專利名稱：一次性鎳氫電池負(fù)極材料、負(fù)極片、電池及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鎳氫電池的負(fù)極材料，具體涉及一種一次性高容量可更換鎳氫電池負(fù)極材料；本發(fā)明還涉及一種負(fù)極片、鎳氫電極及其制備方法。
背景技術(shù)：
MH-Ni電池是繼Cd-Ni電池之后的新一代高能電池，與CchNi電池相比，MH-Ni電池的容量提高50%以上，同時還消除了 Cd對環(huán)境的污染。MH-Ni電池是在航天用高壓鎳氫電池的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，由于高壓鎳氫電池壓力高，而且還需要貴金屬做催化劑，所以很難為民用所接受。因此，從20世紀(jì)70年代中期開始民用的鎳氫電池的研究工作，到了 80年代，荷蘭、日本、美國都致力于研究開發(fā)儲氫合金電極，日本松下三洋東芝等電池公司先后成功開發(fā)MH-Ni電池，進(jìn)入90年代MH-Ni電池的開發(fā)已形成產(chǎn)業(yè)化，我國也成功研制出電池用儲氫合金。由于它具有高容量、大功率、無污染等特點而備受人們的青睞，是當(dāng)今電池發(fā)展領(lǐng)域重要的方向之一，而LaNi5是其中研究得較早也較成熟的負(fù)極材料。LaNi5合金為CaCu5型六方結(jié)構(gòu)，吸氫形成LaNi5H6,儲氫量約為1.4%。它的理論放電比容量約為370mAh/g，但在實際放電過程中受到動力學(xué)方面的影響，往往低于理論值， 而且LaNi5吸氫后，由于氫原子進(jìn)入晶格間隙，使金屬的晶格發(fā)生膨脹，而在放氫后，金屬晶格又收縮。因此，反復(fù)的吸放氫會導(dǎo)致合金形成裂紋甚至粉化。所以，在實際應(yīng)用中有諸多限制。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一方面目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，在LaNi5基礎(chǔ)上，提供一種含有MgH2和LaNi5的鎳氫電池的負(fù)極材料，該負(fù)極材料是一種一次性高容量可更換電池負(fù)極材料，操作使用十分方便；該負(fù)極材料的放電容量比單純只有LaNi5的負(fù)極材料的放電容量大大提高；由于是一次性放電，同時也避免了合金在放電過程中的粉化問題。
分
本發(fā)明通過以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題，達(dá)到本發(fā)明的目的。
一種一次性鎳氫電池負(fù)極材料，按占組分總質(zhì)量的質(zhì)量百分含量計，包含以下組
LaNi535. 56% 68. 51% ;
MgH23. 36% 8. 03%;
粘結(jié)劑24. 21% 56. 10% ;
泡沫鎳I. 25% 3. 08%。
進(jìn)一步，所述粘結(jié)劑是羥基鎳粉。
本發(fā)明的第二方面目的在于提供一種負(fù)極片。所述負(fù)極片是用前面所述的一次性鎳氫電池負(fù)極材料制備而成的負(fù)極片。本發(fā)明的第三方面目的在于提供一種鎳氫電池，所述鎳氫電池的負(fù)極材料是一種一次性高容量可更換電池負(fù)極材料，操作使用十分方便；該負(fù)極材料的放電容量比單純只有LaNi5的負(fù)極材料的放電容量大大提高；由于是一次性放電，同時也避免了合金在放電過程中的粉化問題。本發(fā)明通過以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題，達(dá)到本發(fā)明的目的。一種鎳氫電池，包括負(fù)極片，所述負(fù)極片是用前述的一次性鎳氫電池負(fù)極材料制備而成的負(fù)極片。本發(fā)明的第四方面目的在于提供制備如前面所述的負(fù)極片的方法。一種制備如前面所述的負(fù)極片的方法，包括以下步驟(I)分別稱取所述LaNi5、所述MgH2和所述粘結(jié)劑，所述LaNi5、所述MgH2和所述粘結(jié)劑是粉末；進(jìn)一步，所述LaNi5、所述MgH2和所述粘結(jié)劑是經(jīng)過篩分的200目粉末；(2)將所述粉末混合均勻；(3)將一部分所述粉末裝入電池沖壓系統(tǒng)的填料罐中，然后放入一片泡沫鎳，然后再裝入一部分所述粉末，進(jìn)行壓片，得到圓片；進(jìn)一步，所述電池沖壓系統(tǒng)選取的試驗力為 12 ΙδΚΝ，壓力保持2 3min ；(4)取出所述圓片，然后焊上一段鎳條，制成所需的負(fù)極片；進(jìn)一步，采用點焊機(jī)進(jìn)行所述焊上一段鎳條。本發(fā)明的第五方面目的在于提供一種制備前面所述的鎳氫電池的方法。一種制備前面所述的鎳氫電池的方法，包括以下工序(a)按前面所述的制備負(fù)極片的方法，制備所述負(fù)極片；(b)用隔膜紙把所述負(fù)極片包住，并在所述隔膜紙的兩外側(cè)放入正極片，得到電極，所述電極從外到內(nèi)形成所述正極片、所述隔膜紙、所述負(fù)極片的層狀結(jié)構(gòu)；(C)將所述電極放入盒子中，再加入配置好的電解液，得到所述鎳氫電池。進(jìn)一步，所述工序(C)中，所述電解液為2 3mol/L的KOH溶液。進(jìn)一步,其中所述正極片是Ni (OH)2正極片。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點是(I)本發(fā)明提高了作為負(fù)極材料的儲氫合金的放電比容量，添加MgH2后制得的鎳氫電池負(fù)極材料比以往單純的LaNi5負(fù)極材料的放電比容量要高2 5倍。(2)由于整個電池的可更換性，在使用過程中隨換隨用，方便快捷。(3)由于是一次性放電，避免了作為負(fù)極材料的儲氫合金在多次充放電過程中的粉化問題，且放電時間長，電池的效率得到更好地發(fā)揮。(4)制作工藝簡單，操作使用方便。以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進(jìn)一步說明，以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。
圖I是實施例I中的鎳氫電池的放電時間-電壓曲線圖2是實施例2中的鎳氫電池的放電時間-電壓曲線圖3是實施例3中的鎳氫電池的放電時間-電壓曲線圖4是實施例4中的鎳氫電池的放電時間-電壓曲線。動方式靈活，適用性強(qiáng)。
圖1為本發(fā)明的主視結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的左視結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明中前/中/后組支撐腿的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明中左/右支腿的分解結(jié)構(gòu)示意圖；圖6、7、8為本發(fā)明工作狀態(tài)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。如圖1、圖2、圖3所示一種基于視覺導(dǎo)向的樁上爬行平臺，包括機(jī)架1、前導(dǎo)軌3、 后導(dǎo)軌4、中間組支撐腿墊板5、前組支撐腿6、中間組支撐腿7、后組支撐腿8和視覺控制系 統(tǒng)，所述中間組支撐腿7通過中間組支撐腿墊板5與機(jī)架1固定；所述前導(dǎo)軌3的上側(cè)面與 機(jī)架1的下側(cè)面鉸接，所述后導(dǎo)軌4的上側(cè)面與機(jī)架1的下側(cè)面鉸接，在前導(dǎo)軌3與機(jī)架1 之間及后導(dǎo)軌4與機(jī)架1之間設(shè)置有導(dǎo)軌支撐板2，且導(dǎo)軌支撐板2與機(jī)架1固定；所述前 組支撐腿6與前導(dǎo)軌3滑動配合，且前組支撐腿6和中間組支撐腿7之間通過位于左右兩 側(cè)的左前水平氣缸9和右前水平氣缸10連接；所述后組支撐腿8與后導(dǎo)軌4滑動配合，且 后組支撐腿8和中間組支撐腿7之間通過位于左右兩側(cè)的左后水平氣缸11和右后水平氣 缸12連接。所述視覺控制系統(tǒng)包括四臺相機(jī)13、圖像處理裝置和氣缸定位器，所述圖像處理 裝置的輸入端與相機(jī)連接、輸出端與氣缸定位器連接，四臺相機(jī)分別安裝在機(jī)架1下側(cè)的 左前、右前、左后和右后角上，在左前水平氣缸9、右前水平氣缸10、左后水平氣缸11和右后 水平氣缸12上均安裝有氣缸定位器；所述相機(jī)13用于采集樁位置數(shù)據(jù)，并將采集數(shù)據(jù)發(fā)送 給圖像處理裝置；所述圖像處理裝置對接受到的數(shù)據(jù)進(jìn)行計算分析，并產(chǎn)生控制命令發(fā)送 給氣缸定位器；所述氣缸定位器根據(jù)接受到的控制命令驅(qū)動左前水平氣缸9、右前水平氣 缸10、左后水平氣缸11和右后水平氣缸12運(yùn)動。如圖4所示，所述前組支撐腿6、中間組支撐腿7和后組支撐腿8均包括支腿導(dǎo)軌 14、左推動氣缸15、右推動氣缸16、左滑塊17、右滑塊18、左十字滑塊式機(jī)構(gòu)19、右十字滑塊 式機(jī)構(gòu)20、左支腿21和右支腿22 ;所述左滑塊17通過左推動氣缸15驅(qū)動沿支腿導(dǎo)軌14 滑動，左十字滑塊式機(jī)構(gòu)19安裝在左滑塊17上，左支腿21與左十字滑塊式機(jī)構(gòu)19配合安 裝；所述右滑塊18通過右推動氣缸16驅(qū)動沿支腿導(dǎo)軌14滑動，右十字滑塊式機(jī)構(gòu)20安裝 在右滑塊18上，右支腿22與右十字滑塊式機(jī)構(gòu)20配合安裝；在左推動氣缸15和右推動氣 缸16上均安裝有氣缸定位器。如圖5所示，所述左支腿21和右支腿22均包括垂直氣缸23、彈簧固定板24、彈簧 25、球鉸26和氣動手爪27，所述彈簧固定板24固定在垂直氣缸23的推桿上，其并將彈簧 25固定在球鉸26上，球鉸26與氣動手爪27固定連接。所述視覺控制系統(tǒng)可以采用模塊化設(shè)計，使安裝在機(jī)架1左前和右前角的相機(jī)13截止電壓為O. 8V，測得本發(fā)明的鎳氫電池放電比容量為747. 2mAh/g，放電時間約為llh。時間-電壓曲線如圖I。結(jié)果表明其放電比容量大大高于負(fù)極單純由LaNi5制成的電池(負(fù)極單純由LaNi5制成的電池的理論放電比容量約為370mAh/g)。實施例2(I)分別稱取 I. 4146gLaNi5，0. 0863gMgH2，0. 0650g 泡沫鎳，I. 0008g 羥基鎳粉， LaNi5、MgH2、羥基鎳粉是經(jīng)過篩分的200目粉末；(2)然后將粉末混合均勻；(3)將粉末裝入電池沖壓系統(tǒng)的填料罐中，裝入量為上述粉末的總量的一半，然后放入直徑為IOmm的一片泡沫鎳，然后再裝入剩下的一半粉末進(jìn)行壓片，得到直徑為IOmm圓片，壓片過程中選取的試驗力為15KN，壓力保持2min ；(4)壓片完成后取出圓片，然后用交流點焊機(jī)焊上一段長為10cm、寬為5mm的鎳條，制成所需的負(fù)極片；(5)用長為7. 5cm、寬為4cm的隔膜紙把焊有鎳條的圓片包住，并在隔膜紙的兩外側(cè)放入Ni (OH) 2正極片，得到電極，電極從外到內(nèi)形成正極片、隔膜紙、負(fù)極片的層狀結(jié)構(gòu)；(6)將電極放入規(guī)格為6. 4cmX 2. 5cmX 10. 2cm的塑料小盒子中，再加入IOOml配置好的濃度為2mol/L電解液(Κ0Η溶液)，得到鎳氫電池。對上述制得的鎳氫電池經(jīng)LAND電池測試系統(tǒng)測試，測試過程中選取的電流為 10mA，截止電壓為O. 8V。測得本實施例的鎳氫電池放電比容量為814. OmAh/g，放電時間約為14h。時間-電壓曲線如圖2。結(jié)果表明其放電比容量大大高于負(fù)極單純由LaNi5制成的電池(負(fù)極單純由LaNi5制成的電池的理論放電比容量約為370mAh/g)。實施例3(I)分別稱取 1.267981^祖5，0.231681%!12，0.06568泡沫鎳，2.00048羥基鎳粉， LaNi5、MgH2、羥基鎳粉是經(jīng)過篩分的200目粉末；(2)然后將粉末混合均勻；(3)將粉末裝入電池沖壓系統(tǒng)的填料罐中，裝入量為上述粉末的總量的一半，然后放入直徑為IOmm的一片泡沫鎳，然后再裝入剩下的一半粉末進(jìn)行壓片，得到直徑為IOmm圓片，壓片過程中選取的試驗力為15KN，壓力保持2min ；(4)壓片完成后取出圓片，然后用交流電焊機(jī)焊上一段長為10cm、寬為5mm的鎳條，制成所需的負(fù)極片；(5)用長為7. 2cm、寬為4. 8cm的隔膜紙把焊有鎳條的圓片包住，并在隔膜紙的兩外側(cè)放入Ni (OH)2正極片，得到電極，電極從外到內(nèi)形成正極片、隔膜紙、負(fù)極片的層狀結(jié)構(gòu)；(6)將電極放入規(guī)格為6. 5cmX3cmX 10. 5cm的塑料小盒子中，再加入100 120ml配置好的濃度為2mol/L電解液(Κ0Η溶液)，得到鎳氫電池。上述制得的鎳氫電池經(jīng)LAND電池測試系統(tǒng)測試，測試過程中選取的電流為10mA， 截止電壓為O. 8V，測得本實施例的鎳氫電池放電比容量為1062. 6mAh/g，放電時間約為 24h。時間-電壓曲線如圖3。結(jié)果表明其放電比容量大大高于負(fù)極單純由LaNi5制成的電池(負(fù)極單純由LaNi5制成的電池的理論放電比容量約為370mAh/g)。實施例4
(I)分別稱取 2. 6747gLaNi5，0. 3253gMgH2，0. 0505g 泡沫鎳，O. 9989g 羥基鎳粉， LaNi5、MgH2、羥基鎳粉是經(jīng)過篩分的200目粉末；(2)然后將粉末混合均勻。(3)將粉末裝入沖壓系統(tǒng)的填料罐中，裝入量為上述粉末的總量的一半，然后放入直徑為IOmm的一片泡沫鎳，然后再裝入剩下的一半粉末進(jìn)行壓片，得到直徑為IOmm圓片， 壓片過程中選取的試驗力為15KN，壓力保持2min ；(4)壓片完成后取出圓片，然后用交流電焊機(jī)焊上一段長為10cm、寬為5mm的鎳條，制成所需的負(fù)極片；(5)用長為7. 6cm、寬為5cm的隔膜紙把焊有鎳條的圓片包住，并在隔膜紙的兩外側(cè)放入Ni (OH) 2正極片，得到電極，電極從外到內(nèi)形成正極片、隔膜紙、負(fù)極片的層狀結(jié)構(gòu)；(6)將電極放入規(guī)格為6cmX3cmX Ilcm的塑料小盒子中，再加入100 120ml配置好的濃度為2mol/L電解液(Κ0Η溶液)，得到鎳氫電池。上述制得的鎳氫電池經(jīng)LAND電池測試系統(tǒng)測試，測試過程中選取的電流為10mA， 截止電壓為O. 8V，測得本實施例的鎳氫電池放電比容量為1809. 5mAh/g,放電時間約為 55h。時間-電壓曲線如圖4。結(jié)果表明其放電比容量大大高于負(fù)極單純由LaNi5制成的電池(負(fù)極單純由LaNi5制成的電池的理論放電比容量約為370mAh/g)。圖I 4為經(jīng)LAND電池測試系統(tǒng)測試后的時間_電壓曲線。經(jīng)過上述實例發(fā)現(xiàn)， 電池的放電比容量與制作電池負(fù)極材料的粉末質(zhì)量有關(guān)，隨著質(zhì)量的增加，放電比容量增加，相應(yīng)的放電時間也更長。以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的較佳具體實施例。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)無需創(chuàng)造性勞動就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思做出諸多修改和變化。因此，凡本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書所確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種一次性鎳氫電池負(fù)極材料，其特征在于，按占組分總質(zhì)量的質(zhì)量百分含量計，包含以下組分LaNi535. 56% 68. 51% ;MgH23. 36% 8. 03%;粘結(jié)劑24. 21% 56. 10% ;泡沫鎳I. 25% 3. 08%。
2.如權(quán)利要求I所述的一次性鎳氫電池負(fù)極材料，其中所述粘結(jié)劑是羥基鎳粉。
3.一種負(fù)極片，其特征在于，所述負(fù)極片是用權(quán)利要求I或2所述的一次性鎳氫電池負(fù)極材料制備而成的負(fù)極片。
4.一種鎳氫電池，包括負(fù)極片，其特征在于，所述負(fù)極片是權(quán)利要求3所述的負(fù)極片。
5.一種制備如權(quán)利要求3所述的負(fù)極片的方法，其特征在于，包括以下步驟(1)分別稱取所述LaNi5、所述MgH2和所述粘結(jié)劑,所述LaNi5、所述MgH2和所述粘結(jié)劑是粉末；(2)將所述粉末混合均勻；(3)將一部分所述粉末裝入電池沖壓系統(tǒng)的填料罐中，然后放入一片泡沫鎳，然后再裝入一部分所述粉末，進(jìn)行壓片，得到圓片；(4)取出所述圓片，然后焊上一段鎳條，制成所需的負(fù)極片。
6.一種制備如權(quán)利要求4所述的鎳氫電池的方法，其特征在于，包括以下工序(a)按權(quán)利要求5所述的方法，制備所述負(fù)極片；(b)用隔膜紙把所述負(fù)極片包住，并在所述隔膜紙的兩外側(cè)放入正極片，得到電極，所述電極從外到內(nèi)形成所述正極片、所述隔膜紙、所述負(fù)極片的層狀結(jié)構(gòu)；(c)將所述電極放入盒子中，再加入配置好的電解液，得到所述鎳氫電池。
7.如權(quán)利要求6所述的鎳氫電池的制備方法，其中，所述步驟(3)中，所述電池沖壓系統(tǒng)選取的試驗力為12 15KN，壓力保持2 3min。
8.如權(quán)利要求6所述的鎳氫電池的制備方法，其中，所述工序(c)中，所述電解液為 2 3mol/L的KOH溶液。
9.如權(quán)利要求6所述的鎳氫電池的制備方法，其中，所述步驟(I)中，所述LaNi5、所述 MgH2和所述粘結(jié)劑是經(jīng)過篩分的200目的粉末。
10.如權(quán)利要求6所述的鎳氫電池的制備方法，其中所述正極片是Ni(OH)2正極片。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鎳氫電池的負(fù)極材料，具體涉及一種一次性高容量可更換鎳氫電池負(fù)極材料。本發(fā)明還涉及一種負(fù)極片、鎳氫電極及其制備方法。一種一次性鎳氫電池負(fù)極材料，按占組分總質(zhì)量的質(zhì)量百分含量計，包含以下組分LaNi5，35.56％～68.51％；MgH2，3.36％～8.03％；粘結(jié)劑，24.21％～56.10％；泡沫鎳，1.25％～3.08％。一種負(fù)極片，是用前述的一次性鎳氫電池負(fù)極材料制備而成的。一種鎳氫電池，包括前述負(fù)極片。一種制備前述負(fù)極片或前述鎳氫電池的方法，包括混合、壓片、焊接等步驟。本發(fā)明解決了現(xiàn)有的鎳氫電池放電比容量低、合金容易粉化的技術(shù)問題。
文檔編號H01M4/26GK102593437SQ201210050409
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月29日
發(fā)明者丁文江, 曾小勤, 譚劍波, 鄒建新 申請人:上海交通大學(xué)