一種堿性蓄電池用覆膜式鎳電極及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及堿性蓄電池，特別涉及一種堿性蓄電池用覆膜式鎳電極及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]活性物質(zhì)羥基氧化鎳/氫氧化鎳在多種堿性蓄電池體系中作為電極廣泛使用，如氫鎳電池、金屬氫化物鎳電池、鐵鎳電池或鋅鎳電池等。
[0003]傳統(tǒng)的鎳電極有幾種類型:
[0004](I)袋(盒)式鎳電極，制成方法:通過(guò)將活性物質(zhì)與導(dǎo)電物質(zhì)石墨等進(jìn)行混合，將混合物填充到袋中或裝在鍍鎳的打孔鋼盒內(nèi)，經(jīng)壓實(shí)后制成電極。袋(盒)式鎳電極的優(yōu)點(diǎn)是:機(jī)械強(qiáng)度好、可靠性高、材料便宜；缺點(diǎn)是比容量、比能量較低，大電流放電性能較差?，F(xiàn)階段，袋(盒)式鎳電極應(yīng)用領(lǐng)域逐漸減小，僅用在對(duì)體積、質(zhì)量要求不高，電流不大的固定使用場(chǎng)所。
[0005](2)燒結(jié)式鎳電極，制成方法:將鎳粉與造孔劑按一定比率混合，將混合物與鍍鎳鋼帶骨架一起壓制成型或?qū)⒒旌衔锿扛苍诠羌苌希谶€原氣氛下燒結(jié)制得燒結(jié)式基體，對(duì)所述燒結(jié)式基體進(jìn)行化學(xué)或電化學(xué)浸漬活性物質(zhì)后制成燒結(jié)式鎳電極。燒結(jié)式鎳電極的優(yōu)點(diǎn)是:機(jī)械強(qiáng)度高、導(dǎo)電性能好、倍率性能高；缺點(diǎn)是:比容量低、造價(jià)高、能耗高，特別是鎳用量高，難以降低成本。
[0006](3)泡沫式或纖維式鎳電極，制成方法:采用泡沫鎳或纖維鎳氈作為電極的集流體，將活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、添加劑及粘結(jié)劑組成的活性物料填充于集流體孔隙后制成電極。因所述集流體具有高孔隙率及低密度的特點(diǎn)，泡沫式或纖維式鎳電極具有很高比容量，但是泡沫式或纖維式鎳電極的缺點(diǎn)是:電極的機(jī)械強(qiáng)度低，易因活性物質(zhì)的體積變化引起電極膨脹，甚至導(dǎo)致電極變形、活性物質(zhì)脫落，影響電極循環(huán)壽命，電極面容量小，與負(fù)極不匹配等。
[0007]目前，燒結(jié)式鎳電極及泡沫式鎳電極較多的用于堿性蓄電池中:
[0008](I)以我們提出的鋅鎳單液流電池(ZL 200610109424.7)為例:該電池采用氫氧化鎳電極作為正極，負(fù)極為沉積型鋅電極，正負(fù)電極為同一電解液，采用流動(dòng)的電解質(zhì)溶液降低鋅離子的濃差極化，避免了鋅電極上鋅的枝晶生長(zhǎng)、鈍化和非均勻再分布。目前該電池平均放電電壓可達(dá)1.60V以上，平均庫(kù)侖效率達(dá)到了 96%以上，平均能量效率達(dá)到了 85%，電池自放電小，且使用壽命長(zhǎng)。但作為鋅鎳單液流電池正極的燒結(jié)式鎳電極存在幾個(gè)問(wèn)題:(I)電極面容量小，導(dǎo)致電池總?cè)萘亢捅饶芰啃。?2)工藝復(fù)雜，成本高。
[0009]去年，通過(guò)鋅鎳單液流電池中鎳電極生產(chǎn)工藝上的改進(jìn)，我們制備出管式鎳電極(ZL201320712419.0)，管式鎳電極采用耐堿排管(單管)為外層，將鎳電極活性物質(zhì)密封于管腔內(nèi)，從而控制住氫氧化鎳電極活性物質(zhì)的脫落。我們制備的管式鎳電極比容量高于市售燒結(jié)鎳與泡沫鎳數(shù)倍、壽命長(zhǎng)、活性物質(zhì)不脫落，但是對(duì)于工業(yè)化生產(chǎn)來(lái)說(shuō)工藝流程仍然較為復(fù)雜。鎳電極仍有改進(jìn)空間。
[0010](2)以鎳氫電池為例:鎳氫電池正極通常采用泡沫式或燒結(jié)式鎳正極，負(fù)極采用貯氫合金電極材料。鎳氫電池因具有高容量、大功率、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)而備受人們青睞，我國(guó)的鎳氫電池正在加速實(shí)現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展。而隨著鎳氫電池的發(fā)展，負(fù)極所用貯氫材料性能已取得很大進(jìn)步，為此，研制與貯氫合金負(fù)極匹配的高比容量鎳電極就顯得至關(guān)重要。
[0011]綜上所述，新型鎳電極的研宄已經(jīng)成為有效提高和改進(jìn)鋅鎳單液流電池乃至堿性蓄電池的關(guān)鍵。
[0012]基于以上所述，一種新型堿性蓄電池用鎳電極及其制備方法的開(kāi)發(fā)很有必要性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種簡(jiǎn)單易行的堿性蓄電池用覆膜式鎳電極及其制備方法，以解決鎳電極制作成本高、循環(huán)壽命短、面容量小、比容量低、活性物質(zhì)脫落等缺陷。
[0014]所提出的堿性蓄電池用覆膜式鎳電極包括含活性物質(zhì)漿料的導(dǎo)電基體、耐堿性隔膜及耐堿性縫合線，所述堿性蓄電池用覆膜式鎳電極是通過(guò)將所述耐堿性隔膜包裹所述含活性物質(zhì)漿料的導(dǎo)電基體，并經(jīng)耐堿性縫合線縫制為一體制成。就物理性質(zhì)而言，縫制過(guò)程會(huì)由外層的耐堿性隔膜向內(nèi)層的片狀鎳電極表層提供一個(gè)向內(nèi)的應(yīng)力，從而抵消活性物質(zhì)體積變化帶來(lái)的負(fù)效應(yīng)，確保電極在使用過(guò)程中活性物質(zhì)不脫落，延長(zhǎng)電極使用壽命；且該結(jié)構(gòu)允許正極活性物質(zhì)電極漿料的涂覆厚度增加，從而提高了鎳電極比容量及利用率。特別適于使用在液流電池中。
[0015]本發(fā)明提供的堿性蓄電池用覆膜式鎳電極，包括導(dǎo)電基體及耐堿性隔膜，其中，所述導(dǎo)電基體呈片狀結(jié)構(gòu)，所述導(dǎo)電基體表面涂覆有正極活性物質(zhì)電極漿料，涂覆有正極活性物質(zhì)電極漿料的導(dǎo)電基體包含第一表面及第二表面；所述耐堿性隔膜呈膜狀結(jié)構(gòu)，所述耐堿性隔膜將所述第一表面及所述第二表面包覆于內(nèi)層；其中，所述耐堿性隔膜與所述導(dǎo)電基體經(jīng)縫合線縫制為一體。
[0016]優(yōu)選的是，所述的堿性蓄電池用覆膜式鎳電極，其中，所述導(dǎo)電基體為泡沫金屬、纖維金屬、金屬片、導(dǎo)電紗網(wǎng)或?qū)щ姴贾械囊环N；所述泡沫金屬包括泡沫鎳或泡沫銅；所述纖維金屬包括纖維鋁或纖維銅；所述金屬片為沖孔不銹鋼片。
[0017]優(yōu)選的是，所述的堿性蓄電池用覆膜式鎳電極，其中，所述導(dǎo)電基體為泡沫鎳。
[0018]優(yōu)選的是，所述的堿性蓄電池用覆膜式鎳電極，其中，所述正極活性物質(zhì)電極漿料包括氫氧化鎳、導(dǎo)電劑、粘合劑或摻雜劑的部分或全部。
[0019]優(yōu)選的是，所述的堿性蓄電池用覆膜式鎳電極，其中，所述正極活性物質(zhì)電極漿料為氫氧化鎳、鎳粉、氧化鈷的混合鎳電極漿料。
[0020]優(yōu)選的是，所述的堿性蓄電池用覆膜式鎳電極，其中，所述耐堿性隔膜孔隙直徑小于所述正極活性物質(zhì)電極漿料的粒徑。所述耐堿性隔膜孔隙直徑小是為了阻止正極活性物質(zhì)固體顆粒的脫落。
[0021]優(yōu)選的是，所述的堿性蓄電池用覆膜式鎳電極，其中，所述耐堿性隔膜孔隙率多50 %。所述耐堿性隔膜孔隙率高是為了允許離子透過(guò)耐堿性隔膜孔隙到達(dá)導(dǎo)電基體表面的正極活性物質(zhì)電極漿料處。
[0022]優(yōu)選的是，所述的堿性蓄電池用覆膜式鎳電極，其中，所述耐堿性隔膜為尼龍、聚乙烯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯醇、呋喃樹(shù)脂中的一種或幾種的復(fù)合物。所述耐堿性隔膜選材要求耐堿性好，抗氧化性強(qiáng)，機(jī)械強(qiáng)度高。
[0023]優(yōu)選的是，所述的堿性蓄電池用覆膜式鎳電極，其中，所述耐堿性隔膜為織布式隔膜或無(wú)紡布式隔膜。
[0024]優(yōu)選的是，所述的堿性蓄電池用覆膜式鎳電極，其中，所述縫合線選材為尼龍、聚乙烯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯醇、呋喃樹(shù)脂中的一種或幾種的混合物。
[0025]優(yōu)選的是，所述的堿性蓄電池用覆膜式鎳電極，其中，所述耐堿性隔膜表面縫合點(diǎn)處還涂覆有耐堿密封材料。
[0026]優(yōu)選的是，所述的堿性蓄電池用覆膜式鎳電極，其中，所述耐堿密封材料為耐堿高分子聚合物粘合劑或無(wú)機(jī)娃酸鹽粘合劑。
[0027]優(yōu)選的是，所述的堿性蓄電池用覆膜式鎳電極，其中，所述耐堿密封材料所用材料為耐堿瀝青。
[0028]優(yōu)選的是，所述的堿性蓄電池用覆膜式鎳電極，其中，所述縫合線截面積大于所述耐堿性隔膜表面縫合點(diǎn)截面積。選取合適的縫合針，縫合針截面的直徑直接關(guān)系到隔膜上留下的針眼的孔徑大小，采取兩種方法避免針眼對(duì)膜層的破壞和對(duì)電池性能的影響:1)將耐堿密封材料點(diǎn)在針眼處，從而平整膜層，填補(bǔ)空隙；2)縫合線截面積大于針眼截面積，可以用縫合線本身遮蔽針眼漏縫。
[0029]優(yōu)選的是，所述的堿性蓄電池用覆膜式鎳電極，其中，所述縫合線截面直徑小于等于0.5mm。具體尺寸根據(jù)實(shí)際需求調(diào)節(jié)。
[0030]一種堿性蓄電池用覆膜式鎳電極制備方法，通過(guò)以下步驟制得，
[0031]I)將鎳電極漿料充分混合后載入導(dǎo)電基體，制成片狀鎳電極(即上述所述涂覆有正極活性物質(zhì)電極漿料的導(dǎo)電基體)；
[0032]2)將耐堿性隔膜包覆于所述片狀鎳電極表面，采用耐堿纖維絲作為縫合線，將耐堿性隔膜與片狀鎳電極緊密縫制為一體；
[0033]3)于所述耐堿性隔膜表面縫合點(diǎn)處涂覆耐堿密封材料，干燥，制成覆膜式鎳電極。
[0034]優(yōu)選的是，所述的堿性蓄電池用覆膜式鎳電極制備方法，其中，步驟I)片狀鎳電極制成工序包括以下步驟:1a)在所述導(dǎo)電基體中留出極耳的位置；lb)對(duì)鎳電極漿料進(jìn)行混粉；lc)采用刮漿的方式將鎳電極漿料充分混合后載入導(dǎo)電基體，對(duì)載入導(dǎo)電基體的鎳電極漿料進(jìn)行干燥、靜壓及正極板裁切處理；ld)在所述極耳位置處焊接所述極耳，對(duì)電極進(jìn)行微整形，制成片狀鎳電極。
[0035]本發(fā)明所提供的一種堿性蓄電池用覆膜式鎳電極及其制備方法的有益效果:1)采用泡沫鎳等大比表面積導(dǎo)電基體，比表面積大，與正極活性物質(zhì)結(jié)合緊密，實(shí)際面容量大于其它現(xiàn)有類型的鎳電極，電池總電容量大。2)采用耐堿縫合線將導(dǎo)電基體與耐堿性隔膜縫制為一個(gè)整體，就物理性質(zhì)而言，縫制過(guò)程會(huì)由外層的耐堿性隔膜向內(nèi)層的片狀鎳電極表層提供一個(gè)向內(nèi)的應(yīng)力，從而抵消活性物質(zhì)體積