专利名称：一种镍氢二次电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种二次电池，尤其涉及一种镍氢二次电池。
背景技术：
近年来，由于便携式电子器件的发展和交通动力能源的革命，高能电池能源的研 究与开发已成为世界各国学术界和产业革命的热点。镍氢二次电池因为能量高、安全性好、 无污染、无记忆效应等优点而受到广泛重视，是电子设备的主要供电电池类型之一。目前，镍氢二次电池的电解液主要是浓KOH水溶液，但是使用浓KOH水溶液作为镍 氢电池的电解质在较低温度下使用时电解液会冻结，无法再进行充放电，致使镍氢电池的 低温放电效率较低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是现有的镍氢二次电池的电解液低温放电效率低的缺 陷，从而提供了一种低温放电效率高的镍氢二次电池。本发明提供了一种镍氢二次电池，该电池包括电池壳体、电极组和碱性电解液，所 述电极组和碱性电解液密封在电池壳体内，所述电极组包括正极、负极及隔板，其中，所述 碱性电解液为为凝胶电解液，该凝胶电解液包括羧甲基纤维素、碱金属的氢氧化物和水。本发明所述的镍氢二次电池，该电池的电解液中含有羧甲基纤维素，由于羧甲基 纤维素有很好的吸水性，当羧甲基纤维素吸收了电解液中的大量的水就会形成凝胶电解 液，由于碱金属氢氧化物是溶解在水中的，所以可以很均勻的分散羧甲基纤维素形成的凝 胶中，本发明的镍氢二次电池克服了浓氢氧化钾作为电解液产生的液体电解质冻结问题， 同时解决了浓氢氧化钾作为电解液时电解液容易干涸及泄漏等。从而进一步提高电池的低 温放电性能及镍氢电池的安全性、可靠性及持久耐用性。
具体实施例方式本发明提供了一种镍氢二次电池，该电池包括电池壳体、电极组和碱性电解液，所 述电极组和碱性电解液密封在电池壳体内，所述电极组包括正极、负极及隔板，其中，所述 碱性电解液为为凝胶电解液，该凝胶电解液包括羧甲基纤维素、碱金属的氢氧化物和水。由于羧甲基纤维素有很好的吸水性，当羧甲基纤维素吸收了电解液中的大量的水 就会形成凝胶电解液，由于碱金属氢氧化物是溶解在水中的，所以可以很均勻的分散羧甲 基纤维素形成的凝胶中。克服了浓氢氧化钠作为电解液产生的液体电解质冻结、干涸及泄 漏等问题，从而进一步提高镍氢电池的低温放电性能及安全性、可靠性及持久耐用性。同 时，本发明的电解液的原材料简单且便宜，可以降低镍氢电池生产的费用。使用本发明的电 解质后，对隔膜的要求降低，可以采用便宜的隔膜，降低成本。根据本发明所提供的镍氢二次电池，优选地，以所述电解液的重量为基准，所述羧 甲基纤维素的含量为1. 0-4. Owt %，所述碱金属的氢氧化物的含量为35-45wt%。
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根据本发明所提供的镍氢二次电池，所述碱金属的氢氧化物可以为本领域技术人 员所公知的各种碱金属的氢氧化物，优选为氢氧化钠和/或氢氧化钾。根据本发明所提供的镍氢二次电池，为了提高电解液的导电性，优选地，所述电解 液还包括氧化锌。根据本发明所提供的镍氢二次电池，所述氧化锌的含量没有特别的限制，只要 能提到电解液的导电性即可，为了使电解液的导电性有很好的提高，同时尽量不浪费材 料及不影响电池的容量，优选地，以所述电解液的重量为基准，所述氧化锌的含量为 0. 5-1. 5wt%。根据本发明所述的镍氢二次电池，其中，所述电解液可以在注入电池之前形成凝 胶，也可以在注入电池之后形成凝胶，为了便于组装电池，优选为注入电池之后形成凝胶。 形成凝胶的方法为使含有上述所述成分的电解液静置一段时间，是羧甲基纤维素能够充分 的吸收电解液中的水即可。根据本发明所提供的镍氢二次电池，其中，凝胶电解液的制备方法为，将羧甲基纤 维素溶于水中，然后缓慢加入碱性氢氧化物，不停搅拌到完全溶解后注入镍氢电池中，电解 液在电池中形成凝胶电解液。本发明所述的镍氢二次电池除了电解液之外，其它结构可以是本领域技术人员公 知的用于镍氢二次电池的结构。按照本发明所提供的镍氢二次电池，所述隔板设置于正极和负极之间，它具有电 绝缘性能和电解液保持性能，并使所述电极组和碱性电解液一起容纳在电池壳中。所述隔 板可以选自碱性二次电池中所用的各种隔板，如聚烯烃纤维无纺布且表面引入亲水性纤维 或经磺化处理的片状元件。所述隔板的位置、性质和种类为本领域技术人员所公知。所述正极可以选自各种镍氢二次电池所用的正极，它可以市购得到，也可以采用 现有方法制备。所述正极导电基体为镍氢二次电池常用的正极导电基体，如泡沫镍基体、毛 毡片结构的基体、金属穿孔板或多孔拉制金属网。镍氢二次电池的所述正极材料含有氢氧化镍和粘合剂，所述粘合剂可以采用负 极中所用的粘合剂。例如，用于正极的所述粘合剂可以选自羧甲基纤维素、羟丙基甲基纤 维素、甲基纤维素、聚丙烯酸钠、聚四氟乙烯和聚乙烯醇中一种或几种。粘合剂的含量为 本领域技术人员所公知，一般以正极活性物质氢氧化镍为基准，所述正极粘合剂的含量为 0. 01-5重量％，优选为0. 02-3重量％。所述正极的制备方法可以采用常规的制备方法。例如，将所述氢氧化镍、粘合剂和 溶剂混和成糊状，涂覆和/或填充在所述导电基体上，干燥，压模或不压模，即可得到所述 正极。其中，所述溶剂可以选自能够使所述混合物形成糊状的任意溶剂，优选为水。溶剂 的用量能够使所述糊状物具有粘性，能够涂覆到所述导电基体上即可。一般来说，所述溶剂 的含量为氢氧化镍的15-40重量％，优选为20-35重量％。其中，干燥，压模的方法和条件 为本领域技术人员所公知。所述负极可以选自各种镍氢二次电池所用的负极，它可以市购得到，也可以采用 现有方法制备。所述负极材料的组成已为本领域技术人员所公知。一般来说，所述负极材 料含有主组分和粘合剂，主组分为储氢合金。所述储氢合金可以选自能作为碱性二次电池 负极主要组分的任何储氢合金，该储氢合金可以将碱性电解液在电化学反应中产生的氢吸收，并且，在放电时能够使吸收的氢可逆地解析。常用的贮氢合金为ab5。所述粘合剂的种类和含量为本领域技术人员所公知，例如，所述粘合剂可以选自 羧甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、甲基纤维素、聚丙烯酸钠、聚四氟乙烯中一种或几种； 一般来说，根据所用粘合剂种类的不同，粘合剂的含量为主组分的0. 01-5重量％，优选为 0. 02-3 重量 ％。所述负极材料还可以含有添加剂，添加剂的种类和含量为本领域技术人员所公 知。例如，所述添加剂选自石墨、炭黑、镍粉、钴粉等中的一种或几种。一般来说，所述添加 剂的含量为主组分的0. 1-15重量％，优选为0. 5-10重量％。所述负极片可以采用本领域公知的制备方法进行制备。例如，将负极材料和溶剂 混合得到负极浆料，然后将负极浆料涂覆和/或填充在负极导电基体上，干燥，压模或不压 模，即可得到所述负极片。其中，所述溶剂优选为水。溶剂的用量能够使所述负极浆料具有 粘性和流动性，能够涂覆到负极导电基体上即可。一般来说，所述溶剂的含量为主组分的 10-30重量％，优选为15-25重量％。其中，干燥，压模的方法和条件为本领域技术人员所公 知。按照本发明提供的镍氢二次电池的制备方法，除了所述碱性电解液为本发明提供 的镍氢电池电解液之外，其它步骤为本领域技术人员所公知。一般来说，将所述制备好的正 极和负极之间设置隔板，构成一个电极组，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，即可得到本发明提供的碱性二次电池。下面通过实施例对本发明作更详细地说明。实施例1(1)制作正极将重量比为60 :4:8:3: 25的氢氧化镍、CoO、Ni、羧甲基纤维素和水混合搅 拌均勻制成正极浆料，将该浆料涂布于尺寸为184毫米XM毫米X 1. 5毫米的镍网上。将 镍网长度方向上距离一端40毫米的地方的浆料刮掉，并压制成184毫米X 24. 5毫米X 0. 6 毫米尺寸的正极片。镍网压片后，在刮料的地方点焊正极极耳。正极极耳为镀镍钢带，形状 为长方形，尺寸为长28. 5毫米，宽7. 0毫米，厚度0. 12毫米。其中，该正极中含8. 8克氢氧 化镍。(2)制作负极将重量比为85 6 9的储氢合金粉、羟丙基甲基纤维素和水混合搅拌均勻制成 负极浆料，将该浆料涂布于240毫米XM. 8毫米X0. 6毫米的钢带上。将钢带长度方向上 距离一端40毫米的地方的浆料刮掉，并压制成242毫米XM. 8毫米X0. 3毫米尺寸的负 极片。钢带压片后，在刮料的地方点焊负极极耳。负极极耳为镀镍钢带，包括长方形的焊接 部分1和圆形的接触部分2，焊接部分1的长度为8毫米，宽度为7毫米，接触部分2的直径 为20. 5毫米，负极极耳的厚度为0. 12毫米。其中，该负极中含9. 6克储氢合金粉。(3)组装电池将(1)、(2)制备的正极、负极和经过磺化处理的聚丙烯隔膜(面密度为60克/平 方米，厚度为0.12毫米)卷绕后，装进电池壳。(4)电解液制备将羧甲基纤维素2. 4克和水56. 1克放入烧杯中，搅拌20分钟后将40克氢氧化钾缓慢加入烧杯中，搅拌20分钟，直至烧杯温度冷却为止；在搅拌的条件下，把1. 5克氧化锌 加入电解液中，待加完后再搅拌20分钟，直至氧化锌完全溶解即得到本实施例的电解液 Al。(5)封装将电解液Al注入步骤(3)中的电池中，并进行封口，制作成镍氢电池Bi。实施例2按照与实施例1相同的方法制备镍氢电池B2，不同的是，在电解液的制备过程是 将羧甲基纤维素4. 0克和水51克放入烧杯中，搅拌20分钟后将45克氢氧化钾缓慢加入烧 杯中，搅拌20分钟，直至烧杯温度冷却即得到本实施例的电解液A2。实施例3按照与实施例1相同的方法制备镍氢电池B3，不同的是，在电解液的制备过程是 将羧甲基纤维素ι. O克和水63. 9克放入烧杯中，搅拌20分钟后将35克氢氧化钾缓慢加入 烧杯中，搅拌20分钟，，直至烧杯温度冷却为止；在搅拌的条件下，把0. 1克氧化锌加入电解 液中，待加完后再搅拌20分钟，直至氧化锌完全溶解即得到本实施例的电解液A3。实施例4按照与实施例1相同的方法制备镍氢电池B4，不同的是，在电解液的制备过程是 将羧甲基纤维素3. 0克和水58克放入烧杯中，搅拌20分钟后将38克氢氧化钾缓慢加入烧 杯中，搅拌20分钟，，直至烧杯温度冷却为止；在搅拌的条件下，把1. 0克氧化锌加入电解液 中，待加完后再搅拌20分钟，直至氧化锌完全溶解即得到本实施例的电解液A4。对比例1按照与实施例1相同的方法制备电池，不同的是，电解液为7mol/L的Κ0Η，制得镍 氢电池Cl。测试方法1、将实施例1-4和对比例1中的电池B1-B4和Cl分别在-10°C，_20°C，_30°C下 0. 2C放电，结果见表1。表 权利要求
1.一种镍氢二次电池，该电池包括电池壳体、电极组和碱性电解液，所述电极组和碱性 电解液密封在电池壳体内，所述电极组包括正极、负极及隔板，其特征在于，所述碱性电解 液为为凝胶电解液，该凝胶电解液包括羧甲基纤维素、碱金属的氢氧化物和水。
2.根据权利要求1所述的镍氢二次电池，其特征在于，以所述凝胶电解液的重量为基 准，所述羧甲基纤维素的含量为1.0-4. 0wt%。
3.根据权利要求1所述的镍氢二次电池，其特征在于，以所述凝胶电解液的重量为基 准，所述碱金属的氢氧化物的含量为35-45wt%。
4.根据权利要求1所述的镍氢二次电池，其中，所述碱金属的氢氧化物为氢氧化钠和/ 或氢氧化钾。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的镍氢二次电池，其中，还包括氧化锌。
6.根据权利要求5所述的镍氢二次电池，其中，以所述电解液的重量为基准，所述氧化 锌的含量为0. 5-1. 5wt%。
全文摘要
本发明提供了一种镍氢二次电池，属于镍氢电池领域，该电池包括电池壳体、电极组和碱性电解液，所述电极组和碱性电解液密封在电池壳体内，所述电极组包括正极、负极及隔板，其特征在于，所述碱性电解液为为凝胶电解液，该凝胶电解液包括羧甲基纤维素、碱金属的氢氧化物和水。本发明提供的镍氢电池电解液低温时不易冻结，长期使用时电解液损失很少，在大电流时不会引起泄露，低温放电性能好。
文档编号H01M10/30GK102082302SQ20091018844
公开日2011年6月1日 申请日期2009年11月27日 优先权日2009年11月27日
发明者谢红波 申请人:比亚迪股份有限公司