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)明涉及二次電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種二次電池的電極，特別涉及一種發(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(guó)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二次電池。由于鐵電極可承受過(guò)充過(guò)放，長(zhǎng)期放電態(tài)擱置等電性能濫用，且鐵電極使用壽命長(zhǎng)，循環(huán)壽命可達(dá)2000次以上，使用年限為20年以上，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(shì)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(guò)機(jī)械設(shè)備將四氧化三鐵活性物質(zhì)，添加劑，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(guò)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(guò)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，但這種袋式鐵電極的制作工藝復(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，一般僅適合制作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的一種低成本、使用安全、使用壽命長(zhǎng)、制作方法簡(jiǎn)單、大電流放電能力強(qiáng)、活性物質(zhì)利用率高的發(fā)泡式鐵電極及其制備方法。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的
一種發(fā)泡式鐵電極，包括發(fā)泡基體，設(shè)置在發(fā)泡基體中的活性物質(zhì)，所述的發(fā)泡基體為發(fā)泡鎳基體或發(fā)泡鐵基體，所述的活性物質(zhì)由各組分按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%。所述的發(fā)泡鎳基體是由發(fā)泡海綿經(jīng)電鍍鎳后燒除海綿而成。所述的發(fā)泡鐵基體是由發(fā)泡海綿經(jīng)電鍍鐵后再電鍍鎳然后燒除海綿而成。所述的添加劑為硫酸鎳、氫氧化鎳、稀土類(lèi)氧化物中的至少一種。所述的導(dǎo)電劑為石墨、乙炔黑中的一種。所述的粘結(jié)劑為HPMC、CMC、PTFE乳液中的至少一種。制備所述的發(fā)泡式鐵電極的制備方法，其制備方法包括如下步驟
步驟I、活性物質(zhì)漿料的制備將重量百分比為85 95%的四氧化三鐵、重量百分比為I 5%的添加劑、重量百分比為3 7%的導(dǎo)電劑均勻混合，然后加入由重量百分比為I 3%的粘結(jié)劑配制成的質(zhì)量濃度為8%的粘結(jié)劑水溶液調(diào)制，攪拌均勻，制成活性物質(zhì)漿料；步驟2、發(fā)泡鎳基體或發(fā)泡鐵基體的制備將發(fā)泡海綿經(jīng)電鍍鎳后燒除海綿制得發(fā)泡鎳基體，將發(fā)泡海綿經(jīng)電鍍鐵、再電鍍鎳后燒除海綿制得發(fā)泡鐵基體；
步驟3、發(fā)泡式鐵電極的成型將步驟I中制得的活性物質(zhì)漿料涂覆于步驟2制得的發(fā)泡鎳基體或發(fā)泡鐵基體中，經(jīng)高溫烘干，壓片，沖切，點(diǎn)焊極耳，制成發(fā)泡鎳式鐵電極或者發(fā)泡鐵式鐵電極，統(tǒng)稱為發(fā)泡式鐵電極。本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明的發(fā)泡式鐵電極采用發(fā)泡鎳或者發(fā)泡鐵作為基體，與袋式鐵電極相比，由于發(fā)泡鎳基體或者發(fā)泡鐵基體獨(dú)特的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和高度的微孔化，這樣活性物質(zhì)與集流體間的距離大大縮短，本發(fā)明的發(fā)泡式鐵電極的大電流放電能力明顯加強(qiáng)，活性物質(zhì)的利用率也得到提高；用本發(fā)明的發(fā)泡式鐵電極制作的鐵鎳電池可滿足高倍率放電的要求；另外，本發(fā)明的制作方法簡(jiǎn)單、便于生產(chǎn)。由實(shí)施例的實(shí)驗(yàn)證明，本發(fā)明的發(fā)泡式鐵電極與傳統(tǒng)袋式鐵電極相比，活性物質(zhì)利用率提高了 26 30%，大電流放電能力提高了 50 65. 5%。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明實(shí)施例I
取四氧化三鐵85克、添加劑5克、導(dǎo)電劑7克、粘結(jié)劑3克。本發(fā)明發(fā)泡式鐵電極一種發(fā)泡式鐵電極，包括發(fā)泡基體，設(shè)置在發(fā)泡基體中的活性物質(zhì)，所述的發(fā)泡基體為發(fā)泡鎳基體或發(fā)泡鐵基體，所述的活性物質(zhì)由各組分按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。所述的發(fā)泡鎳基體是由發(fā)泡海綿經(jīng)電鍍鎳后燒除海綿而成。所述的發(fā)泡鐵基體是由發(fā)泡海綿經(jīng)電鍍鐵后再電鍍鎳然后燒除海綿而成。所述的添加劑為硫酸鎳、氫氧化鎳、稀土類(lèi)氧化物中的至少一種。所述的導(dǎo)電劑為石墨、乙炔黑中的一種。所述的粘結(jié)劑為HPMC、CMC、PTFE乳液中的至少一種。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I、活性物質(zhì)漿料的制備將重量為85克的四氧化三鐵、重量為5克的添加劑、重量為7克的導(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克調(diào)制，攪拌均勻，制成活性物質(zhì)漿料；
步驟2、發(fā)泡鎳基體或發(fā)泡鐵基體的制備將發(fā)泡海綿經(jīng)電鍍鎳后燒除海綿制得發(fā)泡鎳基體，將發(fā)泡海綿經(jīng)電鍍鐵、再電鍍鎳后燒除海綿制得發(fā)泡鐵基體；
步驟3、發(fā)泡式鐵電極的成型將步驟I中制得的活性物質(zhì)漿料涂覆于步驟2制得的發(fā)泡鎳基體或發(fā)泡鐵基體中，經(jīng)高溫烘干，壓片，沖切，點(diǎn)焊極耳，制成發(fā)泡鎳式鐵電極或者發(fā)泡鐵式鐵電極，統(tǒng)稱為發(fā)泡式鐵電極。傳統(tǒng)袋式鐵電極將四氧化三鐵85克、添加劑5克、導(dǎo)電劑7克混合均勻，通過(guò)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(wú)紡布和聚乙烯輻射接枝膜組成的隔膜隔開(kāi)，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。本發(fā)明的發(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(jiàn)下表
類(lèi)別I電池O. 2C放電容量I電池IOC放電容量|10C放電比率I活性物質(zhì)利用率—
發(fā)泡,桌式鐵電極 2002暈安時(shí)_ 1630暈安時(shí)_81. 5%_272暈安時(shí)每克
發(fā)泡鐵式鐵電極 1996毫安時(shí)1567毫安時(shí)>8. 5%268毫安時(shí)每克
袋式鐵電極丨1928毫安時(shí)丨1025毫安時(shí)|53%丨213毫安時(shí)每克
注活性物質(zhì)利用率以混合粉中每克四氧化三鐵所放出的容量表示，
IOC放電比率以IOC與O. 2C放出的容量比表示。從上表可以看出，本發(fā)明的發(fā)泡式鐵電極采用發(fā)泡鎳或者發(fā)泡鐵作為基體，與袋式鐵電極相比，由于發(fā)泡鎳基體或者發(fā)泡鐵基體獨(dú)特的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和高度的微孔化，使活性物質(zhì)與集流體間的距離大大縮短，大電流放電能力明顯加強(qiáng)，活性物質(zhì)的利用率也得到提高；實(shí)驗(yàn)證明，本發(fā)明的發(fā)泡式鐵電極與傳統(tǒng)袋式鐵電極相比，活性物質(zhì)利用率提高了28%,大電流放電比率提高了 54%。實(shí)施例2
取四氧化三鐵90克、添加劑3克、導(dǎo)電劑5克、粘結(jié)劑2克。本發(fā)明發(fā)泡式鐵電極一種發(fā)泡式鐵電極，包括發(fā)泡基體，設(shè)置在發(fā)泡基體中的活性物質(zhì)，所述的發(fā)泡基體為發(fā)泡鎳基體或發(fā)泡鐵基體，所述的活性物質(zhì)由各組分按以下重量百分比制成四氧化三鐵90克、添加劑3克、導(dǎo)電劑5克、粘結(jié)劑2克。所述的發(fā)泡鎳基體是由發(fā)泡海綿經(jīng)電鍍鎳后燒除海綿而成。所述的發(fā)泡鐵基體是由發(fā)泡海綿經(jīng)電鍍鐵后再電鍍鎳然后燒除海綿而成。所述的添加劑為硫酸鎳、氫氧化鎳、稀土類(lèi)氧化物中的至少一種。所述的導(dǎo)電劑為石墨、乙炔黑中的一種。所述的粘結(jié)劑為HPMC、CMC、PTFE乳液中的至少一種。制備所述的發(fā)泡式鐵電極的制備方法，其制備方法包括如下步驟
步驟I、活性物質(zhì)漿料的制備將重量為90克的四氧化三鐵、重量為3克的添加劑、重量為5克的導(dǎo)電劑均勻混合，然后加入由重量為2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25克調(diào)制，攪拌均勻，制成活性物質(zhì)漿料；
步驟2、發(fā)泡鎳基體或發(fā)泡鐵基體的制備將發(fā)泡海綿經(jīng)電鍍鎳后燒除海綿制得發(fā)泡鎳基體，將發(fā)泡海綿經(jīng)電鍍鐵、再電鍍鎳后燒除海綿制得發(fā)泡鐵基體；
步驟3、發(fā)泡式鐵電極的成型將步驟I中制得的活性物質(zhì)漿料涂覆于步驟2制得的發(fā)泡鎳基體或發(fā)泡鐵基體中，經(jīng)高溫烘干，壓片，沖切，點(diǎn)焊極耳，制成發(fā)泡鎳式鐵電極或者發(fā)泡鐵式鐵電極，統(tǒng)稱為發(fā)泡式鐵電極。傳統(tǒng)袋式電極將四氧化三鐵90克、添加劑3克、導(dǎo)電劑5克混合均勻，通過(guò)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(wú)紡布和聚乙烯輻射接枝膜組成的隔膜隔開(kāi)，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。本發(fā)明的發(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(jiàn)下表
權(quán)利要求
1.一種發(fā)泡式鐵電極，包括發(fā)泡基體，設(shè)置在發(fā)泡基體中的活性物質(zhì)，其特征在于所述的發(fā)泡基體為發(fā)泡鎳基體或發(fā)泡鐵基體，所述的活性物質(zhì)由各組分按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%。
2.如權(quán)利要求I所述的發(fā)泡式鐵電極，其特征在于所述的發(fā)泡鎳基體是由發(fā)泡海綿經(jīng)電鍍鎳后燒除海綿而成。
3.如權(quán)利要求I所述的發(fā)泡式鐵電極，其特征在于所述的發(fā)泡鐵基體是由發(fā)泡海綿經(jīng)電鍍鐵后再電鍍鎳然后燒除海綿而成。
4.如權(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、稀土類(lèi)氧化物中的至少一種。
5.如權(quán)利要求I所述的發(fā)泡式鐵電極，其特征在于所述的導(dǎo)電劑為石墨、乙炔黑中的一種。
6.如權(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。
7.一種制備如權(quán)利要求I 6之一所述的發(fā)泡式鐵電極的制備方法,其特征在于其制備方法包括如下步驟 步驟I、活性物質(zhì)漿料的制備將重量百分比為85 95%的四氧化三鐵、重量百分比為I 5%的添加劑、重量百分比為3 7%的導(dǎo)電劑均勻混合，然后加入由重量百分比為I 3%的粘結(jié)劑配制成的質(zhì)量濃度為8%的粘結(jié)劑水溶液調(diào)制，攪拌均勻，制成活性物質(zhì)漿料； 步驟2、發(fā)泡鎳基體或發(fā)泡鐵基體的制備將發(fā)泡海綿經(jīng)電鍍鎳后燒除海綿制得發(fā)泡鎳基體，將發(fā)泡海綿經(jīng)電鍍鐵、再電鍍鎳后燒除海綿制得發(fā)泡鐵基體。
8.步驟3、發(fā)泡式鐵電極的成型將步驟I中制得的活性物質(zhì)漿料涂覆于步驟2制得的發(fā)泡鎳基體或發(fā)泡鐵基體中，經(jīng)高溫烘干，壓片，沖切，點(diǎn)焊極耳，制成發(fā)泡鎳式鐵電極或者發(fā)泡鐵式鐵電極，統(tǒng)稱為發(fā)泡式鐵電極。
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，它包括發(fā)泡基體，設(shè)置在發(fā)泡基體中的活性物質(zhì)漿料，發(fā)泡基體為發(fā)泡鎳基體或發(fā)泡鐵基體，活性物質(zhì)漿料由各組分按照以下重量百分?jǐn)?shù)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%；本發(fā)明的發(fā)泡式鐵電極采用發(fā)泡鎳或者發(fā)泡鐵作為基體，與袋式鐵電極相比，由于發(fā)泡鎳基體或者發(fā)泡鐵基體獨(dú)特的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和高度的微孔化，使活性物質(zhì)與集流體間的距離大大縮短，大電流放電能力明顯加強(qiáng)，活性物質(zhì)的利用率也得到提高，具有低成本、使用安全、使用壽命長(zhǎng)、制作方法簡(jiǎn)單、大電流放電能力強(qiáng)、活性物質(zhì)利用率高的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01M4/26GK102623712SQ201210112569
公開(kāi)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