專利名稱：發(fā)泡式鐵電極及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鐵電極領(lǐng)域，具體涉及一種可用于高倍率放電的鐵鎳電池的發(fā)泡式鐵電極及其制備方法
背景技術(shù)：
19世紀(jì)末20世紀(jì)初，歐洲的JUNJER和美國的EDISON發(fā)明了鐵鎳電池，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。由于鐵電極可承受過充過放，長期放電態(tài)擱置等電性能濫用，且鐵電極使用壽命長，循環(huán)壽命可達(dá)2000次以上，使用年限為20年以上，再者由于鐵電極采用了鐵作為活性物質(zhì)，相比鎘鎳電池，鉛酸電池負(fù)極使用的鎘和鉛材料，不構(gòu)成對(duì)環(huán)境的污染。而相比氫鎳電池負(fù)極使用的主要以稀土為主的貯氫合金，成本優(yōu)勢又十分明顯。鐵電極傳統(tǒng)上采用的是袋式結(jié)構(gòu)，即通過機(jī)械設(shè)備將四氧化三鐵活性物質(zhì)，添加齊U，導(dǎo)電劑等混合粉包在鍍鎳鋼帶做成的袋狀極板條內(nèi)。根據(jù)容量需要，將所需數(shù)量的極板條通過機(jī)械作用力拼接在一起，然后按要求尺寸裁切成不同寬度的極板毛坯，再將毛坯裝進(jìn)極板框內(nèi)，經(jīng)過壓紋形成極板，最后將極板焊接或裝配在集流板上形成完整的鐵電極。其中四氧化三鐵活性物質(zhì)的制造方法是硫酸亞鐵溶液經(jīng)堿化，壓濾，洗滌，預(yù)干，生成三氧化二鐵，然后在加適量乙炔黑作為還原劑的條件下，在800到880度的密封爐內(nèi)還原為四氧化三鐵活性物質(zhì)。但這種袋式鐵電極的制備工藝復(fù)雜，設(shè)備投入大，由于活性物質(zhì)與集流體鋼帶間距大，活性物質(zhì)利用率低，大電流放電能力較弱，一般僅適合制備中低倍率放電的鐵鎳電池(1C倍率以下電流放電)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足而提供一種制備工藝簡單，活性物質(zhì)利用率高，大電流放電能力強(qiáng)，可適用于高倍率放電的鐵鎳電池中的發(fā)泡式鐵電極及其制備方法。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
一種發(fā)泡式鐵電極，包括發(fā)泡鎳基體、涂覆在發(fā)泡鎳基體中的活性物質(zhì)，所述的發(fā)泡鎳基體由發(fā)泡海綿經(jīng)電鍍鎳后燒除海綿而成，所述的活性物質(zhì)由以下組分按其重量比制成三氧化二鐵90 95%、添加劑3 8%、粘結(jié)劑I 2%。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。所述的粘結(jié)劑為HPMC、CMC、PTFE乳液中的至少一種。一種制備所述的發(fā)泡式鐵電極的方法，其制備方法包括如下步驟
步驟一將重量百分比為90 95%的三氧化二鐵和重量百分比為3 8%的添加劑均勻混合，然后加入由重量百分比為I 2%的粘接劑配制成的質(zhì)量濃度為5%的粘接劑水溶液，攪拌均勻，調(diào)制成活性物質(zhì)漿料；步驟二 將步驟一中的活性物質(zhì)漿料涂覆于發(fā)泡鎳基體中，然后將發(fā)泡鎳基體置于60 80度的高溫爐中烘干至恒重
步驟三開啟高溫爐的加熱開關(guān)，將高溫爐的溫度升至800度，向高溫爐中通入氨氣，氨氣流量為每分鐘30升，將步驟二中的涂覆活性物質(zhì)漿料的發(fā)泡鎳基體放入高溫爐中灼燒5 10分鐘，將活性物質(zhì)漿料中的三氧化二鐵還原成四氧化三鐵；
步驟四將步驟三經(jīng)還原后的涂覆活性物質(zhì)漿料的發(fā)泡鎳基體經(jīng)壓片、沖切、點(diǎn)焊極耳，得到發(fā)泡式鐵電極。所述的步驟三過程中氨氣先分解為氮?dú)夂蜌錃猓渲械獨(dú)馄鸨Ｗo(hù)作用，氫氣作為還原氣體將三氧化二鐵還原為四氧化三鐵。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有以下優(yōu)點(diǎn)1)制備工藝簡單，設(shè)備投入?。?)由于發(fā)泡鎳基體獨(dú)特的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和高度的微孔化，縮短了活性物質(zhì)與集流體間的距離，大電流放電能力明顯加強(qiáng)，活性物質(zhì)利用率大大提高；3)在高溫條件下，活性物質(zhì)間粘結(jié)劑被燒掉，接觸電阻變小，也有利于活性物質(zhì)利用率的提高和大電流放電能力的加強(qiáng)。由實(shí)施例的實(shí)驗(yàn)證明本發(fā)明發(fā)泡式鐵電極與袋式鐵電極相比活性物質(zhì)利用率提高了 41-47%，大電流放電能力提高了 59-63. 5% ;用這種電極制備的鐵鎳電池可滿足高倍率放電的要求，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。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I
一種發(fā)泡式鐵電極，包括發(fā)泡鎳基體、涂覆在發(fā)泡鎳基體中的活性物質(zhì)，所述的發(fā)泡鎳基體由發(fā)泡海綿經(jīng)電鍍鎳后燒除海綿而成，所述的活性物質(zhì)由三氧化二鐵90克、添加劑8克、粘結(jié)劑2克制成；其中添加劑為硫酸鎳、氫氧化鎳、稀土氧化物中的至少一種，粘結(jié)劑為HPMC, CMC、PTFE乳液中的至少一種。一種制備所述的發(fā)泡式鐵電極的方法，其制備方法包括如下步驟
步驟一將90克三氧化二鐵和8克添加劑均勻混合，然后加入由重量為2克的粘結(jié)劑調(diào)制成的質(zhì)量濃度為5%的粘接劑水溶液40克，攪拌均勻，調(diào)制成活性物質(zhì)漿料；
步驟二 將步驟一中的活性物質(zhì)漿料涂覆于發(fā)泡鎳基體中，然后將發(fā)泡鎳基體置于60°C的高溫爐中烘干至恒重；
步驟三開啟高溫爐的加熱開關(guān)，將高溫爐的溫度升至800°C，向高溫爐中通入氨氣，氨氣流量為每分鐘30升，然后將步驟二中的涂覆活性物質(zhì)漿料的發(fā)泡鎳基體放入高溫爐內(nèi)5分鐘，將活性物質(zhì)漿料中的三氧化二鐵還原為四氧化三鐵；
步驟四將步驟三經(jīng)還原后的涂覆活性物質(zhì)漿料的發(fā)泡鎳基體經(jīng)壓片、沖切、點(diǎn)焊極耳，得到發(fā)泡式鐵電極。傳統(tǒng)袋式鐵電極將四氧化三鐵90克、添加劑5克、導(dǎo)電劑5克混合均勻，通過機(jī)械設(shè)備將混合粉包在鍍鎳鋼帶做成的袋狀極板條內(nèi)，然后壓成極板，最后將極板焊接極耳，制成袋式鐵電極。將本發(fā)明實(shí)施例I的發(fā)泡式鐵電極和傳統(tǒng)的袋式鐵電極與燒結(jié)式鎳電極以聚丙烯無紡布和聚乙烯輻射接枝膜組成的隔膜隔開，組成疊片式鐵鎳電池，裝入尼龍塑料殼內(nèi)，然后灌注比重為I. 25克每毫升的氫氧化鉀水溶液(內(nèi)含15克每升的氫氧化鋰)，擱置12小時(shí)，再經(jīng)充放電活化即成為鐵鎳電池。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)算出電池放電容量。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的O. IC放電至-O. 55V (相對(duì)鋅參比電極)，計(jì)算出鐵電極中活性物質(zhì)克容量。實(shí)施例I的發(fā)泡式鐵電極與傳統(tǒng)的袋式鐵電極活性物質(zhì)利用率和大電流放電能力比較，見下表
權(quán)利要求
1.一種發(fā)泡式鐵電極，包括發(fā)泡鎳基體、涂覆在發(fā)泡鎳基體中的活性物質(zhì)，其特征在于所述的發(fā)泡鎳基體由發(fā)泡海綿經(jīng)電鍍鎳后燒除海綿而成，所述的活性物質(zhì)由以下各組分按其重量比制成三氧化二鐵90 95%、添加劑3 8%、粘結(jié)劑I 2%。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的發(fā)泡式鐵電極，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。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的發(fā)泡式鐵電極，其特征在于所述的粘結(jié)劑為HPMC、CMC、PTFE乳液中的至少一種。
4.一種制備如權(quán)利要求1-3之一所述的發(fā)泡式鐵電極的方法，其特征在于其制備方法包括如下步驟 步驟一將重量百分比為90 95%的三氧化二鐵和重量百分比為3 8%的添加劑均勻混合，然后加入由重量百分比為I 2%的粘接劑配制成的質(zhì)量濃度為5%的粘接劑水溶液，攪拌均勻，調(diào)制成活性物質(zhì)漿料； 步驟二 將步驟一中的活性物質(zhì)漿料涂覆于發(fā)泡鎳基體中，然后將發(fā)泡鎳基體置于60 80°C的高溫爐中烘干至恒重； 步驟三開啟高溫爐的加熱開關(guān)，將高溫爐的溫度升至800°C，向高溫爐中通入氨氣，氨氣流量為每分鐘30升，將步驟二中的涂覆活性物質(zhì)漿料的發(fā)泡鎳基體放入高溫爐中灼燒5 10分鐘，將活性物質(zhì)漿料中的三氧化二鐵還原成四氧化三鐵； 步驟四將步驟三經(jīng)還原后的涂覆活性物質(zhì)漿料的發(fā)泡鎳基體經(jīng)壓片、沖切、點(diǎn)焊極耳，得到發(fā)泡式鐵電極。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)泡式鐵電極的制備方法，其特征在于所述的步驟三過程中氨氣先分解為氮?dú)夂蜌錃?，其中氮?dú)馄鸨Ｗo(hù)作用，氫氣作為還原氣體將三氧化二鐵還原為四氧化三鐵。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種發(fā)泡式鐵電極及其制備方法，包括由發(fā)泡海綿經(jīng)電鍍鎳后燒除海綿而成的發(fā)泡鎳基體、涂覆在發(fā)泡鎳基體中的漿體，漿體由各組分按照以下重量百分比制成三氧化二鐵90～95%、添加劑3～8%、粘結(jié)劑1～2%；本發(fā)明制備方法按上述組分和配比混合均勻調(diào)制成漿體后涂覆于發(fā)泡鎳基體中，烘干至恒重；然后置于800℃高溫爐中，同時(shí)通入氨氣將漿體中的三氧化二鐵還原成四氧化三鐵，最后經(jīng)過壓片、沖切、點(diǎn)焊極耳，制得發(fā)泡式鐵極板；此方法操作簡單，成本低，制得的發(fā)泡式鐵電極活性物質(zhì)利用率高，大電流放電能力強(qiáng)，可適用于高倍率放電的鐵鎳電池中。
文檔編號(hào)H01M4/66GK102623710SQ20121011256
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