一種超級電容型鎳碳蓄電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種超級電容型鎳碳蓄電池，屬于電容型蓄電池技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]鎳合金電池(含氫合金)是從鎳鎘電池發(fā)展而來，與鎳鎘電池相比較，鎳合金電池極大的改善了鎳鎘電池的記憶效應，不使用對環(huán)境有害的鎘金屬，且電容量較鎳鎘電池大為提高，是一種具有較高能量密度、循環(huán)壽命長、環(huán)境污染小的二次電池，常用于移動電話、筆記本電腦、數(shù)字相機等電子產(chǎn)品。當前新研發(fā)的成果“超級電容型鎳碳蓄電池”更用于電動車、汽車等動力電源。
[0003]鎳合金電池的組成主要包括正極、負極、隔離膜、電解液等。一般而言，鎳合金電池正極的活性物質(zhì)為氫氧化鎳粉末，另外添加少量添加劑組成，利用粘結(jié)劑，如PTFE、EPDM等，將正極活性物質(zhì)涂覆于導電基材上，所用導電基材為發(fā)泡鎳網(wǎng)，或者用鎳金屬纖維與木質(zhì)纖維材料混合而成的纖維狀基板。
[0004]鎳合金電池負極是影響鎳合金電池性能的關(guān)鍵，一般采用儲氫合金材料。儲氫合金材料大致可分為AB5型，AB2型，A2B型及AB型系列合金。其中，A代表強吸氫能力金屬，如Mg，Al.Ti，La等金屬，B代表具有觸媒能力的過渡金屬，如Fe，Co，Ni，Mn，Al，Cr等。現(xiàn)有的制造方法是將儲氫合金粉碎，控制粒徑為100微米以下，然后以粘結(jié)劑涂覆填充于導電基材即可。導電基材常采用鍍鎳金屬網(wǎng)，也可使用發(fā)泡鎳網(wǎng)，粘結(jié)劑為PTEE，EPDM等。隔離膜常采用PP或PE不織布，電解液一般是HOK，L1H溶液或其混合溶液。
[0005]傳統(tǒng)鎳合金電池用儲氫合金的儲氫容量較小，例如；AB5型合金，以LiNi5H6為例，理論儲氫容量約為1.4fft% ；AB合金，以TiFeHl.9為例，理論儲氫容量為1.8fft% ；A2B型合金，以Mg2Ni為例，理論儲氫容量為3.6fft% ；AB2型合金，以ZrV2H4.5為例，理論儲氫容量為 2.0fft%ο
[0006]納米活性炭的儲氫容量因條件不同，其儲氫容量有所差異，從4.0fft%?20.0fft% ；較傳統(tǒng)儲氫容量有所提高，因制備方法及條件不同而有所差別，約為2.5fft%?5.2Wt%。
[0007]但是，當應用于鎳合金電池負極(儲氫合金)時，上述復合儲氫材料需利用粘結(jié)劑將其粘結(jié)于導電基底，才可將該復合儲氫材料粉末與導電基底牢固結(jié)合為一體，粘結(jié)劑不可避免會影響復合儲氫材料粉末顆粒之間，復合儲氫材料與導電基底之間的直接接觸，導致負極的電阻增大。從而，含有該負極的鎳合金電池的大電流充放電能力減弱，充放電循環(huán)壽命減少。
【實用新型內(nèi)容】
[0008]本實用新型要解決技術(shù)問題是:克服上述技術(shù)的缺點，提供一種儲氫容量高，總體電阻小，且循環(huán)使用壽命長、可在瞬間釋放大電流的超級電容型鎳碳蓄電池。
[0009]為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型提出的第一種技術(shù)方案是:一種超級電容型鎳碳蓄電池，包括外殼、設(shè)置在所述外殼內(nèi)的電芯和電解液；所述電芯包括正極板、隔膜和負極板；所述負極板包括導電基座和納米活性炭層；所述導電基座是具有多孔結(jié)構(gòu)的發(fā)泡鎳片、鎳網(wǎng)或鎳箔片；所述納米活性炭層附著在所述導電基座上與所述導電基座直接接觸；當所述電池存有電能時，所述正極板與所述納米活性炭層形成電容。
[0010]上述方案進一步的改進在于:所述發(fā)泡鎳片的孔隙率大于等于95%。
[0011]上述方案進一步的改進在于:所述納米活性炭附著在所述發(fā)泡鎳片的孔隙內(nèi)和表面上。
[0012]為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型提出的第二種技術(shù)方案是:一種超級電容型鎳碳蓄電池的制造方法，包括如下步驟:
[0013](I)制作正極板；
[0014](2)制作負極板；
[0015](3)根據(jù)電池形狀，將正極板和負極板進行卷繞或排片；
[0016](4)注電解液；
[0017](5)封口；
[0018](6)包裝；
[0019]上述的步驟(2)還分為如下步驟:
[0020](a)將具有多孔結(jié)構(gòu)的導電基座加工成所需要電極的尺寸；
[0021](b)對導電基座的表面用堿溶液或無機鹽溶液進行表面處理，使其表面獲得納米級催化劑點；
[0022](c)將導電基座在保護氣體中加熱至反應溫度，并通入碳氫化合物氣體進行反應，在導電基座上生成納米活性炭，所述納米活性炭附著在導電基座表面和孔隙內(nèi)；
[0023](d)停止通入碳氫化合物氣體并停止加熱，將導電基座置于保護氣體中冷卻至室溫;
[0024](e)將導電基座與附著在導電基座表面和孔隙內(nèi)的納米活性炭在真空環(huán)境匯總進行燒結(jié)。
[0025]上述方案進一步的改進在于:所述導電基座采用具有多孔結(jié)構(gòu)的發(fā)泡鎳片、鎳網(wǎng)或者鎳箔片，其孔隙率大于等于95%。
[0026]上述方案進一步的改進在于:所述保護氣體是氮氣、氬氣或者二者的混合氣體。
[0027]上述方案進一步的改進在于:所述步驟(C)中，所述反應溫度為600到1100攝氏度。
[0028]本實用新型提供的超級電容型鎳碳蓄電池及其制造方法，在導電基底形成碳納米活性炭附著。其中，導電基底是多孔的鎳網(wǎng)、格柵、箔片或發(fā)泡鎳片等等，使納米活性炭形成于導電基底的表面及其孔隙內(nèi)，納米活性炭與正極板形成電容效應，預先存儲電能，在電池放電時，可以有效增加輸出電流，進一步的，也可以在短時間內(nèi)釋放較大大電流。同時，納米活性炭與導電基底直接接觸，可提高負極板儲氫容量，提高電極導電性，降低電阻，進而延長電池使用壽命。導電基底的多孔結(jié)構(gòu)還可以降低電池成品重量三分之一左右。
【附圖說明】
[0029]圖1是本實用新型實施例的制作方法流程圖。
[0030]圖2是圖1中負極板制作方法流程圖。
[0031]圖3是本實用新型實施例的結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
實施例
[0032]本實施例的一種超級電容型鎳碳蓄電池的制造方法，如圖1所示，包括如下步驟:
[0033](I)制作正極板；
[0034](2)制作負極板；
[0035](3)根據(jù)電池形狀，將正極板和負極板進行卷繞或排片；
[0036](4)注電解液；
[0037](5)封口；
[0038](6)包裝；
[0039]其中制造正極板與傳統(tǒng)鎳氫電池工藝方法相仿，即采用拉漿法，主要包括如下步驟:和漿、拉漿、烘干、成型等。
[0040]其中的負極板制造工藝則如圖2所示，包括如下步驟:
[0041](I)將發(fā)泡鎳片(帶)作為導電基座依照所需要電極尺寸進行加工；發(fā)泡鎳片(帶)具有特殊的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其孔隙率大于等于95%，導電性良好，孔率高、比表面積大、孔徑小、質(zhì)量均勻，滲透性優(yōu)良，非常適宜作為鎳碳蓄電池的導電基底。發(fā)泡鎳片(帶)可以通過電化學方法或其它方法制備。發(fā)泡鎳片(帶)也可用鎳網(wǎng)、鎳格柵、打孔鎳箔片或鍍鎳鐵網(wǎng)代替。本工藝主要使用鎳網(wǎng)為優(yōu)。
[0042](2)對導電基座的表面用堿溶液或無機鹽溶液進行表面處理，使其表面獲得納米級催化劑點；反應時間在10到30分鐘；
[0043](3)將導電基座置入反應爐內(nèi)，并通入保護氣體防止氧化，然后將反應爐加熱至600到1100攝氏度并維持溫度；加熱過程中再通入碳氫化合物氣體，主要是甲烷、乙烯或乙炔氣體，進行反應，反應時間在20到30分鐘；在催化點的作用下，反應氣體在導電基座上生成納米活性炭層；
[0044](4)反應結(jié)束后，停止通入反應氣體、停止加熱，保護氣體維持通入，自然冷卻導電基座至室溫；
[0045](5)為了使將納米活性炭層與導電基座結(jié)合牢固，將在導電基座和附著在其上的納米活性炭層在真空環(huán)境匯總進行燒結(jié)；在增加納米活性炭層與導電基座之間結(jié)合強度的同時，還可以達到氣相純化。
[0046]上述制造方法中使用的保護氣體是氮氣、氬氣或者二者的混合氣體。
[0047]最終，由上述方法制造的超級電容型鎳碳蓄電池，包括外殼、設(shè)置在外殼內(nèi)的電芯和電解液；電芯如圖3所示，包括正極板、隔膜和負極板；負極板包括導電基座和納米活性炭層；導電基座是具有多孔結(jié)構(gòu)的發(fā)泡鎳片、鎳網(wǎng)或鎳箔片；納米活性炭層附著在導電基座上與導電基座直接接觸；當電池存有電能時，正極板與納米活性炭層形成電容。其中正級板采用氧化鎳，由拉漿法制造而來，負極板則以發(fā)泡鎳片(帶)、鎳網(wǎng)、鎳格柵、打孔鎳箔片或鍍鎳鐵網(wǎng)等，由上述方法制造；隔膜則采用PE或PP材料制得。
[0048]本實施例的電池，在電池充電后，納米活性炭層的與正極板形成電容效應，部分電能由該電容存儲，這樣，當電池放電時，電容可以輔助電池提供更高的電流，而這些額外的電流是直接存儲在電極板上的，所以不會損壞電池。正負極板均采用網(wǎng)狀、多孔的結(jié)構(gòu)也使得電池整體重量減少三分之一左右。
[0049]本實用新型不局限于上述實施例所述的具體技術(shù)方案，除上述實施例外，本實用新型還可以有其他實施方式。凡采用等同替換形成的技術(shù)方案，均為本實用新型要求的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種超級電容型镲碳蓄電池，包括外殼、設(shè)置在所述外殼內(nèi)的電芯和電解液；所述電芯包括正極板、隔膜和負極板；其特征在于:所述負極板包括導電基座和納米活性炭層；所述導電基座是具有多孔結(jié)構(gòu)的發(fā)泡鎳片、鎳網(wǎng)或者鎳箔片；所述納米活性炭層附著在所述導電基座上與所述導電基座直接接觸；當所述電池存有電能時，所述正極板與所述納米活性炭層形成電容。
2.如權(quán)利要求1所述的超級電容型鎳碳蓄電池，其特征在于:所述導電基座的孔隙率大于等于95%。
3.如權(quán)利要求2所述的超級電容型鎳碳蓄電池，其特征在于:所述納米活性炭附著在所述發(fā)泡鎳片的孔隙內(nèi)和表面上。
【專利摘要】本實用新型涉及一種超級電容型鎳碳蓄電池及其制造方法，屬于電容型蓄電池技術(shù)領(lǐng)域。該電池包括外殼、設(shè)置在外殼內(nèi)的電芯和電解液；電芯包括正極板、隔膜和負極板；負極板包括導電基座和納米活性炭層；導電基座是具有多孔結(jié)構(gòu)的發(fā)泡鎳片或鎳網(wǎng)箔片；納米活性炭層附著在導電基座上與導電基座直接接觸；當電池存有電能時，正極板與納米活性炭層的負極板形成電容，具有瞬間大電流放電的特有功能。該制造方法包括，預制、卷片（排片）、注液、封裝和包裝。本實用新型提供的超級電容型鎳碳蓄電池及其制造方法可提高電池及電池的負極合金儲氫容量，提高電極導電性，降低電阻。延長電池使用壽命，降低電池成品重量三分之一。
【IPC分類】H01M10-30, H01G11-26
【公開號】CN204289640
【申請?zhí)枴緾N201420848021
【發(fā)明人】陶健, 韓步勛, 蘭茂昭, 黃護林
【申請人】南京環(huán)球照明能源應用研究所
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年12月29日