專利名稱：堿性二次鎳氫電池的正負極材料及電池制造方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明可涉及可充電二次電池及其制造領域。主要適用于制造堿性二次鎳氫電池。
近幾年來，由于鎳--金屬氫化物蓄電池具有高容量比、無污染、使用壽命長和工作溫度寬等優(yōu)點，得到了廣泛的應用。在這類電池中，作為負極主要材料的儲氫合金能夠穩(wěn)定地吸收和儲存數(shù)倍于自身體積的氫(常溫常壓下以氣體計算)，而且作為能源能夠安全地儲存和運輸。利用儲氫合金電化學吸放氫的特性及電催化作用研制充電電池是目前化學電源中最活路的領域之一。
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?中國專利ZL92102795.8、ZL92102550.6)。
在二次儲氫電池的現(xiàn)有生產(chǎn)工藝中，對卷繞成的或相疊成的電池需要進行三次開口化成，需要大量的電解液，并且開口化成時，電解液對設備會造成腐蝕，對工作人員的身體也有影響，而且還需對這些電解液進行環(huán)保處理，否則對環(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，其制造方法簡單、成本低、無污染的堿性二次鎳氫電池的負、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)方案是在負正極材料中加入稀土氧化物和導電材料，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、正極材料的化學成分如下負極材料的化學成分(重量％)為儲氫合金MmNi3.4(Mn、Co、Al、Ti)1.665-98％，導電材料1-20％，添加劑0.01-15％；正極材料的化學成分(重量％)為Ni(OH)265-98％，導電材料1-20％，添加劑O.01-15％。
其中導電材料為鎳粉、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)負極板和正極板的制作首先根據(jù)負極材料和正極材料的化學成分范圍分別進行配料，并制成粉末，分別放入混料機中混合均勻，然后將混合均勻的負極材料和正極材料混合物分別與聚合粘結(jié)劑及水混合，制成負極膏狀物和正極膏狀物，再將負極膏狀物及正極膏狀物分別涂敷在導電基片上，干燥后按預定形狀成形為負極板和正極板；負極膏狀物的成分配比(重量％)為負極材料混合物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、正極板之間以隔膜材料相隔，然后用卷繞機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，每個電池電解液的加入量為1.5-2.7ml/Ah。
(4)電池封口每個電池加入電解液后，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、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，保持時間達成125分鐘，1A放電，電池1.2V，保持時間達58分鐘。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(1)工藝簡化，工作效率提高，現(xiàn)有技術(shù)需將電池芯放入電池筒(殼)后，再進行開口化成，本發(fā)明可以直接封口電池，無需開口化成，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，既浪費原材料，又對設備和環(huán)境造成污染；本發(fā)明的電解液按需要量加入，無多余的，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，改善了工人的勞動強度和勞動環(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)明同一型號電池，在相同倍率下放電，1.2V容量占總?cè)萘康?0％和76％。
實施例按照本發(fā)明所述的負、正極材料的化學成分范圍及制造方法制備了四批AA型堿性二次鎳氫電池。
首先按化學成分范圍配備負、正極材料，其具體的化學成分范圍如表1、表2所示；接著按成分配比配備相應批號的負極膏狀物和正極膏狀物，并將它們分別涂敷在對應批號的導電基片上，待干燥后成形為片狀的負極板和正極板。相應的負極膏狀物、正極膏狀物的成分配比及所采用的導電基片如表3所示。隨后，在每一批號的負、正極板之間以隔膜材料相隔，并用卷繞機卷成圓筒形電池芯，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，用封口機將電池封好，成為最終的堿性二次鎳氫電池。相應批號所用的電解液種類及加入量如表4所示。
電池做好后，測其性能，測量結(jié)果如表5所示。
表1實施例負極材料的化學成分(重量％)
表2實施例正極材料的化學成分(重量％)
表3實施例負極、正極膏狀物的成分配比及導電基片
注表3中的負極材料混合物和正極材料混合物分別為表1、表2中相應批號的負極材料和正極材料。
表4實施例加入電池筒中的電解液種類和劑量(Ml)
表5實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、正極材料，其特征在于(1)負極材料的化學成分(重量％)為儲氫合金MmNi3.4(Mn、Co、Al、Ti)1.665-98％，導電材料1-20％，添加劑O.01-15％；(2)正極材料的化學成分(重量％)為Ni(OH)265-98％，導電材料1-20％，添加劑0.01-15％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負、正極材料，其特征在于導電材料為鎳粉、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、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)負極板和正極板的制作首先根據(jù)負極材料和正極材料的化學成分范圍分別進行配料，并制成粉末，分別放入混料機中混合均勻，然后將混合均勻的負極材料和正極材料混合物分別與聚合粘結(jié)劑及水混合，制成負極膏狀物和正極膏狀物，再將負極膏狀物及正極膏狀物分別涂敷在導電基片上，干燥后按預定形狀成形為負極板和正極板；負極膏狀物的成分配比(重量％)為負極材料混合物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、正極板之間以隔膜材料相隔，然后用卷繞機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，每個電池需加入電解液的劑量為1.5-2.7ml/Ah。(4)電池封口每個電池加入電解液后，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域。本發(fā)明所述的鎳氫電池的負、正極材料分別由M
文檔編號H01M10/28GK1216405SQ9812527
公開日1999年5月12日 申請日期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 申請人:冶金工業(yè)部鋼鐵研究總院