一种镍氢电池负极材料及其制备方法和镍氢电池的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于镍氢电池领域，尤其涉及一种镍氢电池负极材料及其制备方法和含有 该负极材料的镍氢电池。
【背景技术】
[0002] 镍氢电池具有比能量高、无镉的污染、对环境友好等优点。但是镍氢电池随着充放 电循环的不断进行，组成镍氢电池负极的贮氢合金粉末的抗粉化和抗腐蚀能力不断下降， 尤其是电池过充电时正极析出的氧气，会进一步促使贮氢合金氧化，导致贮氢合金负极实 际贮氢能力的下降，即贮氢合金负极充电能力下降，这样又会导致电池充电时内部氢分压 上升，从而导致电池内压上升。电池内压升高到一定程度，会使电池安全阀打开，在气体放 出的同时，电解液也会溢出，导致电解液损失，电池内阻增大。因而随着充放电循环的进行， 电池放电容量不断下降，最终电池寿命缩短。
[0003] 镍氢电池在充电过程中，负极存在析氢的副反应，同时电池在过充时正极会析出 氧气。虽然设计镍氢电池时负极容量高于正极容量，但由于储氢合金负极氢氧复合速度较 慢，仍会使产生的氢、氧气体在电池内部蓄积，导致电池内压上升。当电池内压升高到一定 程度，电池安全阀仍会打开，电解液随气体一起溢出，使电解液的量减少，内阻增大，电池放 电容量下降，最终导致电池循环寿命缩短。
【发明内容】
[0004] 本发明为解决现有的镍氢电池中负极的抗粉化和抗腐蚀能力差导致镍氢电池的 循环寿命短的技术问题，提供一种抗粉化能力强、循环寿命长的镍氢电池负极材料及其制 备方法和含有该负极材料的镍氢电池。
[0005] 本发明提供了一种镍氢电池负极材料，所述镍氢电池负极材料含有贮氢合金粉末 和导电剂粉末；所述导电剂为Ti3SiC2。
[0006] 进一步地，本发明还提供了所述镍氢电池负极材料的制备方法，该方法包括将导 电剂粉末加入至贮氢合金粉末中并混合均匀。
[0007] 最后，本发明提供了一种镍氢电池，包括电池壳体、电极组和电解液，电极组和电 解液密封在电池壳体内，电极组包括依次卷绕或叠置的正极、隔膜和负极，所述负极包括导 电基体和涂覆于导电基体上的负极材料；所述负极材料为本发明提供的镍氢电池负极材 料。
[0008] 本发明中，通过在镍氢电池负极材料中引入Ti3SiC2导电剂粉末，其可以提高负极 贮氢合金的抗粉化和抗腐蚀能力，从而提高镍氢电池的充放电性能和循环性能，增加电池 的容量，延长其使用寿命。
【具体实施方式】
[0009] 为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合 实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释 本发明，并不用于限定本发明。
[0010] 本发明提供了一种镍氢电池负极材料，所述镍氢电池负极材料含有贮氢合金粉末 和导电剂粉末；所述导电剂为Ti3SiC2。
[0011] 现有技术中，负极采用的导电剂一般选用镍粉、碳粉、乙炔黑、石墨粉、镉粉、锌粉、 钴锌合金粉、钴粉、c〇0、C〇203、Co(0H) 2或Co(0H) 3中的至少一种。而本发明中，通过在镍氢 电池负极材料中引入Ti3SiC2导电剂粉末，以提高负极贮氢合金的抗粉化和抗腐蚀能力，从 而提高镍氢电池的充放电性能和循环性能，增加电池的容量，延长其使用寿命。
[0012] 为了更好的提高负极材料的抗粉化能力和镍氢电池的循环寿命，优选地，以贮氢 合金粉末和导电剂粉末的总质量为基准，其中导电剂粉末的含量为C氢合金粉末和导电剂 粉末的总质量的l-l〇wt%。
[0013] 本发明中，优选地，所述贮氢合金粉末的平均粒径为35-65μm，所述导电剂粉末的 平均粒径为0.1-20μm。所述导电剂粉末的平均粒径更优选为0.2-10μm。导电剂粉末的 平均粒径在0. 1-20μm，可以使更多的导电剂粉末分散于贮氢合金的表面，使贮氢合金的性 能更好。而所述导电剂粉末的平均粒径若大于20μm，则多部分的导电剂粉末分散于所述贮 氢合金粉末颗粒之间，难于分散于所述贮氢合金粉末表面；反之导电剂粉末的平均粒径若 小于0. 1μm，则增大了粉末加工难度，加工成本增加。
[0014] 本发明中，所述贮氢合金没有特别的限制，可以为本领域常用的各种贮氢合金，如 AB5型稀土镍系贮氢合金、La-Mg-Ni系具有PuNi3型结构的AB3型贮氢合金和La-Mg-Ni系 具有Ce2Ni7型结构的A2B7型贮氢合金。其中，AB5型稀土镍系贮氢合金可采用MmNi5系贮氢 合金，其中Mm为富铈混合稀土，但不局限于此。
[0015] 作为本领域技术人员的公知常识，所述镍氢电池负极材料中还含有粘结剂和增稠 剂。其中，所述粘结剂可选自甲基纤维素（MC)、聚丙烯酸钠（PVA)、聚四氟乙烯（PTFE)、丁苯 橡胶（SBR)、聚乙烯醇（PVA)中的一种或多种。所述增稠剂选自羟丙基甲基纤维素（HPMC)、 羧甲基纤维素（CMC)中的一种或多种。
[0016] 本发明中，所述镍氢电池负极材料中粘结剂和增稠剂的含量在常规含量范围内即 可，本领域技术人员可根据具体要求适量添加，本发明没有特殊限定。
[0017] 进一步地，本发明还提供了所述镍氢电池负极材料的制备方法，该方法包括将导 电剂粉末加入至贮氢合金粉末中并混合均匀。
[0018] 作为本发明的一种优选实施方式，本发明提供的镍氢电池负极材料的制备方法 中，还包括将导电剂粉末加入至贮氢合金粉末中之后对混合体系进行球磨的步骤。发明人 意外发现，将Ti3SiC2导电剂粉末与贮氢合金粉末经过球磨后，所得到的负极材料的导电性 能更好，电池内阻更低。
[0019] 更优选情况下，球磨的转速为100_500r/min，球料比为10-30:1，球磨时间为 2-10h。所述球磨可采用真空球磨机进行，但不局限于此。
[0020] 本发明中，对于负极材料中的粘结剂和增稠剂，其可在导电剂粉末与贮氢合金粉 末混合均匀之后再加入，本发明没有特殊限定。
[0021] 最后，本发明提供了一种镍氢电池，包括电池壳体、电极组和电解液，电极组和电 解液密封在电池壳体内，电极组包括依次卷绕或叠置的正极、隔膜和负极，所述负极包括导 电基体和涂覆于导电基体上的负极材料；所述负极材料为本发明提供的镍氢电池负极材 料。
[0022] 本发明的镍氢电池的制备方法，除负极材料的制备方法不同于现有技术外，其它 均可以采用本领域公知的制备方法实现，具体如下详述。其中，正极也类似于负极，包括正 极导电基体和涂覆于正极导电基体上的正极材料。正极导电基体与负极导电基体可采用相 同的导电基体，均为本领域常规的镍氢电池常用的导电基体，例如可以选自发泡镍、纤维镍 或多孔钢带基板。
[0023] 正极材料也包括正极活性物质、常规导电剂等各种常规组分。其中，正极活性物 质即为氢氧化镍颗粒，一般优选采用表面包覆钴或固溶有Co、Zn的球状氢氧化镍。常规导 电剂如前所述，一般选自镍粉、碳粉、乙炔黑、石墨粉、镉粉、锌粉、钴锌合金粉、钴粉、C〇0、 C〇203、C〇 (0H) 2或Co(0H) 3中的至少一种。所述正极和/或负极材料中各组分均可采用现有 的方法制作或可通过购买获得。
[0024] 需要指出地是，在导电基体上涂覆正极和/或负极材料时，需要在正极和/或负极 材料中加入溶剂；所述溶剂的种类和用量为本领域技术人员所公知，可以选自能够使上述 正极和/或负极材料形成糊状浆料的任意溶剂，优选为水；溶剂的用量能够使所述糊状浆 料具有粘性，能够涂覆到导电基体上即可。
[0025] 将所述糊状浆料涂覆和/或填充在导电基体上，干燥，在导电基体上形成正极和/ 或负极材料，然后压模或不压模，即可形成电池的正极和/或负极，其中，干燥，压模的方法 和条件为本领域技术人员所公知。
[0026] 隔膜可以选自镍氢电池中所用的各种隔膜，具有电绝缘性能和液体保持性能，例 如：聚酰胺纤维的无纺布或含有聚烯烃纤维且表面引入酸基团的片状元件；所述隔膜的位 置、性质和种类为本领域技术人员所公知。
[0027] 将隔膜设置于正极和负极之间构成一个电极组后，将该电极组容纳在电池壳体 中，注入电解液，然后将电池壳体密闭，即可得到镍氢电池。所述电解液为镍氢电池所用的 电解液，例如：氢氧化钾水溶液、氢氧化钠水溶液、氢氧化锂水溶液中的一种或几种；电解 液的注入量一般为0. 9-3g/Ah。
[0028] 下列实施例会更有助于说明本发明，应理解，这些实施例是对本发明的进一步解 释和说明，对本发明不构成任何限制。
[0029] 实施例1 〈贮氢合金负极制作 > :由富铈混合稀土Mm和Ni、Co、Mn、Al通过真空感应熔炼制成，组 成为1111附3.55(：〇。.75]\111。.，1。.3的MmNi5系贮氢合金。往该贮氢合金加入平均粒