專利名稱：負(fù)極為發(fā)泡式鐵電極的鐵鎳蓄電池及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及二次電池的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種容量高、大電流放電能力強，使用壽命長的負(fù)極為發(fā)泡式鐵電極的鐵鎳蓄電池及其制備方法。
背景技術(shù)：
19世紀(jì)末20世紀(jì)初，歐洲的JUNJER和美國的EDISON發(fā)明了鐵氧化鎳電池，這是一種以鐵電極作為負(fù)極，羥基氧化鎳作為正極的蓄電池。相比目前廣泛使用的鎘鎳電池，鉛酸電池，氫鎳電池，這種電池能承受過充過放，長期放電態(tài)擱置等電性能的濫用，且這種鐵鎳蓄電池的壽命長，循環(huán)壽命可達(dá)2000次以上，使用年限為20年以上，這是鎘鎳電池，鉛酸電池和氫鎳電池?zé)o法比擬的，因此，受到社會的關(guān)注和大力發(fā)展。但是現(xiàn)有的鐵鎳蓄電池的負(fù)極大都采用袋式結(jié)構(gòu)的鐵電極，這種袋式結(jié)構(gòu)的鐵電極板的制作工藝復(fù)、設(shè)備投入大，造成電池的成本過大，經(jīng)濟效益較低，并且由于這種袋式結(jié)構(gòu)的鐵電極的特殊結(jié)構(gòu)使活性物質(zhì)與集流體間距太大，活性物質(zhì)利用率低的影響，造成大電流放電能力較弱；同時以塑料隔離物隔離正負(fù)極板，使得正負(fù)極的間距很大，充放電時電化學(xué)極化大，同樣造成了這種鐵鎳蓄電池的大電流放電能力很弱，一般僅能提供中低倍率的放電(IC倍率以下電流放電)，不能作為電車的動力能源使用。因此開發(fā)一種容量高、大電流放電能力強，使用壽命長的鐵鎳蓄電池具有很高的社會意義和價值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足而提供一種容量高、大電流放電能力強，使用壽命長的負(fù)極為發(fā)泡式鐵電極的鐵鎳蓄電池及其制備方法。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的
一種負(fù)極為發(fā)泡式鐵電極的鐵鎳蓄電池，包括盛有電解液的容器、設(shè)置在容器內(nèi)的負(fù)極和正極，所述的正極為燒結(jié)式鎳電極，所述的負(fù)極為發(fā)泡式鐵電極，所述的發(fā)泡式鐵電極，包括發(fā)泡鎳基體、涂覆在發(fā)泡鎳基體中的負(fù)極漿料，其中負(fù)極漿料是由各組分按照以下重量百分比制成三氧化二鐵90 95%、添加劑3 8%、粘結(jié)劑I 2%，所述的正極和負(fù)極采用疊片式結(jié)構(gòu)組合、且在正極和負(fù)極之間設(shè)置有聚烯烴隔膜。所述的發(fā)泡鎳基體由發(fā)泡海綿經(jīng)電鍍鎳后燒除海綿而成。所述的添加劑為硫酸鎳、氫氧化鎳、稀土氧化物中的至少一種，粘結(jié)劑為HPMC、CMC、PTFE乳液中的至少一種。所述的電解液為氫氧化鉀和氫氧化鋰的混合溶液，其中氫氧化鉀濃度為5 6mol/L、氫氧化鋰濃度為O. 3 O. 5 mol/L，所述的聚烯烴隔膜為一層聚丙烯無紡布襯一層輻射接枝聚乙烯膜，所述的容器為尼龍或聚烯烴材質(zhì)的殼體。一種制備所述的負(fù)極為發(fā)泡式鐵電極的鐵鎳蓄電池的制備方法，其制備方法包括如下步驟
步驟I、負(fù)極為發(fā)泡式鐵電極的制備1)基體的制備取發(fā)泡海綿，首先對發(fā)泡海綿電鍍鎳，然后燒除海綿，制得發(fā)泡鎳基體；2)負(fù)極漿料的制備首先將重量百分比為90 95%的三氧化二鐵、重量百分比為3 8%的添加劑均勻混合，然后向混合物內(nèi)加入由重量百分比為I 2%的粘結(jié)劑配制的質(zhì)量濃度為8%的粘結(jié)劑水溶液，攪拌均勻，制得負(fù)極漿料；3)負(fù)極為發(fā)泡式鐵電極的成型將2)中制得的負(fù)極漿料涂覆于I)中制得的發(fā)泡鎳基體中，然后送入高溫爐，首先調(diào)節(jié)高溫爐溫度在60 80°C，烘干發(fā)泡式鐵電極至恒重，然后調(diào)節(jié)高溫爐溫度至800°C ，同時向高溫爐中通入氨氣，持續(xù)5 10分鐘，將負(fù)極漿料中的三氧化二鐵還原成四氧化三鐵，再片、沖切、點焊極耳，制得負(fù)極為發(fā)泡式鐵電極；
步驟2、極板組的制備取現(xiàn)有的燒結(jié)式鎳電極作為正極、步驟I制得的發(fā)泡式鐵電極作為負(fù)極，用聚烯烴隔膜折疊包繞，再用螺絲和螺母將正極為燒結(jié)式鎳電極的極耳和負(fù)極為發(fā)泡式鐵電極的極耳裝配在集流柱上，組成極板組；
步驟3、組裝將步驟2制得的極板組裝入容器內(nèi)，蓋上塑料蓋，用耐堿膠黏劑或超聲波焊接使容器與蓋子密封在一起，然后在正、負(fù)集流柱上套上密封圈和墊片，并用螺絲將集流柱緊固在塑料蓋上；
步驟4、加電解液向步驟3組裝后得到的容器內(nèi)注入氫氧化鉀和氫氧化鋰混合而成的電解液，其中氫氧化鉀濃度為5 6mol/L、氫氧化鋰濃度為O. 3 O. 5 mol/L,注入的電解液液面高度以淹沒安裝在步驟3的容器中的極板組15毫米為宜，放置12小時；
步驟5、活化將步驟4制得電池通過以O(shè). 25C充電8小時、停30分鐘、以O(shè). 2C放電至I. 0V，重復(fù)3次的充放電進行活化處理，得到負(fù)極為發(fā)泡式鐵電極的鐵鎳蓄電池。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有以下的優(yōu)點
本發(fā)明采用燒結(jié)式鎳電極作為正極、發(fā)泡式鐵電極作為負(fù)極，由于燒結(jié)式鎳電極和發(fā)泡式鐵電極的基體均有獨特的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和高度的微孔化，這樣使活性物質(zhì)與集流體間的距離大大縮短，活性物質(zhì)的利用率得到很大的提高，進而大電流放電能力得到明顯加強；另外，在高溫條件下，活性物質(zhì)間粘結(jié)劑被燒掉，接觸電阻變小，也有利于活性物質(zhì)利用率的提高和大電流放電能力的加強。再者，本發(fā)明在裝配時采用的疊片式結(jié)構(gòu)并以厚度較薄的聚烯烴隔膜隔離正負(fù)極板，這樣在充放電時的電化學(xué)極化很弱，大電流放電能力得到很大的提升，電池的容量更大，使用壽命更長，可滿足高倍率放電的要求。例如IOC放電，使得鐵鎳電池用作電動車動力電源成為可能，這樣保護了環(huán)境，具有很大的社會價值和意義。由實施例的實驗證明本發(fā)明的電池比傳統(tǒng)電池相比10C放電容量比提高了46 54%，活性物質(zhì)利用率提高了 44. 4 51%。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步的說明。實施例I
取三氧化二鐵90克、添加劑8克、粘結(jié)劑2克。一種負(fù)極為發(fā)泡式鐵電極的鐵鎳蓄電池，包括盛有電解液的容器、設(shè)置在容器內(nèi)的負(fù)極和正極，所述的正極為燒結(jié)式鎳電極，所述的負(fù)極為發(fā)泡式鐵電極，所述的發(fā)泡式鐵電極，包括發(fā)泡鎳基體、涂覆在發(fā)泡鎳基體中的負(fù)極漿料，其中負(fù)極漿料是由各組分按照以下重量百分比制成三氧化二鐵90克、添加劑8克、粘結(jié)劑2克，所述的正極和負(fù)極采用疊片式結(jié)構(gòu)組合、且在正極和負(fù)極之間設(shè)置有聚烯烴隔膜。
所述的發(fā)泡鎳基體由發(fā)泡海綿經(jīng)電鍍鎳后燒除海綿而成所述的添加劑為硫酸鎳、氫氧化鎳、稀土氧化物中的至少一種，粘結(jié)劑為HPMC、CMC、PTFE乳液中的至少一種。所述的電解液為氫氧化鉀和氫氧化鋰的混合溶液，其中氫氧化鉀濃度為5 6mol/L、氫氧化鋰濃度為O. 3 O. 5 mol/L，所述的聚烯烴隔膜為一層聚丙烯無紡布襯一層輻射接枝聚乙烯膜，所述的容器為尼龍或聚烯烴材質(zhì)的殼體。一種制備所述的負(fù)極為發(fā)泡式鐵電極的鐵鎳蓄電池的制備方法，其制備方法包括如下步驟
步驟I、負(fù)極為發(fā)泡式鐵電極的制備1)基體的制備取發(fā)泡海綿，首先對發(fā)泡海綿電鍍鎳，然后燒除海綿，制得發(fā)泡鎳基體；2)負(fù)極漿料的制備首先將重量為90克的三氧化二鐵、重量為8克的添加劑均勻混合，然后向混合物內(nèi)加入由重量為2克的粘結(jié)劑配制的質(zhì)量濃度為8%的粘結(jié)劑水溶液25克，攪拌均勻，制得負(fù)極漿料；3)負(fù)極為發(fā)泡式鐵電極的成型將2)中制得的負(fù)極漿料涂覆于I)中制得的發(fā)泡鎳基體中，然后送入高溫爐，首先調(diào)節(jié)高溫爐溫度在60 80°C，烘干發(fā)泡式鐵電極至恒重，然后調(diào)節(jié)高溫爐溫度至800°C，同時向高溫爐中通入氨氣，持續(xù)5 10分鐘，將負(fù)極漿料中的三氧化二鐵還原成四氧化三鐵，再片、沖切、點焊極耳，制得負(fù)極為發(fā)泡式鐵電極；
步驟2、極板組的制備取現(xiàn)有的燒結(jié)式鎳電極作為正極、步驟I制得的發(fā)泡式鐵電極作為負(fù)極，用聚烯烴隔膜折疊包繞，再用螺絲和螺母將正極為燒結(jié)式鎳電極的極耳和負(fù)極為發(fā)泡式鐵電極的極耳裝配在集流柱上，組成極板組；
步驟3、組裝將步驟2制得的極板組裝入容器內(nèi)，蓋上塑料蓋，用耐堿膠黏劑或超聲波焊接使容器與蓋子密封在一起，然后在正、負(fù)集流柱上套上密封圈和墊片，并用螺絲將集流柱緊固在塑料蓋上；
步驟4、加電解液向步驟3組裝后得到的容器內(nèi)注入由氫氧化鉀和氫氧化鋰混合而成的電解液，其中氫氧化鉀濃度為5 6mol/L、氫氧化鋰濃度為O. 3 O. 5 mol/L,注入的電解液液面高度以淹沒安裝在步驟3的容器中的極板組15毫米為宜，放置12小時；
步驟5、活化將步驟4制得電池通過以O(shè). 25C充電8小時、停30分鐘、以O(shè). 2C放電至I. 0V，重復(fù)3次的充放電進行活化處理，得到負(fù)極為發(fā)泡式鐵電極的鐵鎳蓄電池。所述的電解液的配置是在水中混合氫氧化鉀和氫氧化鋰，其中保證氫氧化鉀的濃度為5 6mol/L、氫氧化鋰的濃度為O. 3 O. 5 mol/L。取傳統(tǒng)的由袋式電極作為正負(fù)極的鐵鎳電池作為參照，做對照實驗。分別計算本發(fā)明的鐵鎳電池和傳統(tǒng)的鐵鎳電池的放電容量
電池以O(shè). 25C充電8小時，停30分鐘，以O(shè). 2C放電至I. 0V，計算出兩種電池放電容量。電池以O(shè). 25C充電8小時，停30分鐘，以IOC放電至O. 8V，計算出兩種電池放電容量。按照電池以鐵電極理論容量的O. IC充電10小時，停30分鐘，然后以鐵電極理論容量O. IC放電至 O. 55V (相對鋅參比電極)的準(zhǔn)則，計算出鐵電極中活性物質(zhì)的克容量。實施例I制得的本發(fā)明的電池與傳統(tǒng)的電池的活性物質(zhì)利用率和放電能力的比較,如下表
權(quán)利要求
1.一種負(fù)極為發(fā)泡式鐵電極的鐵鎳蓄電池，包括盛有電解液的容器、設(shè)置在容器內(nèi)的負(fù)極和正極，所述的正極為燒結(jié)式鎳電極，其特征在于所述的負(fù)極為發(fā)泡式鐵電極，所述的發(fā)泡式鐵電極，包括發(fā)泡鎳基體、涂覆在發(fā)泡鎳基體中的活性物質(zhì)漿料，其中活性物質(zhì)漿料是由各組分按照以下重量百分比制成三氧化二鐵90 95%、添加劑3 8%、粘結(jié)劑I 2%，所述的正極和負(fù)極采用疊片式結(jié)構(gòu)組合、且在正極和負(fù)極之間設(shè)置有聚烯烴隔膜。
2.如權(quán)利要求I所述的負(fù)極為發(fā)泡式鐵電極的鐵鎳蓄電池，其特征在于所述的發(fā)泡鎳基體由發(fā)泡海綿經(jīng)電鍍鎳后燒除海綿而成。
3.如權(quán)利要求I所述的負(fù)極為發(fā)泡式鐵電極的鐵鎳蓄電池，其特征在于所述的添加劑為硫酸鎳、氫氧化鎳、稀土氧化物中的至少一種，粘結(jié)劑為HPMC、CMC、PTFE乳液中的至少一種。
4.如權(quán)利要求I所述的負(fù)極為發(fā)泡式鐵電極的鐵鎳蓄電池，其特征在于所述的電解液為氫氧化鉀和氫氧化鋰的混合溶液，其中氫氧化鉀濃度為5 6mol/L、氫氧化鋰濃度為O. 3 O. 5 mol/L，所述的聚烯烴隔膜為一層聚丙烯無紡布襯一層輻射接枝聚乙烯膜，所述的容器為尼龍或聚烯烴材質(zhì)的殼體。
5.一種制備如權(quán)利要求1-4之一所述的負(fù)極為發(fā)泡式鐵電極的鐵鎳蓄電池的制備方法，其特征在于其制備方法包括如下步驟 步驟I、負(fù)極為發(fā)泡式鐵電極的制備1)基體的制備取發(fā)泡海綿，首先對發(fā)泡海綿電鍍鎳，然后燒除海綿，制得發(fā)泡鎳基體；2)活性物質(zhì)漿料的制備首先將重量百分比為90 95%的三氧化二鐵、重量百分比為3 8%的添加劑均勻混合，然后向混合物內(nèi)加入由重量百分比為I 2%的粘結(jié)劑配制的質(zhì)量濃度為8%的粘結(jié)劑水溶液，攪拌均勻，制得活性物質(zhì)漿料；3)負(fù)極為發(fā)泡式鐵電極的成型將2)中制得的活性物質(zhì)漿料涂覆于I)中制得的發(fā)泡鎳基體中，然后送入高溫爐，首先調(diào)節(jié)高溫爐溫度在60 80°C，烘干發(fā)泡式鐵電極至恒重，然后調(diào)節(jié)高溫爐溫度至800°C，同時向高溫爐中通入氨氣，持續(xù)5-10分鐘，將活性物質(zhì)漿料中的三氧化二鐵還原成四氧化三鐵，再經(jīng)壓片、沖切、點焊極耳，制得負(fù)極為發(fā)泡式鐵電極； 步驟2、極板組的制備取現(xiàn)有的燒結(jié)式鎳電極作為正極、步驟I制得的發(fā)泡式鐵電極作為負(fù)極，用聚烯烴隔膜折疊包繞，再用螺絲和螺母將正極為燒結(jié)式鎳電極的極耳和負(fù)極為發(fā)泡式鎳電極的極耳裝配在集流柱上，組成極板組； 步驟3、組裝將步驟2制得的極板組裝入容器內(nèi)，蓋上塑料蓋，用耐堿膠黏劑或超聲波焊接使容器與蓋子密封在一起，然后在正、負(fù)集流柱上套上密封圈和墊片，并用螺絲將集流柱緊固在塑料蓋上； 步驟4、加電解液向步驟3組裝后得到的容器內(nèi)注入由氫氧化鉀和氫氧化鋰混合而成的電解液，其中氫氧化鉀濃度為5 6mol/L、氫氧化鋰濃度為O. 3 O. 5 mol/L,注入的電解液液面高度以淹沒安裝在步驟3的容器中的極板組15毫米為宜，放置12小時； 步驟5、活化將步驟4制得電池通過以O(shè). 25C充電8小時、停30分鐘、以O(shè). 2C放電至I. 0V，重復(fù)3次的充放電進行活化處理，得到負(fù)極為發(fā)泡式鐵電極的鐵鎳蓄電池。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種負(fù)極為發(fā)泡式鐵電極的鐵鎳蓄電池及其制備方法，它包括盛有電解液的容器、設(shè)置在容器內(nèi)的負(fù)極和正極，正極為燒結(jié)式鎳電極，負(fù)極為發(fā)泡式鐵電極，所述的發(fā)泡式鐵電極，包括發(fā)泡鎳基體、涂覆在發(fā)泡鎳基體中的活性物質(zhì)漿料，其中活性物質(zhì)漿料是由各組分按照以下重量百分比制成三氧化二鐵90～95%、添加劑3～8%、粘結(jié)劑1～2%，正極和負(fù)極采用疊片式結(jié)構(gòu)組合、且在正極和負(fù)極之間設(shè)置有聚烯烴隔膜；由于本發(fā)明采用燒結(jié)式鎳電極作為正極、發(fā)泡式鐵電極作為負(fù)極，在裝配時采用疊片式結(jié)構(gòu)以厚度較薄的聚烯烴隔膜隔離正負(fù)極板，具有容量高、大電流放電能力強，使用壽命長的優(yōu)點。
文檔編號H01M4/24GK102623759SQ20121011257
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月17日
發(fā)明者李喜歌, 李永創(chuàng), 李群杰, 楊玉鋒 申請人:河南創(chuàng)力新能源科技有限公司