一种超高面容量氢氧化亚镍正极的单极陈化及电芯化成方法技术

本发明专利技术属于镍系碱性电池陈化工艺技术领域，公开了一种超高面容量氢氧化亚镍正极的单极陈化及电芯化成方法，本发明专利技术通过制作镍电极、浸润在碱性电解液中、陈化、充电等步骤，先单极陈化再装配为电芯化成的工艺，隔膜不存在钴桥现象，充放电过程中不存在微短路现象，提高了电池的效率及降低自放电。本发明专利技术采用单极陈化方式可以使得电极中导电剂沉积的更加均匀，提高了电极的导电性，减小了电极的极化程度，因此可以大幅提高电极的面负载，面容量也因此大幅提高。由于陈化过程是在单极状态下进行的，本发明专利技术减少了导电剂沉积在隔膜、负极上的的损失，提高了电池的循环性能。提高了电池的循环性能。

【技术实现步骤摘要】
一种超高面容量氢氧化亚镍正极的单极陈化及电芯化成方法


[0001]本专利技术涉及镍系碱性电池陈化工艺
，具体涉及一种超高面容量氢氧化亚镍正极的单极陈化及电芯化成方法。

技术介绍

[0002]镍系碱性电池作为一种广泛应用于各种电子产品、动力工具、交通工具等领域的重要二次电池系统，对于其性能表现的提高和稳定性的保持具有至关重要的意义。然而，传统的电池陈化方式采用将电池装配好后注入电解液，然后进行高温搁置的方法，这种方式容易导致氧化亚钴导电剂沉积到隔膜上，进而形成钴桥现象，导致微短路，降低电池的容量、并增加电池的自放电，从而限制了镍系碱性电池的性能提升。因此，开发一种有效的陈化方式，提高电池性能并减少微短路现象，增强电极的导电率，大幅提高电极的面容量，具有重要的实际应用价值。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是为了解决现有技术镍系碱性电池陈化中存在的技术问题，提供了一种超高面容量氢氧化亚镍正极的单极陈化方法。
[0004]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种超高面容量氢氧化亚镍正极的单极陈化及电芯化成方法，包括以下步骤：步骤1、将球形氢氧化亚镍、氧化亚钴、CMC、PTFE混合均匀后，刮涂在泡沫镍基底上，氢氧化亚镍占比在88%
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96%、CMC占比在0.1%
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0.5%、PTFE占比在1%
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4%、氧化亚钴的占比在3%
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8%，高温干燥后得到拉浆式镍电极，氢氧化亚镍面负载在80
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280mg/cm2；步骤2、将步骤1中得到的拉浆式镍电极浸润在6mol/L的碱性电解液中，浸润10
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30min后取出；步骤3、之后将镍电极进行陈化，陈化过程中通入还原氛围，陈化温度为40
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80℃，陈化时间为3
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24h；步骤4、将步骤3中陈化后的氢氧化亚镍电极与干燥隔膜、储氢合金电极装配为电芯；步骤5、对电芯进行梯度式逐渐增大电流式充电，第一阶段：预充电，充电至可逆容量的6%
‑
15%，充电电流范围：0.03C
‑
0.05C，充电时间：2.0
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3.5h；第二阶段：恒流充电，充电至可逆容量的110%
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120%，充电电流范围：0.2C
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1 C，充电时间：1.0
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5.5h。
[0005]进一步地，电解液为KOH水溶液、LiOH水溶液、NaOH水溶液或其组合。
[0006]进一步地，步骤3中的还原氛围为1bar的氢气。
[0007]本专利技术相对于现有技术，具有以下有益效果：本专利技术先单极陈化再装配为电芯化成的工艺，隔膜不存在钴桥现象，充放电过程中不存在微短路现象，提高了电池的效率及降低自放电。
[0008]本专利技术采用单极陈化方式可以使得电极中导电剂沉积的更加均匀，提高了电极的
导电性，减小了电极的极化程度，因此可以大幅提高电极的面负载，面容量也因此大幅提高。
[0009]由于陈化过程是在单极状态下进行的，本专利技术减少了导电剂沉积在隔膜、负极上的的损失，提高了电池的循环性能。
附图说明
[0010]图1中为本专利技术高负载氢氧化亚镍正极的实物图；图2为传统陈化方式下，隔膜背侧的SEM及EDS图谱；图3为本专利技术单极陈化方式下，隔膜背侧的SEM及EDS图谱；图4为传统陈化下电极的容量性能及自放电现象图；图5为本专利技术单极陈化方式电极的容量性能及自放电现象图；图6为传统陈化方式下正极的循环性能图；图7为单极陈化后电极的循环性能图。
具体实施方式
[0011]实施例1：一种超高面容量氢氧化亚镍正极的单极陈化及电芯化成方法，其特征是，包括以下步骤：步骤1、将球形氢氧化亚镍、氧化亚钴、CMC、PTFE混合均匀后，刮涂在泡沫镍基底上，高温干燥后得到拉浆式镍电极；氢氧化亚镍占比90%、氧化亚钴的占比6.75%，CMC占比0.25%，PTFE占比3%，干燥后氢氧化亚镍面负载为270 mg/cm2。
[0012]步骤2、将步骤1中得到的拉浆式镍电极浸润在6mol/L的碱性电解液KOH中15min后取出。
[0013]步骤3、之后将镍电极擦干电机表面后放入陈化容器并注入1bar的氢气还原氛围，将陈化容器放入烘箱，陈化温度为40℃，陈化时间为12h。
[0014]步骤4、将步骤3中陈化后的氢氧化亚镍电极与干燥隔膜、储氢合金电极装配为电芯。
[0015]步骤5、对电芯进行梯度式逐渐增大电流式充电，第一阶段：预充电，充电至可逆容量的6%
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15%，充电电流范围：0.035C，充电时间：2.5h，静止十分钟后进行第二阶段恒流充电，充电至可逆容量的110%
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120%，充电电流范围：0.2C，充电时间5.5h。静止十分钟后，以0.2C的电流密度进行放电，放电至1V截止。
[0016]图1中电极氢氧化亚镍的面载可以达到270mg/cm2。
[0017]图2为传统陈化方式下，隔膜背侧的SEM及EDS图谱，存在大量含钴元素的物质，证实了钴桥现象。
[0018]图3为单极陈化方式下，隔膜背侧的SEM及EDS图谱，相较于传统陈化，单极活化后的隔膜含钴物质明显减少，钴桥微短路现象得以解决。
[0019]图4为传统陈化方式电极的容量性能及自放电现象。传统陈化方式下，电极的面容量为35.27 mAh/cm2，搁置28天后，容量剩余27.65 mAh/cm2，容量保持率为78.4%。
[0020]图5为单极陈化方式下电极的容量性能及自放电现象。单极陈化的正极面容量可
达63.27 mAh cm/cm2，搁置28天后，面容量为58.69 mAh cm/cm2，容量保持率为92.8%。
[0021]图6为传统陈化方式下正极的循环性能,在三百次循环后，电极容量持续衰减，最终容量约为22.5 mAh cm/cm2，容量保留率约为73.7%。
[0022]图7为单极陈化后电极的循环性能，一千次循环过程中，电极表现稳定，面容量始终可超过52 mAh cm/cm2，库伦效率高于94%。循环性能优异于传统陈化方式电极。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超高面容量氢氧化亚镍正极的单极陈化及电芯化成方法，其特征是，包括以下步骤：步骤1、将球形氢氧化亚镍、氧化亚钴、CMC、PTFE混合均匀后，刮涂在泡沫镍基底上，氢氧化亚镍占比在88%
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96%、CMC占比在0.1%
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0.5%、PTFE占比在1%
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4%、氧化亚钴的占比在3%
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8%，高温干燥后得到拉浆式镍电极，氢氧化亚镍面负载在80
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280mg/cm2；步骤2、将步骤1中得到的拉浆式镍电极浸润在6mol/L的碱性电解液中，浸润10
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30min后取出；步骤3、之后将镍电极进行陈化，陈化过程中通入还原氛围，陈化温度为40
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80℃，陈化时间为3
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24h；步骤4、将步骤3中...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈云贵，王文鹏，赵德，陈世奇，张连亮，朱丁，陶明大，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：