镍-金属氢化物二次电池制造技术

一种镍—金属氢化物二次电池，包括电极组，包括主要由氢氧化镍组成的正极，主要由储氢合金组成的负极，以及设置于该正极和负极之间的隔板，其中该电极组与一种碱性电解液一起密封在电池壳体内，其中在电池中，同时存在Ｗ元素和Ｎａ元素。本发明专利技术的该镍—金属氢化物二次电池的优点不仅在于它表现出活性物质的高利用率，和高温储存时优异的自放电性能，以及高温环境下的高充电效率，而且还具有大电流放电性能。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种镍—金属氢化物二次电池。更具体地说，本专利技术涉及的镍—金属氢化物二次电池其优点不仅在于它在高温环境下表现出高充电效率和在高温储存时由于具有优异的自放电性能而具有高容量保持率，正极活性物质的高利用率，而且即使在放电初始阶段也表现出大电流放电，而且在于它具有优异的低温充电性能。近年来，各种电子设备，如便携式电话和手提个人电脑，已经发展成无绳、多功能和紧凑型，并且重量减轻。随着这些发展，对于作为电子设备能源的高容量二次电池的需求大大增加。一般地，作为这些电子设备的能源，主要使用镍—镉二次电池。然而，随着上述对于高容量的巨大需求，近来镍—金属氢化物二次电池正趋广泛应用，因为镍—金属氢化物二次电池可与镍—镉二次电池的电压互换，并且与镍—镉二次电池相比它具有更高的容量。此种镍—金属氢化物二次电池一般包括电极组，该电极组包括正极，该正极具有其上载有混合物糊的集电器，该混合物糊中含有作为主组分的氢氧化镍粉末，它是一种活性物质，以及粘合剂如羧甲基纤维素；负极，该负极具有其上载有糊的集电器，该糊中含有作为主组分的储氢合金和粘合剂如羧甲基纤维素或聚四氟乙烯；以及隔板，该隔板包括例如，聚酰胺纤维的无纺布，具有电绝缘性能和液体保持性能，该隔板设置于负极和正极之间，并具有某种结构，该结构可使所述电极组和通常主要由氢氧化钾水溶液组成的碱性电解液一起容纳在电池壳体中，该壳体还作为负极终端，而后将电池壳体密封，从而将电极组和碱性电解液密封在壳体内。然后，对组装好的电池进行初始充电处理，从而使作为正极活性物质的氢氧化镍活化。也就是，该处理通过初始充电的氧化作用使自身没有导电性的氢氧化镍转变为三价的具有导电性的β-羟基氧化镍，从而使之具备活性物质的功能。顺便说一下，这种镍—金属氢化物二次电池利用储氢合金的特性，它可以电化学地、可逆地吸收和解吸氢。然而，当处于充电状态的该镍—金属氢化物二次电池在高温环境下放置或储存时，一般地，在负极中的该储氢合金的平衡压力增加，从而使得能够封闭在负极中的氢量减少。因此，再也无法储存在负极中的氢释放到电池内部，从而使电池内的氢分压增加。于是，该氢穿过隔板进入正极，在正极加速羟基氧化镍的还原，该羟基氧化镍是氢氧化镍经上述初始充电的氧化产物，它以β-羟基氧化镍形式存在。也就是，促进了该羟基氧化镍的自放电，其结果是放电容量降低。为解决上述问题，已提出一种方法，其中使具有羧基的乙烯基单体在含有聚烯烃树脂纤维的隔板表面进行接枝聚合(参见日本未审专利申请平10-69898)。通过该方法，使隔板具有高的亲水性。因此，在含有纤维(该纤维是组成隔板的纤维)间空隙的表面上，形成碱性电解液的薄膜，该薄膜即使在电池内部的氢分压增加时，也可防止氢扩散到正极。其结果是抑制了正极的上述自放电。但是，近来该镍—金属氢化物二次电池的应用领域扩大了，例如用作需要大电流放电的电动工具、电动车和电动助力自行车的电源。考虑到上述应用领域对于提高自放电特性的强烈需求，上述现有技术的改进遇到一个问题，即不能获得提高的自放电特性。另一方面，从镍—金属氢化物二次电池充电问题的角度考虑，当充电环境为常温时，氢氧化镍的充电反应过电位大于从碱性电解液生成氧的反应所需的过电位。因此，氢氧化镍的充电反应首先进行，在该充电反应基本结束时，该反应转变为氧生成反应。从而，在常温下，可以安全地、令人满意地提高正极充电。然而，当该充电在高温环境下进行时，氧生成反应的过电位降低。因此，氧生成反应的过电位和氢氧化镍充电反应的过电位之间的差变小。由于该原因，从充电的较早阶段开始，就发生充电反应与氧生成反应之间的竞争关系，导致氢氧化镍充电反应不能满意地进行。也就是，在高温环境下，由于充电效率下降，结果导致电池的放电容量下降。为解决上述问题，已提出一种方法，其中使用作为活性物质的氢氧化镍，在合成氢氧化镍的过程中在氢氧化镍上共沉淀有钴组分以降低正极的平衡电位(参见日本未审专利申请昭50-132441)，以及一种方法其中使用具有镉或类似物共沉淀的氢氧化镍来提高氧的正极过电位(参见日本未审专利申请昭62-108458)。然而，用这些方法制备的正极，在高温环境下其充电效率水平不令人满意。另外，在日本未审专利申请平5-28992中，公开了通过向氢氧化镍中加入Y、In、Sb、Ba、Ca、Be或类似物的化合物制备正极，以提高氧的过电位。然而，在该正极中，由于加入了上述不参与充电和放电反应的化合物，在正极中作为活性物质的氢氧化镍的相对含量减少。其结果是，放电容量降低。另外，在日本未审专利申请昭47-20635中公开了使用含有钨酸离子的碱性电解液以改进高温环境下的充电效率。然而，在该方法中，为了获得满意的充电容量，需要使用含有较高含量钨酸离子的碱性电解液。此时，碱性电解液的浓度增加并且离子的迁移率下降，其结果是，大电流放电性能变差。另外，在日本未审专利申请平8-88020，日本未审专利申请平8-190931，日本未审专利申请平8-222213，日本未审专利申请平10-172558和日本未审专利申请平10-24163中公开了含有钨酸离子或钨化合物的镍—金属氢化物二次电池。但是，在这些电池中，活性物质的初始利用率和高温环境下的自放电性能不能满意。而且，在镍—金属氢化物二次电池充电时，包括下列缺陷由于作为活性物质的氢氧化镍的表面部分和中心部分之间在集流效率上有很大差异，当完全充电的深度为100％或更高时，氢氧化镍表面部分不可避免地处于过充电状态。因此，表面部分过度氧化，从而形成三价或更高价态的γ-羟基氧化镍。然而，该γ-羟基氧化镍与三价的β-羟基氧化镍相比是惰性的，并具有低的体密度。因此，称γ-羟基氧化镍是造成充电效率下降和正极膨胀的原因，也是造成反复浅充电和放电后完全放电容量(记忆效应)下降的原因。为了避免形成上述γ-羟基氧化镍，提出一种方法，例如，其中氢氧化镍粉末的表面涂覆由氢氧化镍和氢氧化锰材料组成的无定形层(参见日本未审专利申请平10-106559)。然而，该方法会带来一个问题，就是锰组分易于溶解在电池中的碱性电解液中，渗入氢氧化镍粉末的内部，并加速了γ-羟基氧化镍的形成。顺便说一下，无论在上述初始充电中或者在实际的充—放电循环过程中，当正极活性物质之间以及正极活性物质和集电器之间的导电性高时，该正极活性物质的利用率高，从而使电池反应顺利进行。因此，从实现正极的理论容量的角度考虑，这是一项重要的任务。为了实现这一任务，通常进行下述测量。一种方法是，首先制备正极糊，将金属钴粉末或者钴化合物的粉末，例如氢氧化钴、四氧化三钴、三氧化二钴、氧化钴或类似物，或者其混合物，以预定的量作为导电材料加入，从而制备以预定比例混合的含氢氧化镍粉末的粉末，并且将该粉末用作活性物质。在镍—金属氢化物二次电池中，结合有正极，该正极含有上述制备的活性物质粉末，上述粉末中的任何金属钴或钴化合物溶解在碱性电解液中成为配离子并分散在氢氧化镍粉末之间，从而使该配离子分散在粉末的表面上。而后，在对电池进行初始充电时，这些配离子在氢氧化镍氧化之前发生氧化并转变为具有导电性的较高价钴氧化物，而且该氧化物沉淀在作为活性物质的氢氧化镍粉末之间以及活性物质层和集电器之间，从而形成导电基质。其结果是，增强了活性物质之本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种镍－金属氢化物二次电池，包括： 电极组，包括其上载有含氢氧化镍作为主组分的活性物质粉末的正极，其上载有储氢合金粉末的负极，以及设置于该正极和该负极之间的隔板，所述电极组与碱性电解液一起密封在电池壳体内， 其中，在所述电池中，同时存在Ｗ元素和Ｎａ元素。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：北山浩，林田浩孝，山本雅秋，坂东直美，宫本邦彦，铃木秀治，
申请(专利权)人：东芝电池株式会社，东芝株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]