CN101165947A - 一种碳纳米复合镍氢动力电池负极极片的制备方法及其应用 - Google Patents

一种碳纳米复合镍氢动力电池负极极片的制备方法及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种碳纳米复合镍氢动力电池负极极片的制备方法及其应用，本发明的制备方法是：将经过混酸法回流纯化及氩气热处理后的碳纳米管与LaNi5储氢合金真空中机械球磨后加入适量的镍粉搅拌均匀，再加入粘结剂羧甲基纤维素和羧基丁苯乳胶并添加适量的水调制成膏状涂料，以上配好的膏状涂料均匀地涂敷在泡沫镍上，制得负极极片；将以上制成的负极极片应用于制作碳纳米复合镍氢动力电池，制得的负极极片表面均匀，极片上能承载一定量的活性物质，保证应用于制成镍氢封口电池后电池具有高的容量的同时也改善了其大电流放电性能；所制备的碳纳米复合镍氢动力电池具有高的容量，好的大电流充放电性能以及优良的循环寿命性能。

Description

一种碳纳米复合镍氢动力电池负极极片的制备方法及其应用
技术领域
本发明属于镍氢动力电池制备技术领域，具体涉及一种碳纳米复合镍氢动力电池负极极片的制备方法及其应用。
背景技术
碳纳米管以其特有的准一维管状结构，高的电化学储氢容量，较强的抗氧化能力，可作为电池的负极材料应用于二次电池制备技术中。碳纳米复合镍氢动力电池是将碳纳米管添加到电池负极材料中的一种新型镍氢动力电池，碳纳米管的高倍率放电效率较优越，镍氢电池在高倍率充放电条件下循环寿命比较差，然而将碳纳米管加入到镍氢动力电池后，可改善镍氢动力电池的高倍率循环稳定性，放电平台电压以及大电流放电性能。因此碳纳米复合镍氢动力电池在容量，充放电性能以及循环寿命等方面有明显的优势，在电动工具以及电动汽车领域具有广阔的发展前景。
发明内容
本发明的第一目的是提供以具有较高电化学储氢性能的碳纳米管和储氢合金混合均匀的一种负极极片的制备方法。
本发明的第二目的是提供将这种负极极片用于制备碳纳米管复合镍氢动力电池。
本发明的技术方案为：
1.碳纳米复合镍氢电池负极极片的制作：
(1)将直径为20～40nm碳纳米管，经过混酸法(浓硫酸与浓硝酸的体积比为1～1.5∶2.5～3.5)进行纯化，并在氩气气氛下700～900℃热处理2h。
(2)将以上纯化及热处理后的碳纳米管和LaNi5储氢合金采用真空球磨法混合均匀，具体操作是将碳纳米管和储氢合金的混合粉末在真空中机械球磨8h，球磨转速为430r/min，球料比为50∶1，在碳纳米管和LaNi5储氢合金的混合粉末中加入适量的Ni粉搅拌均匀后再加入粘结剂HPMC(羧甲基纤维素)和SBR(羧基丁苯乳胶)添加适量的水调制成膏状涂料，以上物质的质量比为：储氢合金∶碳纳米管∶Ni粉∶HPMC∶SBR＝100∶0.1～1.0∶0.5∶15∶2～3。
(3)将以上配好的膏状涂料均匀地涂敷在泡沫镍上，先经过室温干燥24h，然后在再在11MPa的压力下压制成需要的厚度，经过剪裁、修边，最终制得负极极片。
(4)  制得的负极极片表面均匀，其尺寸为(315-320)mm×(35.4)mm×(0.3)mm，增重为(17.0±0.2)g/片。在规定尺寸上的极片上能承载一定量的活性物质，保证应用于制成镍氢封口电池后电池具有高的容量的同时也改善了其大电流放电性能。
2.碳纳米复合镍氢电池负极极片的应用：
将以上制成的负极极片应用于制作碳纳米复合镍氢动力电池，按照SC型电池制作流程制得的SC型镍氢动力电池具有更高的容量，更好的循环稳定性以及更好的大电流放电性能。
本发明的有益效果是：
制得的负极极片表面均匀，极片上能承载一定量的活性物质，保证应用于制成镍氢封口电池后电池具有高的容量的同时也改善了其大电流放电性能。
所制备的碳纳米复合镍氢动力电池具有高的容量，好的大电流充放电性能以及优良的循环寿命性能。可以用于电动工具，电动车等领域。
具体实施方式
实施例1
将直径为20～40nm的碳纳米管采用混酸法(浓硫酸与浓硝酸的体积比为1∶2.8)纯化，再经过750℃热处理后添加到负极物质中，依照上述制备方法制备出负极极片。其中负极物质的配比为：储氢合金∶碳纳米管∶Ni粉∶HPMC∶SBR＝100∶1.0∶0.5∶15∶2.5，，再按照SC镍氢电池的制备工序，制得的SC镍氢动力电池性能测试结果为：
测试条件 容量C(mAh)  能量W(Wh)  能量密度(Wh/L)  功率P(W)  比功率(W/kg)  功率密度(W/L)  循环寿命 放电平台V
0.1C充0.2C放 3369  4.312  263.75  0.7679  12.79  46.96  80％DOD589次 1.25
1C充5C放 3257.5  3.808  232.91  17.53  292.17  1072.17  70％DOD130次 1.14
1C充10C放 3135  3.269  200.00  31.28  521.37  1913.4  70％DOD97次 1.05
实施例2
将直径为20～40nm的碳纳米管采用混酸法(浓硫酸与浓硝酸的体积比为1.5∶3.3)纯化，再经过800℃热处理后添加到负极物质中，依照上述制备方法制备出负极极片。其中负极物质的配比为：储氢合金∶碳纳米管∶Ni粉∶HPMC∶SBR＝100∶0.8∶0.5∶15∶2.2，，再按照SC镍氢电池的制备工序，制得的SC镍氢动力电池性能测试结果为：
测试条件 容量C(mAh) 能量W(Wh)  能量密度(Wh/L)  功率P(W)  比功率(W/kg)  功率密度(W/L)  循环寿命 放电平台V
0.1C充0.2C放 3459 4.372  267.4  0.7583  12.63  46.37  80％DOD687次 1.29
1C充5C放 3357.5 3.864  236.4  17.26  287.70  1055.65  70％DOD230次 1.16
1C充10C放 3165 3.272  200.2  31.01  516.90  1896.08  70％DOD187次 1.04
实施例3
将直径为20～40nm的碳纳米管采用混酸法(浓硫酸与浓硝酸的体积比为1∶3)纯化，再经过850℃热处理后添加到负极物质中，依照上述制备方法制备出负极极片。其中负极物质的配比为：储氢合金∶碳纳米管∶Ni粉∶HPMC∶SBR＝100∶0.5∶0.5∶15∶2.6，，再按照SC镍氢电池的制备工序，制得的SC镍氢动力电池性能测试结果为：
测试条件 容量C(mAh)  能量W(Wh)  能量密度(Wh/L)  功率P(W)   比功率(W/kg)   功率密度(W/L)  循环寿命 放电平台V
0.1C充0.2C放 3385.7  4.32  264.2  0.7656   12.76   46.83  80％DOD611次 1.28
1C充5C放 3242.5  3.79  231.8  17.53   292.2   1072.35  70％DOD202次 1.16
1C充10C放 3215  3.37  206.1  31.44   523.9   1922.75  70％DOD151次 1.04
实施例4
将直径为20～40nm的碳纳米管采用混酸法(浓硫酸与浓硝酸的体积比为1.2∶3.3)纯化，再经过900℃热处理后添加到负极物质中，依照上述制备方法制备出负极极片。其中负极物质的配比为：储氢合金∶碳纳米管∶Ni粉∶HPMC∶SBR＝100∶0.1∶0.5∶15∶2.8，，再按照SC镍氢电池的制备工序，制得的SC镍氢动力电池性能测试结果为：
测试条件 容量C(mAh)  能量W(Wh)  能量密度(Wh/L)  功率P(W)  比功率(W/kg)  功率密度(W/L)  循环寿命 放电平台V
0.1C充0.2C放 3399.3  4.337  265.3  0.7655  12.75  46.82  80％DOD601次 1.27
1C充5C放 3250  3.757  229.8  17.34  289.00  1060.55  70％DOD127次 1.15
1C充10C放 3200  3.331  203.7  31.23  520.47  1910.09  70％DOD90次 1.02
实施例5
将制得的负极极片按照SC型镍氢的制备方法制成碳纳米复合镍氢动力电池，具体操作为：
(1)正极极片的制作：将Ni(OH)2∶ CoO∶Y2O3按照92∶7∶1混合均匀分别经过100目和150目的筛子，添加适量的粘合剂(20％的PTFE)，混合均匀，加入90℃的去离子水，搅拌2h，静置10h和配制成。用刷子均匀地刷在集流体泡沫镍上，直接干压并裁剪成所需厚度的正极片。
Figure S2007100302637D00051
其中：正极片大小为270×34×0.5mm mm，电解液注入量为(5.0±0.05)g/片，钢壳尺寸为Ф22.2/21.2×43.0mm.制备成SC型镍氢动力电池，上述电解液采用二元碱液：KOH∶LiOH∶H2O＝34∶1.6∶66。
(3)将以上电池按照以下工艺高温化成，具体条件为：
1. 0.1C充电2小时，45℃搁置24小时，常温搁置4小时
2. 20℃下，0.1C充电100分钟，0.5C放电100分钟再0.2C放至1V
3. 20℃下，0.3C充电2小时，0.5C放电放至1V
4. 0.5C充电2小时。
制得的碳纳米复合镍氢动力电池具有高的容量，好的大电流充放电性能以及优良的循环寿命性能，可以用于电动工具，电动车等领域

Claims (3)

1.一种碳纳米复合镍氢动力电池负极极片的制备方法，具有以下步骤：
(1)将直径为20～40nm碳纳米管，经过混酸法进行纯化，其中浓硫酸与浓硝酸的体积比为1～1.5∶2.5～3.5，并在氩气气氛下700～900℃热处理2小时；
(2)将以上纯化及热处理后的碳纳米管和储氢合金LaNi5采用真空球磨法机械球磨后加入适量的镍粉搅拌均匀，再加入粘结剂HPMC(羧甲基纤维素)和SBR(羧基丁苯乳胶)添加适量的水调制成膏状涂料，以上物质的质量比为:储氢合金LaNi5∶碳纳米管∶Ni粉∶HPMC∶SBR＝100∶0.1～1.0∶0.5∶15∶2～3；
(3)将以上配好的膏状涂料均匀地涂敷在泡沫镍上，先经过室温干燥24小时，然后在11MPa的压力下压制成负极极片。
2.根据权利要求1所述的制备方法，上述步骤(2)中将上述碳纳米管和储氢合金的混合粉末在真空中机械球磨8小时，球磨转速为430r/min，球料比为50∶1。
3.一种碳纳米复合镍氢动力电池负极极片的应用，其特征在于：将以上制成的负极极片应用于制作碳纳米复合镍氢动力电池。
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