一种大容量方形氢镍电池制造技术

本发明专利技术公开了一种大容量方形氢镍电池，电池极板组由泡沫镍正极板、贮氢合金钢带负极板及位于泡沫镍正极板和贮氢合金钢带负极板之间的复合隔膜构成，泡沫镍正极板由泡沫镍基体和正极电极材料构成，贮氢合金钢带负极板由镀镍钢带和负极电极材料构成，电解液为贫液状态的含有添加剂的碱性溶液。本发明专利技术通过对正负极配方的优化、电解液配方的优化及隔板的优化选择极大地改善了正负极活性物质的利用率，降低了电池内阻，提高了负极贮氢合金的抗粉化和抗腐蚀能力，进而改善了电池的高低温性能和电池寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种大容量方形氢镍电池
本专利技术属于氢镍电池
，具体涉及一种大容量方形氢镍电池。
技术介绍
电池单体大容量化已成为工业用电池的发展趋势，良好的电性能和安全性能是工业用电池的的基本要求，而电池的安全性能与其容量成反比。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工业领域将会存在较大的安全隐患，这也是制约该类型电池在工业领域上应用的关键所在。目前，我国工业领域使用的电池多为安全性高的镉镍蓄电池或铅酸蓄电池。但是，镉镍二次电池和铅酸蓄电池分别由于镉电极和铅电极的污染问题，发展受到极大限制。开发新型大容量绿色方形电池对于工业领域的应用具有重大的现实意义。镍氢电池具有比能量高、绿色无污染、对环境友好等优点，在多个应用领域得到快速发展。例如其作为混合动力电池在普锐斯系列汽车上被成功应用。然而，镍氢电池在充电过程中，负极存在析氢的副反应，同时电池在过充时正极会析出氧气。目前商业化的氢镍电池基本均是采用贫液设计，以满足其密封设计，减少碱液对于贮氢合金负极的侵蚀，提高其使用寿命。这是因为氢镍电池过充电时正极会析出氧气，氧化贮氢合金，造成负极充电能力下降，引起电池充电时内部氢分压上升，从而最终导致电池内压上升。当电池内压升高到一定程度，电池安全阀会打开，电解液随气体一起溢出，使电解液的量减少，内阻增大，电池放电容量下降，最终导致电池循环寿命缩短。同时，贫液氢镍电池还存在使用过程中“热失控”的风险。因此，现有的氢镍电池技术很难满足工业领域的安全和循环寿命要求。因此，本专利技术拟开发出新型大容量氢镍方形电池，改善循环性能、容量性能和安全性能，来满足工业领域应用的苛刻要求。
技术实现思路
本专利技术针对目前氢镍电池存在的循环寿命短，很难制备成大容量电池在工业领域应用的问题，提供了一种大容量方形氢镍电池，该氢镍电池具有优异的安全性、超长的循环寿命和良好的耐过充过放特性，能够满足工业领域的特殊要求。本专利技术为解决上述技术问题采用如下技术方案：一种大容量方形氢镍电池，包括电池壳、位于电池壳内的电池极板组和电解液及设置于电池壳上且与正负极相连的电极柱和排气阀，其特征在于：所述电池极板组由泡沫镍正极板、贮氢合金钢带负极板及位于泡沫镍正极板和贮氢合金钢带负极板之间的复合隔膜构成，泡沫镍正极板由泡沫镍基体和正极电极材料构成，该正极电极材料由正极活性材料、正极导电剂、正极添加剂和正极粘结剂组成，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，贮氢合金钢带负极板由镀镍钢带和负极电极材料构成，该负极电极材料主要由贮氢合金粉末、负极导电剂、负极添加剂和负极粘结剂构成，其中负极添加剂由氧化锌、硫化铋、硫化亚镍或氧化铋中的至少一种和Cu-Al二元层状氢氧化物构成，电解液为贫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，其层数为二层以上。进一步优选，所述正极电极材料由80-96.4wt.％正极活性材料、3-10wt.％正极导电剂、0.5-10wt.％正极添加剂和0.1-5wt.％正极粘结剂组成，其中正极导电剂为导电碳材料、镍粉、钴粉或氧化亚钴中的至少两种，正极添加剂为氧化钇、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，正极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两种，所述负极电极材料由70-98.4wt.％贮氢合金粉末、1-10wt.％负极导电剂、0.5-15wt.％负极添加剂和0.1-5wt.％负极粘结剂组成，其中负极导电剂为导电碳材料、镍粉、锌粉或亚氧化钛中的至少一种，负极粘结剂为羧甲基纤维素钠、聚乙烯醇、聚丙烯酸钠、聚四氟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、覆钴球形氢氧化镍、Ni-Al-M三元双层氢氧化物中的至少一种经过预氧化处理。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，所述贮氢合金粉末颗粒上包覆有1.0-15wt.％的铜镍合金。进一步优选，所述负极添加剂中Cu-Al二元层状氢氧化物的分子式为[CuxAl(1-x)(OH)2]·[(Aa-)y·mH2O]，其中Aa-为OH-、Cl-、CO32-、NO3-、BO2-、MoO42-或WO42-中的至少一种，0.7≥x≥0.5，y>0，m>0。进一步优选，所述电解液是由KOH、NaOH和LiOH构成的总摩尔浓度为4-7mol/L的混合溶液，该电解液中含有0.5-5wt.％的钨酸钾或钨酸钠、0.5-5wt.％的偏硼酸钾或偏硼酸钠和0.1-2wt.％的氟化钾或氟化钠。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及电解液配方的优化等方面的改进改善了原有氢镍电池存在的问题。添加适量的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。通过在镍氢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。通过负极配方的优化，尤其是有益添加剂的选择，极大的改善了贮氢合金负极的抗氧化能力和耐腐蚀性，同时对其倍率性能也有较大改善。本专利技术通过研究发现，将铜铝二元层状氢氧化物用作添加剂，在其合适的铜铝摩尔比下，控制合适的添加量，意外地发现能够同时获得良好的循环性能和倍率性能，该添加剂廉价易得且高效，对于制备高性能的贮氢合金负极是十分有益的。此外，进一步选用铜镍合金包覆的贮氢合金粉末，可以获得更长的循环寿命。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。因此最终制得的大容量方形氢镍电池具有内阻低、安全性能好、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大容量方形氢镍电池的结构示意图。图中：1-电池壳，2-泡沫镍正极板，3-复合隔膜，4-贮氢合金钢带负极板，5-电极柱，6-排气阀。具体实施方式以下通过实施例对本专利技术的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本专利技术上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本专利技术上述内容实现的技术均属于本专利技术的范围。如图1所示，一种大容量方形氢镍电池，包括电池壳1、位于电池壳1内的电池极板组和电解液及设置于电池壳1上且与正负极相连的电极柱5和排气阀6，所述电池极板组由泡沫镍正极板2、贮氢合金钢带负极板4及位于泡沫镍正极板2和贮氢合金钢带负极板4之间的复合隔膜3构成，泡沫镍正极板2由泡沫镍基体和正极电极材料构成，该正极电极材料由正极活性材料、正极导电剂、正极添加剂和正极粘结剂组成，其中活性材料主要由球形β型氢氧化镍、覆钴球形β型氢氧化镍或Ni-Al-M三元层状氢氧化物中的至本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大容量方形氢镍电池，包括电池壳、位于电池壳内的电池极板组和电解液及设置于电池壳上且与正负极相连的电极柱和排气阀，其特征在于：所述电池极板组由泡沫镍正极板、贮氢合金钢带负极板及位于泡沫镍正极板和贮氢合金钢带负极板之间的复合隔膜构成，泡沫镍正极板由泡沫镍基体和正极电极材料构成，该正极电极材料由正极活性材料、正极导电剂、正极添加剂和正极粘结剂组成，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，贮氢合金钢带负极板由镀镍钢带和负极电极材料构成，该负极电极材料主要由贮氢合金粉末、负极导电剂、负极添加剂和负极粘结剂构成，其中负极添加剂由氧化锌、硫化铋、硫化亚镍或氧化铋中的至少一种和Cu‑Al二元层状氢氧化物构成，电解液为贫液状态的含有添加剂的碱性溶液。

【技术特征摘要】
1.一种大容量方形氢镍电池，包括电池壳、位于电池壳内的电池极板组和电解液及设置于电池壳上且与正负极相连的电极柱和排气阀，其特征在于：所述电池极板组由泡沫镍正极板、贮氢合金钢带负极板及位于泡沫镍正极板和贮氢合金钢带负极板之间的复合隔膜构成，泡沫镍正极板由泡沫镍基体和正极电极材料构成，该正极电极材料由正极活性材料、正极导电剂、正极添加剂和正极粘结剂组成，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，贮氢合金钢带负极板由镀镍钢带和负极电极材料构成，该负极电极材料主要由贮氢合金粉末、负极导电剂、负极添加剂和负极粘结剂构成，其中负极添加剂由氧化锌、硫化铋、硫化亚镍或氧化铋中的至少一种和Cu-Al二元层状氢氧化物构成，电解液为贫液状态的含有添加剂的碱性溶液。2.根据权利要求1所述的大容量方形氢镍电池，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，其层数为二层以上。3.根据权利要求1所述的大容量方形氢镍电池，其特征在于：所述正极电极材料由80-96.4wt.%正极活性材料、3-10wt.%正极导电剂、0.5-10wt.%正极添加剂和0.1-5wt.%正极粘结剂组成，其中正极导电剂为导电碳材料、镍粉、钴粉或氧化亚钴中的至少两种，正极添加剂为氧化钇、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，正极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两种，所述负极电极材料由70-98.4wt.%贮氢合金粉末、1-10wt.%负极导电剂、0.5-1...

【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