首先根據(jù)負(fù)極材料和正極材料的化學(xué)成分范圍分別進(jìn)行配料，并制成粉末，分別放入混料機(jī)中混合均勻，然后將混合均勻的負(fù)極材料和正極材料混合物分別與聚合粘結(jié)劑及水混合，制成負(fù)極膏狀物和正極膏狀物，再將負(fù)極膏狀物及正極膏狀物分別涂敷在導(dǎo)電基片上，干燥后按預(yù)定形狀成形為負(fù)極板和正極板；負(fù)極膏狀物的成分配比(重量％)為負(fù)極材料混合物80-90％，聚合粘結(jié)劑3-10％，水7-10％；正極膏狀物的成分配比(重量％)為正極材料混合物75-85％，聚合粘結(jié)劑6-13％，水9-12％。
其中，聚合粘結(jié)劑為羧基甲基纖維素、甲基纖維素、聚四氟乙烯、聚乙烯醇、聚丙烯酸鈉中任一種或任兩種以上。
導(dǎo)電基片為二維基體金屬材料或三維基體材料中的任一種。
二維基體金屬材料為由金屬鍍鎳、熱涂覆鎳或純鎳三種材料中的沖孔金屬帶、氣拉網(wǎng)或絲網(wǎng)中任一種。
三維基體金屬材料為氈狀多孔狀金屬或海綿多孔狀金屬中的任一種。
(2)卷繞電池芯在制作好的負(fù)、正極板之間以隔膜材料相隔，然后用卷繞機(jī)卷成筒狀或其它形狀緊密相疊的電池芯，并將電池芯裝入形狀一致的電池筒中。
(3)電池筒中加入電解液將電解液KOH、NaOH或LiOH中任一種或任兩種以上之和加入裝有電池芯的電池筒中，根據(jù)電容量，每個(gè)電池電解液的加入量為1.5-2.7ml/Ah。
(4)電池封口每個(gè)電池加入電解液后，將正極引線與電池蓋帽焊合，并用封口機(jī)將電池封好，即制成本發(fā)明所述的堿性二次鎳氫電池。
采用本發(fā)明所述的負(fù)、正極材料及制造方法所制備的二次鎳氫電池具有優(yōu)異的性能AA型電池，0.5A放電，電池1.2V，保持時(shí)間達(dá)成125分鐘，1A放電，電池1.2V，保持時(shí)間達(dá)58分鐘。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)工藝簡(jiǎn)化，工作效率提高，現(xiàn)有技術(shù)需將電池芯放入電池筒(殼)后，再進(jìn)行開口化成，本發(fā)明可以直接封口電池，無(wú)需開口化成，縮短了工藝周期。
(2)節(jié)約原材料，消除污染?，F(xiàn)有技術(shù)在開口化成時(shí)需要大量電解液，用后大量的多余的電解液大部分作廢液倒掉，既浪費(fèi)原材料，又對(duì)設(shè)備和環(huán)境造成污染；本發(fā)明的電解液按需要量加入，無(wú)多余的，其用量為現(xiàn)有技術(shù)的10％-20％，既節(jié)省了原材料，又減少了污染，改善了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度和勞動(dòng)環(huán)境。
(3)電池性能提高了，現(xiàn)有技術(shù)中的開口化成AA型電池，在0.5C倍率和1C倍率下放電，1.2V容量分別只占總?cè)萘康?2.5％和53％；而本發(fā)明同一型號(hào)電池，在相同倍率下放電，1.2V容量占總?cè)萘康?0％和76％。
實(shí)施例按照本發(fā)明所述的負(fù)、正極材料的化學(xué)成分范圍及制造方法制備了四批AA型堿性二次鎳氫電池。
首先按化學(xué)成分范圍配備負(fù)、正極材料，其具體的化學(xué)成分范圍如表1、表2所示；接著按成分配比配備相應(yīng)批號(hào)的負(fù)極膏狀物和正極膏狀物，并將它們分別涂敷在對(duì)應(yīng)批號(hào)的導(dǎo)電基片上，待干燥后成形為片狀的負(fù)極板和正極板。相應(yīng)的負(fù)極膏狀物、正極膏狀物的成分配比及所采用的導(dǎo)電基片如表3所示。隨后，在每一批號(hào)的負(fù)、正極板之間以隔膜材料相隔，并用卷繞機(jī)卷成圓筒形電池芯，裝入形狀一致的AA型電池筒中，所用隔膜材料為國(guó)產(chǎn)維尼綸短纖維。接著將電解液注入電池筒中，并將正極引線與電池蓋帽焊合，用封口機(jī)將電池封好，成為最終的堿性二次鎳氫電池。相應(yīng)批號(hào)所用的電解液種類及加入量如表4所示。
電池做好后，測(cè)其性能，測(cè)量結(jié)果如表5所示。
表1實(shí)施例負(fù)極材料的化學(xué)成分(重量％)
表2實(shí)施例正極材料的化學(xué)成分(重量％)
表3實(shí)施例負(fù)極、正極膏狀物的成分配比及導(dǎo)電基片
注表3中的負(fù)極材料混合物和正極材料混合物分別為表1、表2中相應(yīng)批號(hào)的負(fù)極材料和正極材料。
表4實(shí)施例加入電池筒中的電解液種類和劑量(Ml)
表5實(shí)施例所制備堿性二次鎳氫電池的特性
權(quán)利要求
1.一種堿性二次鎳氫電池的負(fù)、正極材料，其特征在于(1)負(fù)極材料的化學(xué)成分(重量％)為儲(chǔ)氫合金MmNi3.4(Mn、Co、Al、Ti)1.665-98％，導(dǎo)電材料1-20％，添加劑O.01-15％；(2)正極材料的化學(xué)成分(重量％)為Ni(OH)265-98％，導(dǎo)電材料1-20％，添加劑0.01-15％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)、正極材料，其特征在于導(dǎo)電材料為鎳粉、石墨粉、乙炔黑、CoO、Co(OH)2、CoCO3中任一種或任兩種以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)、正極材料，其特征在于添加劑至少為稀土Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu的氧化物中任一種。
4.一種堿性二次鎳氫電池的制造方法，其特征在于該方法包括如下步驟(1)負(fù)極板和正極板的制作首先根據(jù)負(fù)極材料和正極材料的化學(xué)成分范圍分別進(jìn)行配料，并制成粉末，分別放入混料機(jī)中混合均勻，然后將混合均勻的負(fù)極材料和正極材料混合物分別與聚合粘結(jié)劑及水混合，制成負(fù)極膏狀物和正極膏狀物，再將負(fù)極膏狀物及正極膏狀物分別涂敷在導(dǎo)電基片上，干燥后按預(yù)定形狀成形為負(fù)極板和正極板；負(fù)極膏狀物的成分配比(重量％)為負(fù)極材料混合物80-90％，聚合粘結(jié)劑3-10％，水7-10％；正極膏狀物的成分配比(重量％)為正極材料混合物75-85％，聚合粘結(jié)劑6-13％，水9-12％；(2)卷繞電池芯在制作好的負(fù)、正極板之間以隔膜材料相隔，然后用卷繞機(jī)卷繞成筒狀或其它形狀緊密相疊的電池芯，并將電池芯裝入形狀一致的電池筒中；(3)電池筒中加入電解液將電解液KOH、NaOH或LiOH中任一種或任兩種以上之和加入裝有電池芯的電池筒中，根據(jù)電池容量，每個(gè)電池需加入電解液的劑量為1.5-2.7ml/Ah。(4)電池封口每個(gè)電池加入電解液后，將正極引線與電池蓋帽焊合，并用封口機(jī)將電池封好。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制造方法，其特征在于聚合粘結(jié)劑為羧甲基纖維素、甲基纖維素、聚四氟乙烯、聚乙烯醇、聚丙烯酸鈉中任一種或任兩種以上。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制造方法，其特征在于導(dǎo)電基片為二維基體金屬材料或三維基體金屬材料中任一種；二維基體金屬材料為由金屬鍍鎳、熱涂覆鎳或純鎳三種材料的沖破孔金屬帶、氣拉網(wǎng)或絲網(wǎng)中任一種；三維基體金屬材料為氈狀多孔狀金屬或海綿多孔狀金屬中任一種。
全文摘要
本發(fā)明屬于涉及可充電二次電池及制造領(lǐng)域。本發(fā)明所述的鎳氫電池的負(fù)、正極材料分別由M
文檔編號(hào)H01M10/28GK1216405SQ9812527
公開日1999年5月12日 申請(qǐng)日期1998年12月15日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月15日
發(fā)明者程菊, 徐德明, 王新林, 李軍, 孟慶仁 申請(qǐng)人:冶金工業(yè)部鋼鐵研究總院