一种大容量双袋式铁镍电池制造技术

本发明专利技术公开了一种大容量双袋式铁镍电池，电池极板组由袋式镍正极板、袋式铁负极板及位于袋式镍正极板和袋式铁负极板之间的多层复合隔膜或隔极栅构成，所述袋式镍正极板的电极材料由正极活性材料、导电剂、添加剂和粘结剂组成，袋式铁负极板的电极材料由铁基氧化物粉末、导电剂、添加剂和粘结剂组成，所述电解液为富液状态的含有添加剂的碱性溶液。本发明专利技术通过正负极配方和电解液配方的优化以及电池结构的调整，使得该新型铁镍电池充放电性能和循环性能得到改善，此外该电池还具有放电电压平台高，耐过充过放性能好，成本低等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种大容量双袋式铁镍电池
本专利技术属于铁镍电池
，具体涉及一种工业应用的大容量双袋式铁镍电池。
技术介绍
众所周知，大容量袋式电池由于具有机械强度高的袋式正负极板和富余的电解液，进而可以保证其具有较好的循环稳定性。大容量镉镍袋式电池具有安全、耐用、循环寿命长等特点，目前已广泛用于铁路机车、矿山、装甲车辆、飞机发动机等作起动或应急电源等工业领域。但是，镉镍二次电池由于镉电极的污染问题，发展受到极大限制。电池容量越大，安全方面隐患就会越多。制备大容量的锂离子电池用于轨道交通等重要社会领域将会存在较大的安全隐患。因此，开发工业领域用的大容量绿色新型电池已经刻不容缓。传统袋式铁镍电池具有安全、绿色无污染、对环境友好等优点，曾在多个应用领域得到快速发展。然而，传统袋式电池所使用的正极材料通常是普通型非球型β型氢氧化镍，该材料振实密度较低，仅能达到1.5g/cm3，远低于球形氢氧化镍(2.1g/cm3)，这造成其正极体积比能量较低，同时β型氢氧化镍容易晶体膨胀粉化造成其循环寿命较差，因此袋式镍正极通常要添加大量的氢氧化镍材料，容易造成资源的浪费。目前商业化的袋式铁负极也存在克容量低，活性物质的克容量仅能达到约200mAh/g，造成其比能量偏低。传统袋式铁镍电池采用的是较厚的绝缘塑料栅板，造成电池整体体积比能量较低，内阻偏大，放电倍率低。此外，该电池成本偏高，循环性能差很难满足储能领域的要求。
技术实现思路
本专利技术针对目前铁镍电池存在的比能量低、倍率性能差、循环寿命短和成本高等问题，提供了一种大容量双袋式铁镍电池，用于满足储能领域的要求。本专利技术为解决上述技术问题采用如下技术方案：一种大容量双袋式铁镍电池，包括相互密封扣合的电池壳和电池盖、位于电池壳内的电池极板组和电解液及设置于电池盖上且与正负极相连的电极柱和排气阀，其特征在于：所述电池极板组由袋式镍正极板、袋式铁负极板及位于袋式镍正极板和袋式铁负极板之间的多层复合隔膜或隔极栅构成，所述袋式镍正极板的电极材料由正极活性材料、导电剂、添加剂和粘结剂组成，其中正极活性材料主要由球形β型氢氧化镍、覆钴球形β型氢氧化镍、普通非球性β型氢氧化镍或Ni-Al-M三元层状氢氧化物中的至少两种组成，M为Co、Zn、Ca、Y或Mg，所述袋式铁负极板的电极材料由铁基氧化物粉末、导电剂、添加剂和粘结剂组成，所述电解液为富液状态的含有添加剂的碱性溶液。进一步优选，所述复合隔膜由磺化聚丙烯隔膜、氟化聚丙烯隔膜、接枝聚丙烯隔膜、聚乙烯隔膜、尼龙隔膜或丙纶针刺无纺布中的至少两种构成，其层数为2层以上。进一步优选，所述袋式镍正极板的电极材料由55-94.9wt.％正极活性材料、3-30wt.％导电剂、2-10wt.％添加剂和0.1-5wt.％粘结剂组成，其中导电剂为导电碳材料、镍粉、钴粉、氧化亚钴或氢氧化钴中的至少两种，添加剂为氧化钇、氧化铒、氢氧化钙、碳酸钙、氧化锌、氟化钙或钨酸钙中的至少一种，粘结剂为羧甲基纤维素钠、聚乙烯醇、聚丙烯酸钠、羧乙基纤维素、聚四氟乙烯或羟丙基甲基纤维素中的至少一种；所述袋式铁负极板的电极材料由55-91.9wt.％铁基氧化物粉末、5-20wt.％导电剂、3-20wt.％添加剂和0.1-5wt.％粘结剂组成，其中铁基氧化物粉末为四氧化三铁、三氧化二铁或氧化亚铁中的至少一种，导电剂为导电石墨、乙炔黑、导电炭黑、碳纳米管、石墨烯、碳纤维、亚氧化钛、铜粉、镍粉、钴粉、锡粉或铁粉中的至少一种，添加剂为硫化铋、氧化铈、硫化亚铁、氢氧化镱、氢氧化锆、硫化亚钴、氢氧化铜、硫化铜、氢氧化镍或硫酸镍中的至少两种，粘结剂为羧甲基纤维素钠、聚乙烯醇、聚四氟乙烯、羟丙基甲基纤维素、聚丙烯酸钠、聚乙烯、聚环氧乙烯或丁苯橡胶中的至少一种。进一步优选，所述正极活性材料中球形β型氢氧化镍、覆钴球形β型氢氧化镍、普通非球性β型氢氧化镍或Ni-Al-M三元层状氢氧化物中的至少一种经过预氧化处理，该预氧化处理方式为化学氧化或电化学氧化。进一步优选，所述正极活性材料中Ni-Al-M三元层状氢氧化物的分子式为[NixAl(1-x)My(OH)2]·[(Aa-)z·mH2O]，其中M为Co、Zn、Ca、Y或Mg，Aa-为OH-、Cl-、CO32-、NO3-、BO2-、MoO42-或WO42-中的至少一种，0.9≥x≥0.6，y>0，z>0，m>0。进一步优选，所述电解液是由KOH和LiOH组成的总摩尔浓度为4-7mol/L的混合溶液，该电解液中还包含0.5-2wt.％的钨酸钠、0.5-5wt.％的偏硼酸钠和0.5-2wt.％的氟化钠和0.5-8wt.％的硫化钠或硫化钾。本专利技术所述的大容量双袋式铁镍电池的制备方法，其特征在于所述袋式镍正极板的具体制备过程为：将正极活性材料、导电剂、添加剂和粘结剂混合均匀，喷淋碱液或蒸馏水进行和粉，造粒；通过包粉机将活性物质颗粒包入钢带极盒中，并进行拼条、压纹、裁切、焊接工序制得袋式镍正极板；或者将正极活性材料、导电剂、添加剂和粘结剂水溶液混合均匀制成正极浆料；采用单面上浆方式在多孔镀镍钢带上有毛刺的一面涂覆一层正极浆料层，于50-150℃烘干后备用；将烘干后的涂覆钢带每两片的涂覆固化层孔面相对包在一起做成条状电极板盒；再将多条电极板盒拼成一定宽度并接横向压横纹压合成毛坯；将毛坯经包边筋和集流板点焊导电极耳即得袋式镍正极板。本专利技术所述的大容量双袋式铁镍电池的制备方法，其特征在于所述袋式铁负极板的具体制备过程为：将铁基氧化物粉末、导电剂、添加剂和粘结剂水溶液混合均匀制成负极浆料；采用单面上浆方式在穿孔镀镍钢带上有毛刺的一面涂覆一层负极浆料层，于50-150℃烘干后备用；将烘干后的涂覆钢带每两片的涂覆固化层孔面相对包在一起做成条状电极板盒；再将多条电极板盒拼成一定宽度并接横向压横纹合成毛坯；将毛坯经包边筋和集流板点焊导电极耳即得袋式铁负极板。综上所述，本专利技术的有益效果是：本专利技术通过正负极配方的优化、电解液配方的优化及电极制备方法等方面的改进改善了原有铁镍电池存在的问题。主要改进体现在以下几个方面：(1)通过在铁镍电池正极材料中引入有益添加剂(例如钨酸钙)，可以有效的改善正极材料的高温性能和耐过充性能。通过对正极活性物质的球形和非球形材料的混合掺杂处理，调整了活性材料在基板盒中的堆积状态，有利于提高极板的活性物质利用率。添加适当的量的Ni-Al-M三元层状氢氧化物可以抑制极板膨胀，增加了正极极板在循环过程中的结构稳定性，改善电池的耐过充性能和倍率性能。(2)本专利技术还提出了一种新的拉浆结合包粉的制备方法，有利于各种有益添加剂和导电剂在电极里均匀分布，解决了传统袋式镍电极添加剂混合不均匀的问题。通过对负极配方的改进(例如采用氢氧化镱、氢氧化锆、硫化亚钴等新型添加剂)提高了负极的抗板结能力，提高其充电效率。(3)通过对电解液配方的改进，多种添加剂的联合使用，可以有效的改善电池的高低温和循环性能。采用该技术方案制备的袋式正极极活性物质利用率高、袋式铁负极容量性能和倍率性能优异，制备的双袋式铁镍电池内阻低、倍率性能好、循环寿命长等优点。附图说明图1是本专利技术制备的袋式铁镍电池的结构示意图；图中：1-电池壳，2-袋式铁负极板，3-复合隔膜或隔极栅本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大容量双袋式铁镍电池，包括相互密封扣合的电池壳和电池盖、位于电池壳内的电池极板组和电解液及设置于电池盖上且与正负极相连的电极柱和排气阀，其特征在于：所述电池极板组由袋式镍正极板、袋式铁负极板及位于袋式镍正极板和袋式铁负极板之间的多层复合隔膜或隔极栅构成，所述袋式镍正极板的电极材料由正极活性材料、导电剂、添加剂和粘结剂组成，其中正极活性材料主要由球形β型氢氧化镍、覆钴球形β型氢氧化镍、普通非球性β型氢氧化镍或Ni‑Al‑M三元层状氢氧化物中的至少两种组成，M为Co、Zn、Ca、Y或Mg，所述袋式铁负极板的电极材料由铁基氧化物粉末、导电剂、添加剂和粘结剂组成，所述电解液为富液状态的含有添加剂的碱性溶液。

【技术特征摘要】
1.一种大容量双袋式铁镍电池，包括相互密封扣合的电池壳和电池盖、位于电池壳内的电池极板组和电解液及设置于电池盖上且与正负极相连的电极柱和排气阀，其特征在于：所述电池极板组由袋式镍正极板、袋式铁负极板及位于袋式镍正极板和袋式铁负极板之间的多层复合隔膜或隔极栅构成，所述袋式镍正极板的电极材料由正极活性材料、导电剂、添加剂和粘结剂组成，其中正极活性材料主要由球形β型氢氧化镍、覆钴球形β型氢氧化镍、普通非球性β型氢氧化镍或Ni-Al-M三元层状氢氧化物中的至少两种组成，M为Co、Zn、Ca、Y或Mg，所述袋式铁负极板的电极材料由铁基氧化物粉末、导电剂、添加剂和粘结剂组成，所述电解液为富液状态的含有添加剂的碱性溶液。2.根据权利要求1所述的大容量双袋式铁镍电池，其特征在于：所述复合隔膜由磺化聚丙烯隔膜、氟化聚丙烯隔膜、接枝聚丙烯隔膜、聚乙烯隔膜、尼龙隔膜或丙纶针刺无纺布中的至少两种构成，其层数为2层以上。3.根据权利要求1所述的大容量双袋式铁镍电池，其特征在于：所述袋式镍正极板的电极材料由55-94.9wt.%正极活性材料、3-30wt.%导电剂、2-10wt.%添加剂和0.1-5wt.%粘结剂组成，其中导电剂为导电碳材料、镍粉、钴粉、氧化亚钴或氢氧化钴中的至少两种，添加剂为氧化钇、氧化铒、氢氧化钙、碳酸钙、氧化锌、氟化钙或钨酸钙中的至少一种，粘结剂为羧甲基纤维素钠、聚乙烯醇、聚丙烯酸钠、羧乙基纤维素、聚四氟乙烯或羟丙基甲基纤维素中的至少一种；所述袋式铁负极板的电极材料由55-91.9wt.%铁基氧化物粉末、5-20wt.%导电剂、3-20wt.%添加剂和0.1-5wt.%粘结剂组成，其中铁基氧化物粉末为四氧化三铁、三氧化二铁或氧化亚铁中的至少一种，导电剂为导电石墨、乙炔黑、导电炭黑、碳纳米管、石墨烯、碳纤维、亚氧化钛、铜粉、镍粉、钴粉、锡粉或铁粉中的至少一种，添加剂为硫化铋、氧化铈、硫化亚铁、氢氧化镱、氢氧化锆、硫化亚钴、氢氧化铜、硫化铜、氢氧化镍或硫酸镍中的至少两种，粘结剂为羧甲基纤维素钠、聚乙烯醇、聚四氟乙烯、羟丙基甲基纤维素、聚丙烯酸钠、聚乙烯、聚环氧乙烯或丁苯橡胶中的至少一种。4.根据权利要求1所述的大容量双袋式铁镍电池，其特征在于：所述正极活性材...

【专利技术属性】
技术研发人员：上官恩波，段玉兰，刘志刚，李长海，郭振龙，
申请(专利权)人：河南省恒明新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41