体24在一个实施方案中是具有非极性表面的 厌铁蓄电池分隔体。蓄电池分隔体可由提供运样的非极性表面的任何物质制成。聚合物都 是良好的候选者，因为它们提供光滑和非极性的表面。合适的聚合物包括聚締控。
[0037] 可W使用常规装置和工艺制造该蓄电池。然而，阳极必须是铁阳极，并且使用含有 氨氧化钢、氨氧化裡和硫化物的电解质，和/或使用厌铁的蓄电池分隔体。在一个实施方案 中，W氨氧化钢为基础的电解质和厌铁的蓄电池分隔体都用于蓄电池中。使用W氨氧化钢 为基础的=组分电解质的大益处在于可密封蓄电池。不需要使用典型的富液型设计。运样 的密封蓄电池不需要维护，因为不需要如富液型设计的蓄电池那样周期性地添加电解质。
[0038] 在一个实施方案中，铁阳极本身与传统袋状阳极设计不同。阳极是可在一侧或两 侧上涂覆的单一的涂覆的导电基材。还可W通过可为连续的简单涂覆工艺制备阳极。
[0039] 铁阳极的单一基材用作电流传导和收集材料，其接纳了电极的活性材料（铁）。在 传统袋状设计中，基材包围了活性材料并且保持了该材料。因此每个电极需要两层基材。在 单一基材设计中，使用了单一层基材。该单一层用作至少一侧粘合涂覆材料的载体。在一 个实施方案中，涂覆基材的两侧。运种基材可W是薄导电材料例如金属锥或片，金属泡沫， 金属网，编织金属，多孔金属网。例如使用0. 060英寸，8化pi的儀泡沫材料。
[0040] 用于铁阳极的涂层混合物是粘合剂和活性材料在水溶液或有机溶液中的组合。混 合物也可W包含其它添加剂例如造孔剂。造孔剂常用于确保电极中足够的&移动。没有 足够的&扩散，蓄电池的容量将受到不利影响。粘合剂材料具有提供活性材料粒子之间W 及活性材料粒子与基材电流载体之间的附着和粘合的性质。粘合剂通常抵抗由于老化、溫 度和腐蚀性环境引起的降解。粘合剂可W包括聚合物、醇、橡胶和其它材料，例如被证明为 有效的先进乳胶配制剂。在一个实施方案中使用聚乙締醇粘合剂。
[0041] 用于铁阳极的混合配制剂的活性材料选自通常为较少氧化性的铁物种。运样的材 料包括金属化和氧化铁材料。通电时氧化铁材料将转化为铁金属。合适的氧化铁材料包 括化3〇4。另外，任何其它的添加剂通常要求具有较少氧化性属性，例如硫、錬、砸和蹄。
[0042] 涂覆方法可W是通过例如喷洒、浸溃和擦拭、挤压、低压涂覆模具或表面转移的方 法向基材施加活性材料混合物的连续工艺。还可W使用分批工艺，但是连续工艺在成本和 加工方面为有利的。涂层混合物必须保持重量和厚度的高一致性W及涂层均匀性。运种方 法有益于不同材料的分层并且提供不同性质例如孔隙率、密度和厚度的层。例如，可W用= 个层涂覆基材。第一层具有高密度，第二层具有中等密度，并且最后一层具有较低密度，从 而产生密度梯度，其促进了气体从活性材料到电解质的流动，并且提供了较好的电解质接 触和在整个电极结构中活性材料的离子扩散。
[0043] 涂覆W后，将电极干燥W去除任何残余的液体，即含水或有机溶剂。干燥方法通常 将提供从涂覆的活性材料去除液体的连续方法，其将增强干燥成分的粘附和粘合效果而没 有铁燃烧。运种干燥方法向基材材料提供均匀和稳定的活性材料涂层。可使用两阶段干燥。 例如，第一阶段可为用于整体干燥的福照（为了控制成本和品质），接着是对流干燥W去除 剩余液体。所使用的福照可W是任何福照例如红外线、微波或紫外线，并且很快。然而，福照 产生了涂覆的电极表面处的高溫。只要水仍存在W充当散热器，高溫就无影响。因此，通常 将水去除到约10-20wt%水。运通常可W使用控制图来确定。降到10%水W下是危险的， 因为电极变得十分干燥并且高溫可点燃铁。因此，一旦剩余水量在10-20wt%范围内，使用 对流（convention)干燥完成去除水/液体是优选的实施方案。在另一个实施方案中，如果 工艺在惰性气氛中进行，那么福照可用于完成干燥。
[0044] 为了高品质和低成本的连续加工，使用的压实方法可W通过漉社、立式压制和磁 性压实活性材料至所需的从0. 005到0. 500英寸的厚度和从10%到50%的孔隙率来完成。 在一个实施方案中，电极的孔隙率为15-25%孔隙率。运种压实方法可W与上述的用于提供 密度、厚度、孔隙率和机械粘附的材料性质的分层方法结合使用。
[0045] 另外，贯穿包括涂覆、分层和干燥过程的任何步骤可W施加连续的在线表面处理。 该处理可W施加硫、聚合物、金属喷锻和表面层化（lament)等。
[0046] 包括铁电极的本蓄电池可W用于例如移动电话中，由此需要仅涂覆单一侧的电 极。然而，优选涂覆两侧，从而允许蓄电池用于许多其它应用中。
[0047] 所得的蓄电池显示出改进的性能特性。发现与富液型设计的标准Ni-Fe蓄电池的 比较如下：
[0048] 本发明 常规 WH/kg(比能影 105 50 WH化(能量密風 183 40 Wkg (化功率） 2100 100 W/L (功率密度） ％60 80 WH效率 95% 65% 充电保持能力 95% 60% (容量面28天2(TC) 循环寿命 10000 1000
[0049] 姆80%D0D，20°C，1C 充电，IC放电，至 70%容量）
[0050] 在前述的表格中，WH是瓦时。
[0051] 在前述的比较中，发明的Ni-Fe蓄电池使用了包含氨氧化钢（化OH)、氨氧化裡 (LiOH)和硫化钢（胞2巧的电解质。发明的Ni-Fe蓄电池中使用的分隔体是0.010英寸厚 的聚締控无纺布网。常规的Ni-Fe蓄电池中使用的电解质是氨氧化钟化OH)，并且蓄电池分 隔体是0.060英寸厚的聚氯乙締（PVC)窗。结果显示了发明的Ni-Fe蓄电池性能特性的巨 大改进。最明显的改进是功率特性和循环寿命W及容量。特别地，蓄电池在@80%DOD，在 20°C下，至70%容量循环时，具有10000次循环或更多的循环寿命。在20°C下在28天蓄电 池的容量保持率还可为至少95%。功率密度和比功率的功率特性也显著提高。功率密度可 为至少3660W/1，比功率可为至少2100W/kg。
[0052] 虽然本发明前面撰写的描述使得普通技术人员能够制造和使用其中现在被认为 是最好的模式，但是那些普通技术人员将理解和认可运里的具体实施方案、方法和实施例 的变体、组合和等价物的存在。本发明因此不应该由上述的实施方案、方法和实施例来限 审Ij，而应该由在本发明的范围和精神内的所有实施方案和方法来限制。
【主权项】
1. 一种蓄电池，包含阴极，含有在至少一侧上涂覆有包含铁活性材料和粘合剂的涂层 的单层导电基材的铁阳极，和含有氢氧化钠、氢氧化锂和硫化钠的电解质。2. 权利要求1的蓄电池，进一步包含聚合物蓄电池分隔体。3. 权利要求1的蓄电池，其中阴极是镍或锰阴极。4. 权利要求1的蓄电池，其是密封蓄电池。5. 权利要求2的蓄电池，其中蓄电池分隔体由聚烯烃制成。6. 权利要求1的蓄电池，其中在两侧上涂覆基材。7. 权利要求1的蓄电池，包含铁阳极，并且蓄电池表现出的比能量为至少约105瓦时/ 千克。8. 权利要求1的蓄电池，包含铁阳极，并且蓄电池表现出的能量密度为至少约183瓦时 /升。9. 权利要求1的蓄电池，包含铁阳极，并且蓄电池表现出的比功率为至少约2100瓦特 /千克。10. 权利要求1的蓄电池，包含铁阳极，并且蓄电池表现出的功率密度为至少约3660瓦 特/升。11. 权利要求1的蓄电池，包含铁阳极，并且蓄电池表现出的瓦时效率为至少约95%。12. 权利要求1的蓄电池，包含铁阳极，并且蓄电池表现出的充电保持能力在28天、 20°C下以容量测量为至少约95%。13. 权利要求1的蓄电池，包含铁阳极，并且蓄电池表现出的循环寿命为至少约10000 次循环。14. 权利要求1的蓄电池，包含铁阳极，并且蓄电池表现出的 比能量为至少约105瓦时/千克； 能量密度为至少约183瓦时/升； 比功率为至少约2100瓦特/千克； 功率密度为至少约3660瓦特/升； 瓦时效率为至少约95% ; 充电保持能力为至少约95% ;并且 循环寿命为至少约10000次循环。15. -种蓄电池，包含铁阳极，并且蓄电池表现出的循环寿命为至少10000次循环。16. 权利要求15的蓄电池，进一步包含镍阴极。17. -种蓄电池，包含铁阳极，并且蓄电池表现出的功率密度为至少3660瓦特/升，比 功率为至少2100瓦特/千克。18. 权利要求17的蓄电池，进一步包含镍阴极。
【专利摘要】铁电极用于能量储存蓄电池及其它装置中已经超过100年了。经常将铁电极与镍基阴极组合以形成镍-铁蓄电池。镍-铁蓄电池(Ni-Fe蓄电池)是可再充电蓄电池，其具有镍(III)氧化物-氢氧化物阴极和铁阳极以及电解质例如氢氧化钾。将活性材料保持在镀镍的钢管或穿孔的袋状物中。它是一种非常耐用的蓄电池，其容忍误用(过度充电、过度放电和短路)，并且即使如此处理仍能具有很长的寿命。它经常用于后备情况，在此情况下它能够连续充电并可持续超过20年。
【IPC分类】H01M4/02
【公开号】CN105144434
【申请号】CN201480005587
【发明人】R·G·奥格
【申请人】恩塞尔技术股份有限公司
【公开日】2015年12月9日
【申请日】2014年2月6日
【公告号】CA2899305A1, EP2954574A2, WO2014124107A2, WO2014124107A3