用于可再充电的镍锌电池的涂膏氢氧化镍电极制造技术

用于可再充电碱性电化学电池的正电极的活性材料，其是由用强氧化性试剂例如碱金属溶液中的碱金属的过硫酸盐处理的氢氧化镍颗粒或钴涂覆的氢氧化镍颗粒制成的。还可以用钴涂覆的氢氧化镍颗粒制备活性材料，所述颗粒在表面上具有高百分率的钴（ＩＩＩ）或跨颗粒测量的约３的平均钴氧化态。处理的氢氧化镍或钴涂覆的氢氧化镍降低了钴在碱性电解质中的溶解度，并提高了高倍率充电和放电容量。较低的钴溶解度降低了可提高自充电且导致过早失效的钴迁移。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术整体涉及镍锌电池。更具体地，本专利技术涉及用于正镍电极的组合物以及制 备方法。
技术介绍
用于便携装置例如电动工具的最近趋势对于高功率和高能量密度的可再充电蓄 电池提出了更高的要求和需求。氢氧化镍电池已用作高功率和高能量的镍_金属氢化物蓄 电池、镍-镉蓄电池和镍_锌蓄电池的正电极。涂膏氢氧化镍电池通常包括氢氧化镍、钴粉 末、镍粉末和粘结材料。包含钴化合物，以提高镍电极的导电性。然而，如果相同的钴化合 物迁移到负电极，则其引起了有害效应。随着功率和能量密度的需求提高，不断寻求着生产低阻抗和长寿命蓄电池的正镍 电极组合物和制造方法。
技术实现思路
用于可再充电碱性电化学电池的正电极的活性材料是由在碱性溶液中用强氧化 性试剂例如碱金属过硫酸盐处理的氢氧化镍颗粒或钴涂覆的氢氧化镍颗粒制成的。活性材 料还可以由钴涂覆的氢氧化镍颗粒制成，所述颗粒跨颗粒测量在其表面具有高百分比的钴 (III)或者约3或约3-3. 25的平均表面氧化态。根据多种实施方案中，本专利技术方法通过如下方式改善了可再充电电化学电池的可 制造性在用电解质填充组装的电池和电池化成充电之间允许从小于约1小时到约24小时 的更多时间推移(lapse)。为了制备正电极，混合了碱金属氢氧化物溶液、强氧化性试剂和 氢氧化镍或钴涂覆的氢氧化镍粉末。从处理过的粉末分离任何未处理的氧化性试剂，将其 用于制备活性材料膏。然后将该膏纳入镍电极。通常，强氧化性实际可以是过硫化盐、高氯酸盐、臭氧或高锰酸盐。强氧化性试剂 可以是碱金属过硫酸盐例如过硫酸钠或过硫酸钾。处理过的氢氧化镍或钴涂覆的氢氧化镍 降低了在碱性电解质中的钴的溶解度且提高了高倍率充电和放电能力。较低的钴溶解度降 低了钴迁移，所述钴迁移可提高自身放电并导致过早失效。因而，该处理导致在高倍率充电 和放电下的较好蓄电池性能、较好贮存寿命以及较低的过早失效的可能性。在另一方面，本专利技术涉及含有氧化镍正电极的镍锌电池，该正电极具有在其大部4分表面具有高度氧化的钴的钴涂覆的氧化镍颗粒。高度氧化的钴具有约3或更高或约 3-3. 25的氧化态。在特定实施方案中，大于90%或大于95%的表面钴具有约3或更高的 氧化态。根据多种实施方案中，颗粒(包括表面和嵌入的钴)中所有钴的平均氧化态为约 3或更高。在氧化锌负电极中的钴浓度可以小于约30ppm或小于约lOppm。在化成充电后， 锌电极在化成后的释气速率可小于约lml/hr。在室温下贮存仿真(simulated)年后，完全 充电的电池的剩余容量可大于约30%。通常，这些电池相对于未纳入高度氧化的钴的电池 具有较高的导电性和较低的阻抗。进一步参考以下附图，论述了这些及其它特征和优点。 附图说明图1是在镍-锌电池中的Zn电极中的电荷传递和质量传递的图。图2是根据本专利技术的多个实施方案的钴稳定过程的处理流程图。图3是根据本专利技术的多个实施方案的钴稳定过程的处理流程图。图4A-4C是电池A至F的化成曲线。图5A-5C是电池A至F的放电容量坐标图。图6是显示处理的电池和未处理的电池的高倍率循环的坐标图。图7是显示在处理的电池和未处理的电池的高倍率循环期间的阻抗行为的坐标 图。图8A是适用于实践本专利技术的镍锌蓄电池组电池的分解图。图8B是适用于实践本专利技术的组装镍锌蓄电池组电池的示意性横截面图。图9图解了根据本专利技术实施方案的在负电极_分隔体-正电极夹层结构的多个层。本专利技术的详细说明在制造正镍电极的上下文和用于镍-锌电池的正镍电极活性材料的上下文中，本 文说明了本专利技术的实施方案。本领域技术人员将认识到，本专利技术的以下详细描述仅是说明 性的，而不意欲以任何方式进行限制。本专利技术的其它实施方案对于从本公开中受益的本领 域技术人员是显而易见的。例如，可以使用其它氧化性化学物质形成在正镍电极中含有的 高度氧化的钴氧化物。将详细参考如附图中所说明的本专利技术的实施方式。在本申请的，术语“蓄电池 (battery) ”和“电池(cell) ”可交叉使用，这从论述的上下文中可变得清楚。介绍本专利技术提供了用于镍_锌可再充电蓄电池组电池的电极。在一些实施方案中，正 电极包括具有高度氧化的钴的涂层的氢氧化镍颗粒。一种获得高度氧化的钴涂层的方式是 用高度氧化性试剂处理钴涂覆的氢氧化镍颗粒。本专利技术所获得的可再充电电池具有一种和 多种以下特性长贮存寿命、长循环寿命、高导电性、低阻抗、高功率密度和适用于高倍率用 途。常规正镍电极包括活性材料中的钴颗粒。可以以钴金属或钴氧化物的形式提供钴 颗粒。专利技术人理解到，溶解的钴可在电化学电池的第一次充电或化成过程中从正电极迁移 出。该迁移从镍电极中移除钴，其中钴提供了部分导电性基体，致使保持了低的电极和电池阻抗。由于该扩散过程依赖于时间和温度，且对于多种性能参数具有重要影响，因此可存在 于填充和化成过程中的可变性能够产生具有过大可变性和低于优化阻抗值的单个电池。影 响化成过程中的电流分布和通路的变量(variation)可在其充电-放电寿命中对电池的安 培小时容量、贮存放电和容量保持产生显著影响。蓄电池组中的电池变量的这种结果可显 著降低电池组的循环寿命。已将密封的可再充电Ni-Zn蓄电池开发用于高功率用途，例如电动工具和混合电 车辆。这些蓄电池显示了异常的高倍率充电和放电能力，而最大功率密度为超过2000W/Kg。 可溶钴物质的效应可对这种蓄电池产生特别有害的效应。可溶钴物质从正电极迁移到负电 极降低了正电极中的钴量，因此较少的钴在化成过程中形成了导电性基体。在导电性基体 中的该降低导致了蓄电池的较低导电性和较高阻抗。锌电极上的这种污染的直接效果是在 蓄电池的工作和贮存期间析氢速度的加速。这可导致在多电池的蓄电池中的电池不平衡， 且可促进可导致灾难性失效的枝晶短路的出现。已将碱性电解质开发用于消除锌枝晶生长，但在钴污染存在下可降低其有效性。 在 Jeffrey Phillips 的题为"ElectrolyteComposition For Nickel-Zinc Batteries，，的 美国专利公开US20060127761中公开了在可再充电Ni-Zn蓄电池上下文中的这些碱性电解质。由以下反应支配着用于碱性电化学电池中的氢氧化镍正电极的充电过程Ni (OH) 2+0H- — Ni00H+H20 (1)正电极的充电效率和正电极材料的效用受到由以下反应控制的析氧过程的影 响20H- — H20+l/202+2e" (2)通常，当充电状态(SOC)达到70-80%时，析氧反应开始。镍电极的过充电导致了 镍电极的充电效率降低，因为较多的电荷转向析气。在电化学电池的第一次充电后，氢氧化 镍得到氧化以形成羟基氧化镍。在电化学电池的放电期间，羟基氧化镍得到还原以形成氢 氧化镍。可逆性氢氧化镍应保持β相组织，然而，镍电极通常随着充电/放电循环次数的 增多而经受因厚度膨胀引起的一些劣化。碱性电解质在Zn电极的电化学反应中充当离子载体。在可再充电Zn电极中，起 始活性材料是ZnO粉末或者锌和氧化锌粉末的混合物。ZnO粉末溶入KOH溶液中以形成锌 酸盐(Ζη(0Η)42_)，在充电过程中该锌酸盐还原成锌金属。在Zn电极处的反应可记为如下Ζη0+20Η>Η20 — Zn (OH)广(3)及Zn (OH本文档来自技高网...

【技术保护点】
制备用于蓄电池的含镍的正电极的方法，该方法包括：（ａ）混合碱金属氢氧化物的溶液、强氧化性试剂以及氢氧化镍或钴涂覆的氢氧化镍粉末；（ｂ）从反应产物或未反应的氧化性试剂分离湿的氢氧化镍或钴涂覆的氢氧化镍粉末；（ｃ）使用单独的氢氧化镍或钴涂覆的氢氧化物粉末制备活性材料膏；及（ｄ）将所述膏纳入镍电极中。

【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：M戈恩格，S莫翰塔，J菲利普斯，ZM蒙塔瑟，J巴顿，
申请(专利权)人：鲍尔热尼系统公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]