专利名称：发泡式铁电极及其制备方法
技术领域：
本发明涉及二次电池技术领域，具体涉及一种二次电池的电极，特别涉及一种发泡式铁电极及其制备方法
背景技术：
19世纪末20世纪初，欧洲的JUNJER和美国的EDISON发明了铁镍电池，这是一种以铁电极作为负极，羟基氧化镍作为正极的二次电池。由于铁电极可承受过充过放，长期放电态搁置等电性能滥用，且铁电极使用寿命长，循环寿命可达2000次以上，使用年限为20年以上，再者由于铁电极采用了铁作为活性物质，相比镉镍电池，铅酸电池负极使用的镉和铅材料，不构成对环境的污染。而相比氢镍电池负极使用的主要以稀土为主的贮氢合金，成本优势又十分明显，铁电极传统上采用的是袋式结构，即通过机械设备将四氧化三铁活性物质，添加剂，导电剂等混合粉包在镀镍钢带做成的袋状极板条内。根据容量需要，将所需数量的极板条通过机械作用力拼接在一起，然后按要求尺寸裁切成不同宽度的极板毛坯，再将毛坯装进极板框内，经过压纹形成极板，最后将极板焊接或装配在集流板上形成完整的铁电极，但这种袋式铁电极的制作工艺复杂，设备投入大，由于活性物质与集流体钢带间距大，活性物质利用率低，大电流放电能力较弱，一般仅适合制作中低倍率放电的铁镍电池(1C倍率以下电流放电)。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足而提供的一种低成本、使用安全、使用寿命长、制作方法简单、大电流放电能力强、活性物质利用率高的发泡式铁电极及其制备方法。本发明的目的是这样实现的
一种发泡式铁电极，包括发泡基体，设置在发泡基体中的活性物质，所述的发泡基体为发泡镍基体或发泡铁基体，所述的活性物质由各组分按以下重量百分比制成四氧化三铁85 95%、添加剂I 5%、导电剂3 7%、粘结剂I 3%。所述的发泡镍基体是由发泡海绵经电镀镍后烧除海绵而成。所述的发泡铁基体是由发泡海绵经电镀铁后再电镀镍然后烧除海绵而成。所述的添加剂为硫酸镍、氢氧化镍、稀土类氧化物中的至少一种。所述的导电剂为石墨、乙炔黑中的一种。所述的粘结剂为HPMC、CMC、PTFE乳液中的至少一种。制备所述的发泡式铁电极的制备方法，其制备方法包括如下步骤
步骤I、活性物质浆料的制备将重量百分比为85 95%的四氧化三铁、重量百分比为I 5%的添加剂、重量百分比为3 7%的导电剂均匀混合，然后加入由重量百分比为I 3%的粘结剂配制成的质量浓度为8%的粘结剂水溶液调制，搅拌均匀，制成活性物质浆料；步骤2、发泡镍基体或发泡铁基体的制备将发泡海绵经电镀镍后烧除海绵制得发泡镍基体，将发泡海绵经电镀铁、再电镀镍后烧除海绵制得发泡铁基体；
步骤3、发泡式铁电极的成型将步骤I中制得的活性物质浆料涂覆于步骤2制得的发泡镍基体或发泡铁基体中，经高温烘干，压片，冲切，点焊极耳，制成发泡镍式铁电极或者发泡铁式铁电极，统称为发泡式铁电极。本发明和现有技术相比具有以下优点本发明的发泡式铁电极采用发泡镍或者发泡铁作为基体，与袋式铁电极相比，由于发泡镍基体或者发泡铁基体独特的三维网状结构和高度的微孔化，这样活性物质与集流体间的距离大大缩短，本发明的发泡式铁电极的大电流放电能力明显加强，活性物质的利用率也得到提高；用本发明的发泡式铁电极制作的铁镍电池可满足高倍率放电的要求；另外，本发明的制作方法简单、便于生产。由实施例的实验证明，本发明的发泡式铁电极与传统袋式铁电极相比，活性物质利用率提高了 26 30%，大电流放电能力提高了 50 65. 5%。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明做进一步的说明实施例I
取四氧化三铁85克、添加剂5克、导电剂7克、粘结剂3克。本发明发泡式铁电极一种发泡式铁电极，包括发泡基体，设置在发泡基体中的活性物质，所述的发泡基体为发泡镍基体或发泡铁基体，所述的活性物质由各组分按以下重量百分比制成四氧化三铁85克、添加剂5克、导电剂7克、粘结剂3克。所述的发泡镍基体是由发泡海绵经电镀镍后烧除海绵而成。所述的发泡铁基体是由发泡海绵经电镀铁后再电镀镍然后烧除海绵而成。所述的添加剂为硫酸镍、氢氧化镍、稀土类氧化物中的至少一种。所述的导电剂为石墨、乙炔黑中的一种。所述的粘结剂为HPMC、CMC、PTFE乳液中的至少一种。制备所述的发泡式铁电极的方法，其制备方法包括如下步骤
步骤I、活性物质浆料的制备将重量为85克的四氧化三铁、重量为5克的添加剂、重量为7克的导电剂均匀混合，然后加入由重量为3克的粘结剂配制成的质量浓度为8%的粘结剂水溶液37. 5克调制，搅拌均匀，制成活性物质浆料；
步骤2、发泡镍基体或发泡铁基体的制备将发泡海绵经电镀镍后烧除海绵制得发泡镍基体，将发泡海绵经电镀铁、再电镀镍后烧除海绵制得发泡铁基体；
步骤3、发泡式铁电极的成型将步骤I中制得的活性物质浆料涂覆于步骤2制得的发泡镍基体或发泡铁基体中，经高温烘干，压片，冲切，点焊极耳，制成发泡镍式铁电极或者发泡铁式铁电极，统称为发泡式铁电极。传统袋式铁电极将四氧化三铁85克、添加剂5克、导电剂7克混合均匀，通过机械设备将混合粉包在镀镍钢带做成的袋状极板条内，然后压成极板，最后将极板焊接极耳，制成袋式铁电极。将本发明的发泡式铁电极和传统的袋式铁电极与烧结式镍电极以聚丙烯无纺布和聚乙烯辐射接枝膜组成的隔膜隔开，组成叠片式铁镍电池，装入尼龙塑料壳内，然后灌注比重为I. 25克每毫升的氢氧化钾水溶液(内含15克每升的氢氧化锂),搁置12小时,再经充放电活化成为铁镍电池电池以O. 25C充电8小时，停30分钟，以O. 2C放电至I. 0V，计算出电池放电容量。电池以O. 25C充电8小时，停30分钟，以IOC放电至O. 8V，计算出电池放电容量。电池以铁电极理论容量的O. IC充电10小时，停30分钟，然后以铁电极理论容量的O. IC放电至 O. 55V (相对锌参比电极)，计算出铁电极中活性物质克容量。本发明的发泡式铁电极与传统的袋式铁电极活性物质利用率和大电流放电能力比较，见下表
类别I电池O. 2C放电容量I电池IOC放电容量|10C放电比率I活性物质利用率—
发泡,桌式铁电极 2002晕安时_ 1630晕安时_81. 5%_272晕安时每克
发泡铁式铁电极 1996毫安时1567毫安时>8. 5%268毫安时每克
袋式铁电极丨1928毫安时丨1025毫安时|53%丨213毫安时每克
注活性物质利用率以混合粉中每克四氧化三铁所放出的容量表示，
IOC放电比率以IOC与O. 2C放出的容量比表示。从上表可以看出，本发明的发泡式铁电极采用发泡镍或者发泡铁作为基体，与袋式铁电极相比，由于发泡镍基体或者发泡铁基体独特的三维网状结构和高度的微孔化，使活性物质与集流体间的距离大大缩短，大电流放电能力明显加强，活性物质的利用率也得到提高；实验证明，本发明的发泡式铁电极与传统袋式铁电极相比，活性物质利用率提高了28%,大电流放电比率提高了 54%。实施例2
取四氧化三铁90克、添加剂3克、导电剂5克、粘结剂2克。本发明发泡式铁电极一种发泡式铁电极，包括发泡基体，设置在发泡基体中的活性物质，所述的发泡基体为发泡镍基体或发泡铁基体，所述的活性物质由各组分按以下重量百分比制成四氧化三铁90克、添加剂3克、导电剂5克、粘结剂2克。所述的发泡镍基体是由发泡海绵经电镀镍后烧除海绵而成。所述的发泡铁基体是由发泡海绵经电镀铁后再电镀镍然后烧除海绵而成。所述的添加剂为硫酸镍、氢氧化镍、稀土类氧化物中的至少一种。所述的导电剂为石墨、乙炔黑中的一种。所述的粘结剂为HPMC、CMC、PTFE乳液中的至少一种。制备所述的发泡式铁电极的制备方法，其制备方法包括如下步骤
步骤I、活性物质浆料的制备将重量为90克的四氧化三铁、重量为3克的添加剂、重量为5克的导电剂均匀混合，然后加入由重量为2克的粘结剂配制成的质量浓度为8%的粘结剂水溶液25克调制，搅拌均匀，制成活性物质浆料；
步骤2、发泡镍基体或发泡铁基体的制备将发泡海绵经电镀镍后烧除海绵制得发泡镍基体，将发泡海绵经电镀铁、再电镀镍后烧除海绵制得发泡铁基体；
步骤3、发泡式铁电极的成型将步骤I中制得的活性物质浆料涂覆于步骤2制得的发泡镍基体或发泡铁基体中，经高温烘干，压片，冲切，点焊极耳，制成发泡镍式铁电极或者发泡铁式铁电极，统称为发泡式铁电极。传统袋式电极将四氧化三铁90克、添加剂3克、导电剂5克混合均匀，通过机械设备将混合粉包在镀镍钢带做成的袋状极板条内，然后压成极板，最后将极板焊接极耳，制成袋式铁电极。
将本发明的发泡式铁电极和传统的袋式铁电极与烧结式镍电极以聚丙烯无纺布和聚乙烯辐射接枝膜组成的隔膜隔开，组成叠片式铁镍电池，装入尼龙塑料壳内，然后灌注比重为I. 25克每毫升的氢氧化钾水溶液(内含15克每升的氢氧化锂),搁置12小时,再经充放电活化成为铁镍电池。电池以O. 25C充电8小时，停30分钟，以O. 2C放电至I. 0V，计算出电池放电容量。电池以O. 25C充电8小时，停30分钟，以IOC放电至O. 8V，计算出电池放电容量。电池以铁电极理论容量的O. IC充电10小时，停30分钟，然后以铁电极理论容量O. IC放电至 O. 55V (相对锌参比电极)，计算出铁电极中活性物质克容量。本发明的发泡式铁电极与传统的袋式铁电极活性物质利用率和大电流放电能力比较，见下表
权利要求
1.一种发泡式铁电极，包括发泡基体，设置在发泡基体中的活性物质，其特征在于所述的发泡基体为发泡镍基体或发泡铁基体，所述的活性物质由各组分按以下重量百分比制成四氧化三铁85 95%、添加剂I 5%、导电剂3 7%、粘结剂I 3%。
2.如权利要求I所述的发泡式铁电极，其特征在于所述的发泡镍基体是由发泡海绵经电镀镍后烧除海绵而成。
3.如权利要求I所述的发泡式铁电极，其特征在于所述的发泡铁基体是由发泡海绵经电镀铁后再电镀镍然后烧除海绵而成。
4.如权利要求I所述的发泡式铁电极，其特征在于所述的添加剂为硫酸镍、氢氧化镍、稀土类氧化物中的至少一种。
5.如权利要求I所述的发泡式铁电极，其特征在于所述的导电剂为石墨、乙炔黑中的一种。
6.如权利要求I所述的发泡式铁电极，其特征在于所述的粘结剂为HPMC、CMC、PTFE乳液中的至少一种。
7.一种制备如权利要求I 6之一所述的发泡式铁电极的制备方法,其特征在于其制备方法包括如下步骤 步骤I、活性物质浆料的制备将重量百分比为85 95%的四氧化三铁、重量百分比为I 5%的添加剂、重量百分比为3 7%的导电剂均匀混合，然后加入由重量百分比为I 3%的粘结剂配制成的质量浓度为8%的粘结剂水溶液调制，搅拌均匀，制成活性物质浆料； 步骤2、发泡镍基体或发泡铁基体的制备将发泡海绵经电镀镍后烧除海绵制得发泡镍基体，将发泡海绵经电镀铁、再电镀镍后烧除海绵制得发泡铁基体。
8.步骤3、发泡式铁电极的成型将步骤I中制得的活性物质浆料涂覆于步骤2制得的发泡镍基体或发泡铁基体中，经高温烘干，压片，冲切，点焊极耳，制成发泡镍式铁电极或者发泡铁式铁电极，统称为发泡式铁电极。
全文摘要
本发明涉及一种发泡式铁电极及其制备方法，它包括发泡基体，设置在发泡基体中的活性物质浆料，发泡基体为发泡镍基体或发泡铁基体，活性物质浆料由各组分按照以下重量百分数制成四氧化三铁85～95%、添加剂1～5%、导电剂3～7%、粘结剂1～3%；本发明的发泡式铁电极采用发泡镍或者发泡铁作为基体，与袋式铁电极相比，由于发泡镍基体或者发泡铁基体独特的三维网状结构和高度的微孔化，使活性物质与集流体间的距离大大缩短，大电流放电能力明显加强，活性物质的利用率也得到提高，具有低成本、使用安全、使用寿命长、制作方法简单、大电流放电能力强、活性物质利用率高的优点。
文档编号H01M4/26GK102623712SQ201210112569
公开日2012年8月1日 申请日期2012年4月17日 优先权日2012年4月17日
发明者李喜歌, 李永创, 李群杰, 杨玉锋 申请人:河南创力新能源科技有限公司