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鎳-鎘蓄電池的制作方法

文檔序號(hào):6933825閱讀:270來(lái)源:國(guó)知局
專(zhuān)利名稱(chēng):鎳-鎘蓄電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種鎳鎘蓄電池,特別涉及鎘負(fù)極所采用的導(dǎo)電劑。
背景技術(shù)
鎳-鎘蓄電池由于其穩(wěn)定的性能、低廉的價(jià)格及其能夠適應(yīng)多種工作條件,一直受到廣泛的應(yīng)用。鎳-鎘蓄電池一般設(shè)計(jì)成正極限制,即負(fù)極容量過(guò)量,在正極充滿電后,正極電位升高,正極發(fā)生氧氣析出反應(yīng);而由于負(fù)極過(guò)量,這時(shí)所發(fā)生的反應(yīng)仍是活性物質(zhì)的充電反應(yīng),如果正極產(chǎn)生的氧氣能夠通過(guò)隔膜到達(dá)負(fù)極,且負(fù)極對(duì)氧氣有強(qiáng)的吸收能力,則這時(shí)在負(fù)極還將發(fā)生氧氣復(fù)合反應(yīng),這樣能夠有效地消除正極產(chǎn)生的氧氣,減小電池內(nèi)部壓力,同時(shí)負(fù)極一直處于未充滿電狀態(tài)。
然而實(shí)際上,對(duì)于鎘負(fù)極,尤其是粘結(jié)式(或稱(chēng)膏式)鎘負(fù)極來(lái)說(shuō),經(jīng)常存在以下問(wèn)題1)氧氣復(fù)合能力差;2)活性物質(zhì)晶粒粗大化;3)鎘枝晶;4)析氫。具體表現(xiàn)在電池充電時(shí)內(nèi)壓大、循環(huán)時(shí)容量衰減較快、大電流放電容量較小等。造成以上這些問(wèn)題的一個(gè)很重要的原因是負(fù)極板的導(dǎo)電性能不好,導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)不均一。由于膏式鎘電極活性物質(zhì)層導(dǎo)電性低,充電時(shí),充電反應(yīng)是由導(dǎo)電性好的集電基體附近向電極表面逐漸進(jìn)行。在快速充電或充電初期,負(fù)極表面難以生成金屬鎘,而正極透過(guò)來(lái)的氧氣必須滲入電極內(nèi)部才能被負(fù)極吸收,因此膏式鎘負(fù)極的吸氧特性差。
鎘負(fù)極放電是通過(guò)溶解-析出反應(yīng)機(jī)制進(jìn)行的。由于鎘電極導(dǎo)電性差,反應(yīng)是從導(dǎo)電性能較好的靠近集電基體的部分開(kāi)始進(jìn)行,而遠(yuǎn)離集電基體的部分則進(jìn)行緩慢。這樣,隨著充、放電循環(huán)的反復(fù)進(jìn)行,鎘負(fù)極活性物質(zhì)不斷進(jìn)行溶解-析出過(guò)程,活性物質(zhì)晶粒容易變得粗大,易導(dǎo)致鎘枝晶的生成。晶粒粗大化使得活性物質(zhì)比表面積急劇減少,反應(yīng)活性大大下降;而鎘枝晶的生成易產(chǎn)生內(nèi)部短路。
對(duì)于膏式鎘負(fù)極,特別是在低溫下長(zhǎng)期連續(xù)充電時(shí),由于導(dǎo)電性差,充電極化大,負(fù)極容易達(dá)到較負(fù)的充電電位,這時(shí)將發(fā)生析氫反應(yīng)。
所有這些問(wèn)題將使鎳-鎘電池內(nèi)壓升高,循環(huán)容量衰減,內(nèi)阻增大。為解決上述問(wèn)題,一般是在鎘負(fù)極中添加導(dǎo)電劑,改善負(fù)極的導(dǎo)電性能,公知技術(shù)常用的導(dǎo)電性添加劑有鎳粉、炭粉等。本發(fā)明人的研究發(fā)現(xiàn),在活性物質(zhì)中加入炭粉時(shí),由于炭粉表面能很大,容易自聚從而使其在活性物質(zhì)漿料中不能均勻分散,影響了導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的均勻性并且炭粉本身的導(dǎo)電性仍然不是很好,且其不能與活性物質(zhì)較好地親合,因此鎘負(fù)極的導(dǎo)電性仍然較差;在負(fù)極加入鎳粉時(shí),可以取得很好的導(dǎo)電效果,且鎳粉能夠?qū)ρ鯕庠阪k負(fù)極的復(fù)合起到一定的催化作用,因此能夠明顯改善負(fù)極的消氧能力,但作為導(dǎo)電添加劑的鎳粉價(jià)格較貴,同時(shí),由于氫氣在鎳上的析出過(guò)電位較低,充電時(shí)易發(fā)生板氫反應(yīng)采用炭纖維時(shí),由于其價(jià)格較高,在電池本身利潤(rùn)已經(jīng)很小的情況下,對(duì)于廠家來(lái)說(shuō)也不適于應(yīng)用。
在申請(qǐng)?zhí)枮?2134221.0的中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)中,本發(fā)明入公開(kāi)了采用銅粉作為鎘負(fù)極導(dǎo)電添加劑的技術(shù)。由于銅粉價(jià)格比鎳粉低,而熱導(dǎo)率(W/m·K)銅為397、鎳為88.5,電阻率(μΩ·cm)銅為1.694(20℃)、鎳為68.4(0℃),比較之下,銅的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性優(yōu)良,且在所有金屬中僅次于銀。本發(fā)明人認(rèn)為,采用銅作為導(dǎo)電添加劑,比采用鎳時(shí)具有更好的導(dǎo)電性,鎘負(fù)極內(nèi)部的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)更好,提高了負(fù)極活性物質(zhì)利用率;可以進(jìn)一步降低電池內(nèi)阻可更好地防止負(fù)極活性物質(zhì)晶粒粗大化及產(chǎn)生鎘枝晶,改善循環(huán)性能;同時(shí),由于銅對(duì)于氧氣在鎘負(fù)極的復(fù)合反應(yīng)具有催化作用,加入銅粉可以提高鎘負(fù)極的消氧能力,降低電池充電內(nèi)壓;另外,由于采用銅粉后,鎘負(fù)極導(dǎo)電性能、消氧能力及散熱性能都得到提高,因此其大電流性能明顯改善;由于氫氣在銅上的析出過(guò)電位比在鎳上的要高,因此,采用銅作為導(dǎo)電劑,可以避免采用鎳時(shí)有可能產(chǎn)生的氫氣容易析出的問(wèn)題。并且由于在銅在堿液中以CuO22-態(tài)溶解時(shí),其平衡電位要高于Cd/HCdO2-的平衡電位,因此,當(dāng)負(fù)極中有金屬鎘存在時(shí),金屬銅可以穩(wěn)定存在,而不會(huì)溶解,實(shí)際上,化成后電池中總有金屬鎘存在,故金屬銅在堿液中是穩(wěn)定的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)以上采用銅粉作為鎘負(fù)極導(dǎo)電添加劑的技術(shù),以通過(guò)添加銅的化合物由電化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為金屬銅的方式來(lái)替代,從而在鎘負(fù)極內(nèi)部的活性物質(zhì)顆粒之間形成金屬銅的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò),達(dá)到提供一種內(nèi)阻小、循環(huán)容量衰減小的鎳-鎘蓄電池的目的。
本發(fā)明的一種鎳-鎘蓄電池,包括氧化鎘負(fù)極、氫氧化鎳正極,其中的氧化鎘負(fù)極為粘結(jié)式電極,其電極物質(zhì)干粉由活性物氧化鎘、導(dǎo)電劑、其他添加劑組成,所述導(dǎo)電劑包括氫氧化銅。
其中導(dǎo)電劑的添加量占干粉的1%-5%wt。
其中氫氧化鎳正極的活性物氫氧化鎳為球形顆粒。
本發(fā)明中在負(fù)極中添加的氫氧化銅的量占負(fù)極活性物質(zhì)干粉的1%-5%。一般說(shuō),添加量達(dá)到1%時(shí),即能體現(xiàn)出效果。當(dāng)添加量少時(shí),不能形成良好的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò),添加作用不明顯;而當(dāng)添加量大于5%時(shí),雖然負(fù)極導(dǎo)電性能很好,活性物質(zhì)利用率很高,但成本大為增加,且作為非充放電活性性物質(zhì)的氫氧化銅所占比例太高,負(fù)極容量受到限制,從而使電池容量降低,因此不能實(shí)用。
因此,采用本發(fā)明,不僅可以降低電池成本,而且電池的綜合性能如循環(huán)性能、內(nèi)阻等性能均得到較大改善。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例1與比較例的鎳-鎘蓄電池的循環(huán)容量衰減比較圖。
具體實(shí)施例方式
一、電池制作實(shí)施例1鎘負(fù)極的制作將氧化鎘、氫氧化銅及其它添加劑按一定比例混合,其中氫氧化銅粉占干料總重量的1%;加入水、2%的CMC水溶液、60%的PTFE乳液,攪拌混合均勻,得到混合漿料,將此漿料涂布在穿孔鍍鎳鋼帶的兩面,經(jīng)烘干、切片成尺寸為250×33.6×0.5mm的負(fù)極片。
鎳正極的制作將氫氧化鎳、氧化鎘、其它添加劑按一定比例混合,加入水、2%的CMC水溶液、60%的PTFE乳液,攪拌混合均勻,得到混合漿料。將此漿料填充到發(fā)泡鎳中,經(jīng)烘干、刮片、壓片、裁片等步驟制成尺寸與負(fù)極相匹配、額定容量為1700mAh的正極片。
電池制作將上述鎳正極、鎘負(fù)極及隔膜組合在一起,經(jīng)卷繞裝入圓筒型鍍鎳鋼殼中,注入堿液,密封制成標(biāo)稱(chēng)容量為1700mAh的Sc型電池,此電池記為A1。
實(shí)施例2~3鎘負(fù)極的制作氫氧化銅分別占活性物質(zhì)干粉總重量的3.5%、4.5%,其它均與實(shí)施例1中相同。
鎳正極的制作與實(shí)施例1中相同。
電池制作將上述各鎘負(fù)極分別與鎳正極制成Sc型電池,分別記為A2、A3。
比較例鎳正極的制作同實(shí)施例1。
鎘負(fù)極的制作同實(shí)施例1,但其中不含氫氧化銅添加劑。
電池制作同實(shí)施例1,記為A0。
二、性能檢測(cè)上述電池經(jīng)充、放電化成后,進(jìn)行以下性能測(cè)試1、內(nèi)阻電池以A0~A3以1700mA充電75分鐘,擱置15分鐘,測(cè)試其充電態(tài)交流內(nèi)阻,由測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1

由上表1的結(jié)果可見(jiàn),采用本發(fā)明的電池具有更低的充電態(tài)內(nèi)阻。
2、放電容量測(cè)試電池A0~A3以1700mA充電75分鐘,-ΔV為15mV,擱置30分鐘;然后以1700mA放電到1.0V,記錄放電時(shí)間(分鐘),結(jié)果見(jiàn)
表2

3、循環(huán)性能測(cè)試僅以電池A0及A1以1700mA充電75分鐘,-ΔV為15mV,擱置15分鐘;然后以1700mA放電到1.0V,擱置15分鐘,重復(fù)上述過(guò)程,測(cè)試結(jié)果以圖1表示。
由圖1可以看出,電池A1和A0在300次循環(huán)后出現(xiàn)分化,A0電池容量衰減速度漸大于電池A1。結(jié)合表1~表2可以發(fā)現(xiàn),電池的放電容量并不是隨著氫氧化銅的添加量的增加而增加,而內(nèi)阻則是隨著氫氧化銅的添加量的增加而降低的。這是由于氫氧化銅的添加使得電極的導(dǎo)電性提高,但同時(shí)使負(fù)極剩余容量減小,導(dǎo)電性的提高有利于增大電池的放電容量,但剩余容量的減小又不利于放電容量的提高,因此出現(xiàn)上述情況??梢钥闯?,采用本發(fā)明,降低了電池的內(nèi)阻,提高了電池的放電容量,改善了電池的循環(huán)性能。
權(quán)利要求
1.一種鎳-鎘蓄電池,包括氧化鎘負(fù)極、氫氧化鎳正極,其中的氧化鎘負(fù)極為粘結(jié)式電極,其電極物質(zhì)干粉由活性物氧化鎘、導(dǎo)電劑、其他添加劑組成,其特征在于所述導(dǎo)電劑包括氫氧化銅。
2.如權(quán)利要求1所述的鎳-鎘蓄電池,其中導(dǎo)電劑的添加量占干粉的1%-5%wt。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鎳-鎘蓄電池,其中氫氧化鎳正極的活性物氫氧化鎳為球形顆粒。
全文摘要
本發(fā)明涉及的一種鎳-鎘蓄電池,包括氧化鎘負(fù)極、氫氧化鎳正極,所述氧化鎘負(fù)極為粘結(jié)式電極,其電極物質(zhì)干粉由活性物氧化鎘、導(dǎo)電劑、其他添加劑組成,所述導(dǎo)電劑包括氫氧化銅其中導(dǎo)電劑的添加量占干粉的1%-5%wt,其中氫氧化鎳正極的活性物氫氧化鎳為球形顆粒;采用氫氧化銅作為鎘負(fù)極導(dǎo)電性添加劑,改善膏式鎳-鎘電池所存在的氧氣復(fù)合能力差、活性物質(zhì)晶粒粗大化、鎘枝晶、析氫等問(wèn)題,從而降低電池內(nèi)阻,減少循環(huán)容量衰減,提高大電流放電性能。
文檔編號(hào)H01M4/62GK1487616SQ02134868
公開(kāi)日2004年4月7日 申請(qǐng)日期2002年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月30日
發(fā)明者李維, 王傳福, 維 李 申請(qǐng)人:比亞迪股份有限公司
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