专利名称：金属氢化物-镍电池增碳负极及提升功率的方法
技术领域：
本发明涉及一种金属氢化物-镍电池增碳负极及提升功率的方法。
背景技术：
近十年来，超级电池(Ultrabattery)，简称“超电池”，其对传统电池行业有着强大吸引力。这种吸引、主要源于提升传统电池的循环寿命、输出功率和低温性能等迫切需求。传统电池，循环寿命难突破IO3数量级，输出功率很难突破30C(倍率)放电，低温性能方面难突破零下_50°C放电大关。而对于传统的电容(capacity)，这些电池难突破的指标，对其来说，达到该指标轻而易举；电容的循环寿命至少在IO4数量级，50倍率放电和零下-50°C放电都易于实现。显见，利用功率密度高的电容弥补功率密度低的传统电池缺陷，是超电池对传统电池行业强大吸引力核心所在。一种观点认为，目前电池行业的超电池技术，一定程度上受到生物的转基因技术影响，即电池行业的超电池本质上类同生物学领域中，将一定量电容的“基因”(gene)通过电的共性这种“核酸”转移到电池中，诸如循环寿命至少在IO4数量级、50倍率放电和零下-50°C放电这些电容的“遗传因子”(genetic factor)能在电池中获得一定程度的“基因表达，，(gene expression)。比较早的开展将传统电池转化为超电池的研制工作，为澳大利亚联邦科学及工业研究组织(COMMONWEALTH SCIENTIFIC AND INDUSTRIAL RESEARCH ORGANISATION)，该工业研究组织将活性炭与碳毡等电容材料与极板内置到传统铅酸蓄电池中，构造以铅酸蓄电池为基础的超电池；这种做法，站在电池材料增减的视角，相当于铅酸蓄电池增碳；站在电池与电容杂交或杂化制造的视角，相当于铅酸电池内部并联电容；站在法拉第赝电容的视角， 相当于赝电容跨越自身极限或容量无穷大的赝电容。CSIRO后期与日本古河电池株式会社 (FURUKAWA BATTERY CO LTD)合作，构建的铅酸电池增碳型超电池的专利群列于表I。表I澳大利亚联邦科学及工业研究组织构建铅酸电池增碳型超电池的专利群简表
权利要求
1.一种金属氢化物-镍电池增碳负极及提升功率的方法，其制造步骤、工艺条件及提升功率方法如下第一步、掺杂锰氧化物原位反应试剂的配制以化学纯的高锰酸钾和蒸馏水为原料，在20°C下配制成高锰酸钾饱和水溶液备用；购买市售的食品添加剂级的抗坏血酸钠粉末，用蒸馏水配制成20wt%水溶液备用，该抗坏血酸钠符合GB16313-1996标准；第二步、掺杂锰氧化物石墨粉原料的制备以2克600目的石墨粉加入100毫升20wt%抗坏血酸钠水溶液的比例，将二者放到烧杯中，然后将该烧杯连同杯中物料放入超声清洗机中，分散2分钟得到悬浊液，转移该悬浊液到玻璃漏斗进行过滤，过滤至无滤液流出后、迅速将高锰酸钾饱和水溶液喷入玻璃漏斗中物料表面，使得含有抗坏血酸钠的石墨粉被该高锰酸钾溶液淋洗，直至流出玻璃漏斗淋洗液显示红色、停止该高锰酸钾溶液淋洗操作；接着再用20wt%抗坏血酸钠水溶液反向淋洗玻璃漏斗中的反应物，直至玻璃漏斗显示红色滤液消失而转变成无色，停止抗坏血酸钠水溶液淋洗玻璃漏斗中的反应物的操作，接着将玻璃漏斗中的反应物放到烘箱中于85°C烘干12小时，获得掺杂锰氧化物石墨粉原料；第三步、掺杂锰氧化物活性炭原料的制备采用与第二步——掺杂锰氧化物石墨粉原料制备基本相同的步骤、条件与方法，唯一不同的是将第二步中600目的石墨粉、用比表面指标为190m2/g、目数为400目的活性炭粉末替换，同样获得掺杂锰氧化物活性炭原料；第四步、提升功率的增碳负极制备选择市售镍-氢动力电池集流体用的泡沫镍商品，将原始厚度为I. Omm泡沫镍集流体预压至0. 8_，再将增碳负极刮涂其上，该增碳负极刮涂料配方为·275目±25目并且厂商标定容量为285mAh/g的AB5型储氢合金粉固定比例为80wt%; 固含量为40wt%的聚四氟乳液固定比例为5wt% ;掺杂锰氧化物活性炭粉的变动比例 ·11. 5wt% -13. 5wt% ;掺杂锰氧化物的石墨粉的变动比例I. 5wt% -3. 5wt% ;该四种物料以重量百分比计量的总和构成IOOwt% ；按照该配方，该四种物料混合均匀，即构造出增碳负极刮涂料，接着将含该刮涂料的·0.8mm泡沫镍带，放入调节间隙为0. 35mm的辊压机进行轧膜处理；轧膜后获得0. 35mm厚并且单位面积上含有该刮涂料的数量满足0. 134g/cm2指标的增碳负极片毛坯料；第五步、构造提升金属氢化物-镍电池功率的方法将增碳负极毛坯料剪裁成条形，鉴于本发明模拟实验电池壳体借用固定商品中镍-氢电池AA型圆柱电池的壳体及上盖、密封圈等零配件，受到该借用壳体尺寸限制，增碳负极片毛还料负极毛还料剪裁尺寸为长119mm,宽41mm,将该119mmX41mm尺寸的条形毛还料、 在柔片机上、柔软处理三次；再将其移送至超声波清粉机，在条形毛坯料极片一条长边上按照与焊接的极耳宽度相同尺寸清粉，清粉后将极耳用脉冲点焊机、按照AA圆柱镍-氢电池焊接要求焊接牢固，至此，获得提升功率的增碳负极；选择市售镍-氢动力电池用烧结镍阳极，该烧结镍阳极为湿法制造、含钴型、指标为 30mAh/cm2 ;该正极片剪裁尺寸与负极相同，将带有极耳条形正极与负极中间用镍-氢电池隔月旲商品中的横化I旲相隔，对齐后在电池卷绕机上卷绕，卷绕完成后放入壳体中，加入2. 4毫升电解液，该电解液密度为I. 31g/cm3，该电解液溶质组成为70wt%氢氧化钾、28wt%氢氧化钠和2 1:%氢氧化锂，三种溶质总和满足IOOwt % ;水为该电解液的溶剂；电解液注入到带有电芯的壳体后，再借用AA圆柱镍-氢电池封装设备进行封装、封装后对不同条件下获得的裸体模拟电池编号，至此，含有增碳负极的金属氢化物-镍电池提升功率的操作完成。
全文摘要
本发明涉及一种金属氢化物-镍电池增碳负极及提升功率的方法。该增碳负极为以泡沫镍为集流体承载储氢合金粉的传统负极片中，用掺杂锰氧化物活性炭和石墨粉代替15wt％的贮氢合金粉，来提升负极及电池的输出功率，降低电池的充电和放电温升；并为将来过渡到碱性超电池、镍-碳系电容电池、电池转换电容的自转换电源或法拉第超级电容器的极片设计与制造奠定基础。以维生素C的钠盐与高锰酸钾构成氧化-还原反应对偶物料、所进行的掺杂锰氧化物原位反应，简便易行，工业化成本低，效果好，有效解决了石墨粉引入极片所带来的负面效应。
文档编号H01M4/24GK102593458SQ20121004802
公开日2012年7月18日 申请日期2012年2月28日 优先权日2012年2月28日
发明者吴耀明, 唐琛明, 张新波, 李晓忠, 杨玉勋, 王夺, 王立民, 石志水, 程勇, 高松 申请人:中国科学院长春应用化学研究所