高比能量锌镍电池正极的制作方法

本发明涉及一种电池元件，具体涉及锌镍电池正极。

背景技术：

目前国内铅酸蓄电池领域的市场应用在汽车起动、通信用电源等，铅酸蓄电池具有较明显的竞争力，但随着近年来新兴二次电源(如锂电池)的研发应用，铅酸蓄电池比能量密度低、活性物质利用率不高、高倍率放电性能较差、循环寿命较短等不足，特别是全混和插电式混合动力车辆对电池的能量提出更严格的标准，成为进入电动汽车市场最大的制约因素。

锌镍电池和铅酸电池相比在比能量，环境保护等方面具有明显的优点，与锂电池相比，其使用安全性、低温性能、可回收利用以及性价比方面更突出，使该系列电池的研究开发具有极大的吸引力，特别是在大电流放电时电池容量衰减较少，是一种能循环利用的二次电池。

高比能量锌镍电池中，正极活性物质中一般含有较多的组分，导致正活性物质在制备浆料时，很难实现绝对充分的均匀分散，进而导致电池容易出现一致性问题。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有高比能量锌镍电池活性物质与基体之间结合不紧密减少正极活性物质软化脱落、提高导电性的高比能量锌镍电池正极，提高电极充电接受能力、电池容量和循环使用寿命，提高高比能量锌镍电池的循环寿命和充放电转换效率。

本发明的技术方案是提供一种高比能量锌镍电池正极体，包含基体和覆盖基体的浆料两个部分，基体采用的是泡沫镍材质，厚度选为1.2mm-2.0mm；制备浆料的原料包括ni(oh)2，bi2o3以及稀土添加剂、粘结剂，质量比为ni(oh)2：bi2o3：稀土添加剂：粘结剂＝(80-95)：(2-8)：(1.5-7)：(0.5-5)；浆料通过配制乳液附着于基体之上。由于稀土添加剂的存在，有效地阻止了泡沫镍制成的基体与活性物质之间形成钝化层，避免活性物质从基体上脱落。

进一步地，稀土添加剂为la2o3，y2o3，dy2o3，nd2o3中的一种。

进一步地，粘结剂为hec(羟乙基纤维素)，emc(乙基甲基纤维素)，mhec(羟乙基甲基纤维素)，cmc(羧甲基纤维素)中的一种。

本发明还提供上述浆料的制备方法，包括步骤：

(1)按照质量比称取ni(oh)2，bi2o3以及稀土添加剂、粘结剂后按照顺序混合，干混3-10min，保存待用；最后加入粘结剂经搅拌分散，保证参与反应的物质均匀分散，不会出现明显的团聚，让其添加的物质得到充分的反应；

(2)称取镍粉和纯水分别加入步骤(1)得到的混合物中，搅拌3-10min后加入氢氧化镍干粉再一次搅拌5-10min分钟；

(3)取ptfe(聚四氟乙烯)乳液加入到步骤(2)得到的混合料中，加入的同时高速，高速搅拌共持续3-15min，至粘度值为2000-30000mpas。

进一步地，步骤(2)中氢氧化镍干粉分1-5次加入。分批次加入氢氧化镍干粉，分批次加入能保证氢氧化镍分散均匀。

进一步地，步骤(2)中氢氧化镍主要为质量分数10％-50％的镍粉。

进一步地，步骤(3)中ptfe的加入量与混合料之间的质量比为5-10:80-120，高速搅拌时间为15min。采用在高速搅拌过程中加入聚四氟乙烯乳液是利用其粘结力，以固定混合均匀生成的活性物质，并提高正极活性物质在基体上的结合牢固程度，还能减少活性物质因充放电过程中体积膨胀收缩造成的软化、脱落。

进一步地，步骤(3)中粘度范围值控制在10000-13000mpas。

进一步地，步骤(2)中氢氧化镍干粉与纯水、镍粉之间的质量比为5-10:2-5:1-2。

本发明还提供锌镍电池正极体的基体浸浆方法，包括步骤：

(a)将泡沫镍片基体裁剪成需要的尺寸，浸入浆料中，浸浆时间控制在5-60s；

(b)将浸好浆的泡沫镍片放入高温箱中，先30-60℃固化0.2-5h，后70-110℃烘1-10h。

进一步地，镍片固化时间为40℃烘30-90min。

进一步地，镍片中温固化后采用90℃烘6-10h。

本发明的优点和有益效果：

加入的稀土添加剂，有效地阻止了泡沫镍制成的基体与活性物质之间形成钝化层，避免活性物质从基体上脱落加入，稀土添加剂分散在干粉中，形成浆料浸入泡沫镍表层，能阻止外部腐蚀性介质侵蚀，能防止泡沫镍基体的氧化，提高锌镍电池的循环寿命，最后加入粘结剂能保证参加反应的物质均匀分散，不会出现明显的团聚，让其添加的物质得到充分的反应。

附图说明

图1为本发明正极体的循环寿命测试结果图

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明。

实施例1

本实施例提供一种高比能量锌镍电池正极体，包含基体和覆盖基体的浆料两个部分，基体采用泡沫镍片，厚度选为1.2mm-2.0mm；制备浆料的原料包括ni(oh)2，bi2o3以及la2o3、hec，质量比为ni(oh)2：bi2o3：la2o3：hec＝80：2：1.5：0.5。由于稀土添加剂的存在，有效地阻止了泡沫镍制成的基体与活性物质之间形成钝化层，避免活性物质从基体上脱落。

上述浆料的制备方法，包括步骤：

(1)按照质量比称取ni(oh)2，bi2o3以及la2o3、hec后按照顺序混合，干混3min，保存待用；

(2)称取镍粉和纯水分别加入步骤(1)得到的混合物中，搅拌3min后加入氢氧化镍干粉再一次搅拌5min分钟；氢氧化镍干粉主要为质量分数10％-50％的镍粉；氢氧化镍干粉分5次加入，搅拌时间控制在10min；其中氢氧化镍干粉与纯水、镍粉质量比为5:2:1；

(3)称取ptfe(聚四氟乙烯)加入到步骤(2)得到的混合料中，ptfe与混合料的质量比为5:80，加入的同时高速，高速搅拌共持续15min，至粘度值为10000-13000mpas。

基体浸浆方法，包括步骤：

(a)将泡沫镍片基体裁剪成需要的尺寸，浸入上述方法制备得到的浆料中，浸浆时间为5s；

(b)将浸好浆的泡沫镍片放入高温箱中，先30℃固化5h，后70℃烘10h。

实施例2

本实施例提供一种高比能量锌镍电池正极体，包含基体和覆盖基体的浆料两个部分，基体采用泡沫镍片，厚度选为1.2mm-2.0mm；制备浆料的原料包括ni(oh)2，bi2o3以及y2o3、emc，质量比为ni(oh)2：bi2o3：y2o3：emc＝95：8：7：5。由于稀土添加剂的存在，有效地阻止了泡沫镍制成的基体与活性物质之间形成钝化层，避免活性物质从基体上脱落。

上述浆料的制备方法，包括步骤：

(1)按照质量比称取ni(oh)2，bi2o3以及y2o3、emc后按照顺序混合，干混10min，保存待用；

(2)称取镍粉和纯水分别加入步骤(1)得到的混合物中，搅拌10min后加入氢氧化镍干粉再一次搅拌10min分钟；氢氧化镍干粉主要为质量分数10％-50％的镍粉；氢氧化镍干粉分5次加入，搅拌时间控制在10min；其中氢氧化镍干粉与纯水、镍粉质量比为10:5:2；

(3)称取ptfe(聚四氟乙烯)加入到步骤(2)得到的混合料中，ptfe与混合料的质量比为10:120，加入的同时高速，高速搅拌共持续10min，至粘度值为10000-13000mpas。

基体浸浆方法，包括步骤：

(a)将泡沫镍片基体裁剪成需要的尺寸，浸入上述方法制备得到的浆料中，浸浆时间为60s；

(b)将浸好浆的泡沫镍片放入高温箱中，先60℃固化0.2h，后110℃烘1h。

实施例3

本实施例提供一种高比能量锌镍电池正极体，包含基体和覆盖基体的浆料两个部分，基体采用泡沫镍片，厚度选为1.2mm-2.0mm；制备浆料的原料包括ni(oh)2，bi2o3以及dy2o3、mhec，质量比为ni(oh)2：bi2o3：dy2o3：mhec＝90：5：5：3。由于稀土添加剂的存在，有效地阻止了泡沫镍制成的基体与活性物质之间形成钝化层，避免活性物质从基体上脱落。

上述浆料的制备方法，包括步骤：

(1)按照质量比称取ni(oh)2，bi2o3以及dy2o3、mhec后按照顺序混合，干混5min，保存待用；

(2)称取镍粉和纯水分别加入步骤(1)得到的混合物中，搅拌5min后加入氢氧化镍干粉再一次搅拌8min分钟；氢氧化镍干粉主要为质量分数10％-50％的镍粉；氢氧化镍干粉分5次加入，搅拌时间控制在10min；其中氢氧化镍干粉与纯水、镍粉质量比为7:3:1.5；

(3)称取ptfe(聚四氟乙烯)加入到步骤(2)得到的混合料中，ptfe与混合料的质量比为8:100，加入的同时高速，高速搅拌共持续3min，至粘度值为10000-13000mpas。

基体浸浆方法，包括步骤：

(a)将泡沫镍片基体裁剪成需要的尺寸，浸入上述方法制备得到的浆料中，浸浆时间为30s；

(b)将浸好浆的泡沫镍片放入高温箱中，先40℃固化1.5h，后90℃烘6h。

实施例4

本实施例提供一种高比能量锌镍电池正极体，包含基体和覆盖基体的浆料两个部分，基体采用泡沫镍片，厚度选为1.2mm-2.0mm；制备浆料的原料包括ni(oh)2，bi2o3以及nd2o3、cmc，质量比为ni(oh)2：bi2o3：nd2o3：cmc＝85：4：6：1。由于稀土添加剂的存在，有效地阻止了泡沫镍制成的基体与活性物质之间形成钝化层，避免活性物质从基体上脱落。

上述浆料的制备方法，包括步骤：

(1)按照质量比称取ni(oh)2，bi2o3以及nd2o3、cmc后按照顺序混合，干混8min，保存待用；

(2)称取镍粉和纯水分别加入步骤(1)得到的混合物中，搅拌8min后加入氢氧化镍干粉再一次搅拌6min分钟；氢氧化镍干粉主要为质量分数10％-50％的镍粉；氢氧化镍干粉分5次加入，搅拌时间控制在8min；其中氢氧化镍干粉与纯水、镍粉质量比为9:4:1；

(3)称取ptfe(聚四氟乙烯)加入到步骤(2)得到的混合料中，ptfe与混合料的质量比为6:90，加入的同时高速，高速搅拌共持续3min，至粘度值为10000-13000mpas。

基体浸浆方法，包括步骤：

(a)将泡沫镍片基体裁剪成需要的尺寸，浸入上述方法制备得到的浆料中，浸浆时间为40s；

(b)将浸好浆的泡沫镍片放入高温箱中，先40℃固化0.5h，后90℃烘8h。

将本发明所得正极体进行循环次数测试，其结果如图1所示，该测试结果说明采用本发明方法制备得到的正极片，循环次数在400次内其容量衰减非常平缓，衰减率很小，初始容量为8ah，循环400次后，容量仍能保持在7.5ah左右，衰减率仅6.25％；相比市售铅酸电池，循环370次后容量衰减超过21％，本发明锌镍电池的循环寿命大大提高。

本发明实施例涉及到的材料、试剂和实验设备，如无特别说明，均为符合电池元件领域的市售产品。

以上所述，仅为本发明的优选实施例，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的核心技术的前提下，还可以做出改进和润饰，这些改进和润饰也应属于本发明的专利保护范围。与本发明的权利要求书相当的含义和范围内的任何改变，都应认为是包括在权利要求书的范围内。