專利名稱：金屬氫化物-鎳電池增碳負極及提升功率的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬氫化物-鎳電池增碳負極及提升功率的方法。
背景技術(shù)：
近十年來，超級電池(Ultrabattery)，簡稱“超電池”，其對傳統(tǒng)電池行業(yè)有著強大吸引力。這種吸引、主要源于提升傳統(tǒng)電池的循環(huán)壽命、輸出功率和低溫性能等迫切需求。傳統(tǒng)電池，循環(huán)壽命難突破IO3數(shù)量級，輸出功率很難突破30C(倍率)放電，低溫性能方面難突破零下_50°C放電大關(guān)。而對于傳統(tǒng)的電容(capacity)，這些電池難突破的指標，對其來說，達到該指標輕而易舉；電容的循環(huán)壽命至少在IO4數(shù)量級，50倍率放電和零下-50°C放電都易于實現(xiàn)。顯見，利用功率密度高的電容彌補功率密度低的傳統(tǒng)電池缺陷，是超電池對傳統(tǒng)電池行業(yè)強大吸引力核心所在。一種觀點認為，目前電池行業(yè)的超電池技術(shù)，一定程度上受到生物的轉(zhuǎn)基因技術(shù)影響，即電池行業(yè)的超電池本質(zhì)上類同生物學(xué)領(lǐng)域中，將一定量電容的“基因”(gene)通過電的共性這種“核酸”轉(zhuǎn)移到電池中，諸如循環(huán)壽命至少在IO4數(shù)量級、50倍率放電和零下-50°C放電這些電容的“遺傳因子”(genetic factor)能在電池中獲得一定程度的“基因表達，，(gene expression)。比較早的開展將傳統(tǒng)電池轉(zhuǎn)化為超電池的研制工作，為澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)及工業(yè)研究組織(COMMONWEALTH SCIENTIFIC AND INDUSTRIAL RESEARCH ORGANISATION)，該工業(yè)研究組織將活性炭與碳氈等電容材料與極板內(nèi)置到傳統(tǒng)鉛酸蓄電池中，構(gòu)造以鉛酸蓄電池為基礎(chǔ)的超電池；這種做法，站在電池材料增減的視角，相當(dāng)于鉛酸蓄電池增碳；站在電池與電容雜交或雜化制造的視角，相當(dāng)于鉛酸電池內(nèi)部并聯(lián)電容；站在法拉第贗電容的視角， 相當(dāng)于贗電容跨越自身極限或容量無窮大的贗電容。CSIRO后期與日本古河電池株式會社 (FURUKAWA BATTERY CO LTD)合作，構(gòu)建的鉛酸電池增碳型超電池的專利群列于表I。表I澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)及工業(yè)研究組織構(gòu)建鉛酸電池增碳型超電池的專利群簡表
權(quán)利要求
1.一種金屬氫化物-鎳電池增碳負極及提升功率的方法，其制造步驟、工藝條件及提升功率方法如下第一步、摻雜錳氧化物原位反應(yīng)試劑的配制以化學(xué)純的高錳酸鉀和蒸餾水為原料，在20°C下配制成高錳酸鉀飽和水溶液備用；購買市售的食品添加劑級的抗壞血酸鈉粉末，用蒸餾水配制成20wt%水溶液備用，該抗壞血酸鈉符合GB16313-1996標準；第二步、摻雜錳氧化物石墨粉原料的制備以2克600目的石墨粉加入100毫升20wt%抗壞血酸鈉水溶液的比例，將二者放到燒杯中，然后將該燒杯連同杯中物料放入超聲清洗機中，分散2分鐘得到懸濁液，轉(zhuǎn)移該懸濁液到玻璃漏斗進行過濾，過濾至無濾液流出后、迅速將高錳酸鉀飽和水溶液噴入玻璃漏斗中物料表面，使得含有抗壞血酸鈉的石墨粉被該高錳酸鉀溶液淋洗，直至流出玻璃漏斗淋洗液顯示紅色、停止該高錳酸鉀溶液淋洗操作；接著再用20wt%抗壞血酸鈉水溶液反向淋洗玻璃漏斗中的反應(yīng)物，直至玻璃漏斗顯示紅色濾液消失而轉(zhuǎn)變成無色，停止抗壞血酸鈉水溶液淋洗玻璃漏斗中的反應(yīng)物的操作，接著將玻璃漏斗中的反應(yīng)物放到烘箱中于85°C烘干12小時，獲得摻雜錳氧化物石墨粉原料；第三步、摻雜錳氧化物活性炭原料的制備采用與第二步——摻雜錳氧化物石墨粉原料制備基本相同的步驟、條件與方法，唯一不同的是將第二步中600目的石墨粉、用比表面指標為190m2/g、目數(shù)為400目的活性炭粉末替換，同樣獲得摻雜錳氧化物活性炭原料；第四步、提升功率的增碳負極制備選擇市售鎳-氫動力電池集流體用的泡沫鎳商品，將原始厚度為I. Omm泡沫鎳集流體預(yù)壓至0. 8_，再將增碳負極刮涂其上，該增碳負極刮涂料配方為·275目±25目并且廠商標定容量為285mAh/g的AB5型儲氫合金粉固定比例為80wt%; 固含量為40wt%的聚四氟乳液固定比例為5wt% ;摻雜錳氧化物活性炭粉的變動比例 ·11. 5wt% -13. 5wt% ;摻雜錳氧化物的石墨粉的變動比例I. 5wt% -3. 5wt% ;該四種物料以重量百分比計量的總和構(gòu)成IOOwt% ；按照該配方，該四種物料混合均勻，即構(gòu)造出增碳負極刮涂料，接著將含該刮涂料的·0.8mm泡沫鎳帶，放入調(diào)節(jié)間隙為0. 35mm的輥壓機進行軋膜處理；軋膜后獲得0. 35mm厚并且單位面積上含有該刮涂料的數(shù)量滿足0. 134g/cm2指標的增碳負極片毛坯料；第五步、構(gòu)造提升金屬氫化物-鎳電池功率的方法將增碳負極毛坯料剪裁成條形，鑒于本發(fā)明模擬實驗電池殼體借用固定商品中鎳-氫電池AA型圓柱電池的殼體及上蓋、密封圈等零配件，受到該借用殼體尺寸限制，增碳負極片毛還料負極毛還料剪裁尺寸為長119mm,寬41mm,將該119mmX41mm尺寸的條形毛還料、 在柔片機上、柔軟處理三次；再將其移送至超聲波清粉機，在條形毛坯料極片一條長邊上按照與焊接的極耳寬度相同尺寸清粉，清粉后將極耳用脈沖點焊機、按照AA圓柱鎳-氫電池焊接要求焊接牢固，至此，獲得提升功率的增碳負極；選擇市售鎳-氫動力電池用燒結(jié)鎳陽極，該燒結(jié)鎳陽極為濕法制造、含鈷型、指標為 30mAh/cm2 ;該正極片剪裁尺寸與負極相同，將帶有極耳條形正極與負極中間用鎳-氫電池隔月旲商品中的橫化I旲相隔，對齊后在電池卷繞機上卷繞，卷繞完成后放入殼體中，加入2. 4毫升電解液，該電解液密度為I. 31g/cm3，該電解液溶質(zhì)組成為70wt%氫氧化鉀、28wt%氫氧化鈉和2 1:%氫氧化鋰，三種溶質(zhì)總和滿足IOOwt % ;水為該電解液的溶劑；電解液注入到帶有電芯的殼體后，再借用AA圓柱鎳-氫電池封裝設(shè)備進行封裝、封裝后對不同條件下獲得的裸體模擬電池編號，至此，含有增碳負極的金屬氫化物-鎳電池提升功率的操作完成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種金屬氫化物-鎳電池增碳負極及提升功率的方法。該增碳負極為以泡沫鎳為集流體承載儲氫合金粉的傳統(tǒng)負極片中，用摻雜錳氧化物活性炭和石墨粉代替15wt％的貯氫合金粉，來提升負極及電池的輸出功率，降低電池的充電和放電溫升；并為將來過渡到堿性超電池、鎳-碳系電容電池、電池轉(zhuǎn)換電容的自轉(zhuǎn)換電源或法拉第超級電容器的極片設(shè)計與制造奠定基礎(chǔ)。以維生素C的鈉鹽與高錳酸鉀構(gòu)成氧化-還原反應(yīng)對偶物料、所進行的摻雜錳氧化物原位反應(yīng)，簡便易行，工業(yè)化成本低，效果好，有效解決了石墨粉引入極片所帶來的負面效應(yīng)。
文檔編號H01M4/24GK102593458SQ20121004802
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月28日
發(fā)明者吳耀明, 唐琛明, 張新波, 李曉忠, 楊玉勛, 王奪, 王立民, 石志水, 程勇, 高松 申請人:中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所