CN105742578A - 一种添加碳纳米管的镍氢电池负极浆料制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电池材料制备领域。本发明的添加碳纳米管的镍氢电池负极浆料制备方法,其主要步骤如下:1)将粘合剂水溶液,添加剂,储氢合金粉混合搅拌均匀形成预混料;2)在预混料中加入一定量的碳纳米管水分散液并搅拌均匀;3)加入一定量的聚四氟乙烯乳液,搅拌均匀,得到负极浆料。该制备方法通过水分散液的形式将碳纳米管引入到负极浆料中,可以有效地避免碳纳米管团聚,又免使储氢合金的晶格遭受破坏,并具有能耗低、效率高、易批量生产的特点。测试结果表明,此浆料制备方法可以有效地提高镍氢电池的比容量及大电流充放电性能。
Description
技术领域
本发明属于电池材料制备领域,具体地,本发明涉及一种镍氢电池负极浆料制备方法,特别涉及一种添加碳纳米管的镍氢电池负极浆料制备方法。
背景技术
碳纳米管以其优异的力学性能,导电性能,抗氧化性能以及较高的理论电化学储氢性能,近年来被广泛地应用于镍氢二次电池中,制备碳纳米管复合镍氢电池负极浆料。而目前常见的复合方法是:1)将干粉碳纳米管与镍氢电池负极中的储氢合金直接混合;2)将干粉碳纳米管与镍氢电池负极中的储氢合金进行球磨共混。这些复合方法一方面会造成碳纳米管在复合体系中的严重团聚,无法充分发挥其优异的性能,导致镍氢电池的性能改善不明显;另一方面在球磨过程中易造成储氢合金晶格破坏,致使其电化学容量下降,无法满足工业生产中在镍氢电池里添加碳纳米管后性能提升的需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种添加碳纳米管的镍氢电池负极浆料制备方法。该方法实施过程中既可以有效避免碳纳米管团聚,又免使储氢合金的晶格遭受破坏。
本发明的技术方案如下:
本发明的添加碳纳米管的镍氢电池负极浆料制备方法,其主要步骤如下:
1)将粘合剂水溶液、负极添加剂和储氢合金粉混合搅拌均匀形成预混料;
2)在预混料中加入一定量的碳纳米管水分散液并搅拌均匀;
3)加入一定量的聚四氟乙烯乳液,搅拌均匀,得到负极浆料。
根据上述镍氢电池负极浆料制备方法,其中优选地,所述的粘合剂水溶液中溶质粘合剂优选为羟丙基甲基纤维素(HPMC)或羧甲基纤维素(CMC);所述粘合剂水溶液的质量浓度为1%-10%,该粘合剂水溶液中溶质粘合剂的质量为所述储氢合金粉质量的0.35%-3.5%。
根据上述镍氢电池负极浆料制备方法,其中优选地,所述的负极添加剂为镍粉、乙炔黑和氧化亚钴中的一种或几种。所述负极添加剂质量为储氢合金粉质量的3%-7%。
根据上述镍氢电池负极浆料制备方法,其中,所述的储氢合金粉为AB5型储氢合金粉,优选地,所述储氢合金粉为含钴质量分数为0%~10%的LaNi5型储氢合金。
根据上述镍氢电池负极浆料制备方法,其中,所述碳纳米管水分散液中的碳纳米管为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管或多壁碳纳米管中的一种或几种,优选地,所述碳纳米管的直径为1nm-100nm,长度为1μm-50μm。所述碳纳米管水分散液的质量浓度为0.2%-10%,其中,溶质碳纳米管质量为储氢合金粉质量的0.1%-5.0%。
根据上述镍氢电池负极浆料制备方法,其中,步骤1)-3)任一所述的搅拌优选为机械搅拌,进一步优选为真空机械搅拌,优选地,所述真空机械搅拌的转速为100rpm-500rpm,真空度为1psi-6psi。
根据上述镍氢电池负极浆料制备方法,其中,所述的聚四氟乙烯(PTFE)乳液的质量浓度为50%-70%,优选地,所述聚四氟乙烯乳液中溶质聚四氟乙烯为储氢合金粉质量的0.5%-2.0%。
与现有碳纳米管复合镍氢电池负极极片的制备方法相比,本发明提供的制备碳纳米管复合镍氢电池负极极片的方法有以下优点:
1、该方法中通过水分散液的形式引入碳纳米管可以保证碳纳米管在经过机械搅拌后均匀地分散在镍氢电池负极浆料中,有效地避免了碳管的团聚,使碳纳米管可以充分发挥其优异的性能。
2、所述方法制得的负极浆料,由于碳纳米管在储氢方面、导电方面和力学方面的协同效应,可以显著提高镍氢电池比容量以及大电流充放电性能,可满足电动汽车等大功率用电设备的需求。
3、所述方法使用的设备均为实验室常用低功耗设备,不需要使用球磨机等高能耗设备,也不需要增加其他额外设备,具有用时短,能耗低以及效率高的特点。
4、该方法适应当前镍氢电池生产设备,便于工业上批量化生产。
具体实施方式
下面结合实施例(但不限于所举实施例)及对比例进一步描述本发明
实施例1
1)将13.4gHPMC水溶液(浓度为5%)、2g乙炔黑与38.0g含6wt%钴的LaNi5型储氢合金粉置于干燥洁净的50mL烧杯中,真空搅拌至完全均匀形成预混料;
2)在预混料中加入19g碳纳米管水分散液(浓度为0.2%),放在真空搅拌器中顺时针搅拌10min,逆时针搅拌10min至分散均匀,转速为300rpm,真空度为1psi;
3)加入0.38gPTFE乳液(浓度为50%),机械搅拌均匀,得到负极浆料。
将以上制得的负极浆料应用于制作碳纳米管复合镍氢电池,测得其放电比容量为288.6mAh/g,与不添加碳纳米管的浆料所制备镍氢电池(对比例1)的测试结果251.2mAh/g相比,放电比容量提高14.9%。同时在3C放电倍率下,其大电流放电性能相比于对比例1增加926.1%。相对于将碳纳米管和储氢合金进行共球磨后(对比例2)制备的镍氢电池,其放电比容量提高22.9%。
实施例2
1)将6.7gHPMC水溶液(浓度为3.5%)、1.3g镍粉与18.9g含3wt%钴的LaNi5型储氢合金粉置于干燥洁净的50mL烧杯中,真空搅拌至完全均匀形成预混料;
2)在预混料中加入3.8g碳纳米管水分散液(浓度为5%),放在真空搅拌器中顺时针搅拌10min,逆时针搅拌10min至分散均匀,该搅拌器转速为200rpm,真空度为3psi;
3)加入0.4gPTFE乳液(浓度为50%),机械搅拌均匀,得到负极浆料。
将以上制得的负极浆料应用于制作碳纳米管复合镍氢电池,测得其放电比容量为309.8mAh/g,与不添加碳纳米管的浆料所制备镍氢电池(对比例1)的测试结果相比,放电比容量提高23.3%。同时在3C放电倍率下,其大电流放电性能相比于对比例1增加1304%。相对于将碳纳米管和储氢合金进行共球磨后的样品(对比例2)制备的镍氢电池,其放电比容量提高31.9%。
实施例3
1)将6.65gHPMC水溶液(浓度为10%)、1g氧化亚钴与19.0g无钴LaNi5型储氢合金粉置于干燥洁净的25mL烧杯中,真空搅拌至完全均匀形成预混料;
2)在预混料中加入1.52g碳纳米管水分散液(浓度为2%),放在真空搅拌器中顺时针搅拌10min,逆时针搅拌10min至分散均匀,该搅拌器转速为100rpm,真空度为5psi;
3)加入0.3gPTFE乳液(浓度为60%),机械搅拌均匀,得到负极浆料。
将以上制得的负极浆料应用于制作碳纳米管复合镍氢电池,测得其放电比容量为299.8mAh/g,与不添加碳纳米管的浆料所制备镍氢电池(对比例1)的测试结果相比,放电比容量提高19.3%。同时在3C放电倍率下,其大电流放电性能相比于对比例1增加79%。相对于将碳纳米管和储氢合金进行共球磨后的样品(对比例2)制备的镍氢电池,其放电比容量提高27.6%。
实施例4
1)将20.1gHPMC水溶液(浓度为2%)、1.7g乙炔黑与56.4g含10wt%钴的LaNi5型储氢合金粉置于干燥洁净的100mL烧杯中,真空搅拌至完全均匀形成预混料;
2)在预混料中加入22.8g碳纳米管水分散液(浓度为3.5%),放在真空搅拌器中顺时针搅拌10min,逆时针搅拌10min至分散均匀,该搅拌器转速为400rpm,真空度为2psi;
3)加入0.9gPTFE乳液(浓度为55%),机械搅拌均匀,得到负极浆料。
将以上制得的负极浆料应用于制作碳纳米管复合镍氢电池,测得其放电比容量为302.8mAh/g,与不添加碳纳米管的浆料所制备镍氢电池(对比例1)的测试结果相比,放电比容量提高20.5%。同时在3C放电倍率下,其大电流放电性能相比于对比例1增加1276.9%。相对于将碳纳米管和储氢合金进行共球磨后的样品(对比例2)制备的镍氢电池,其放电比容量提高28.9%。
实施例5
1)将10.05gCMC水溶液(浓度为4%)、1.5g乙炔黑与28.1g含3wt%钴的LaNi5型储氢合金粉置于干燥洁净的50mL烧杯中,真空搅拌至完全均匀形成预混料;
2)在预混料中加入14g碳纳米管水分散液(浓度为10%),放在真空搅拌器中顺时针搅拌10min,逆时针搅拌10min至分散均匀,该搅拌器转速为500rpm,真空度为6psi;
3)加入0.45gPTFE乳液(浓度为65%),机械搅拌均匀,得到负极浆料。
将以上制得的负极浆料应用于制作碳纳米管复合镍氢电池,测得其放电比容量为305.7mAh/g,与不添加碳纳米管的浆料所制备镍氢电池(对比例1)的测试结果相比,放电比容量提高21.7%。同时在3C放电倍率下,其大电流放电性能相比于对比例1增加1323.3%。相对于将碳纳米管和储氢合金进行共球磨后的样品(对比例2)制备的镍氢电池,其放电比容量提高30.1%。
实施例6
1)将16.4gCMC水溶液(浓度为1%)、2.5g氧化亚钴与46.6g含6wt%钴的LaNi5型储氢合金粉置于干燥洁净的100mL烧杯中,真空搅拌至完全均匀形成预混料;
2)在预混料中加入38.0g碳纳米管水分散液(浓度为6%),放在真空搅拌器中顺时针搅拌10min,逆时针搅拌10min至分散均匀,该搅拌器转速为300rpm,真空度为4psi;
3)加入1.33gPTFE乳液(浓度为70%),机械搅拌均匀,得到负极浆料。
将以上制得的负极浆料应用于制作碳纳米管复合镍氢电池,测得其放电比容量为291.7mAh/g,与不添加碳纳米管的浆料所制备镍氢电池(对比例1)的测试结果相比,放电比容量提高16.1%。同时在3C放电倍率下,其大电流放电性能相比于对比例1增加3066.1%。相对于将碳纳米管和储氢合金进行共球磨后的样品(对比例2)制备的镍氢电池,其放电比容量提高24.2%。
对比例1
1)将13.4gHPMC水溶液(浓度为3%)、2g镍粉与38.0g含6wt%钴的LaNi5型储氢合金置于干燥洁净的50mL烧杯中,真空搅拌至完全均匀形成预混料;
2)加入0.6gPTFE乳液(浓度为60%),真空搅拌10min即得负极片浆料;
将以上制得的负极浆料应用于制作镍氢电池,测得其放电比容量为251.2mAh/g。同时其在3C放电倍率下,其大电流放电能力降为初始容量的2.3%。
对比例2
1)利用真空球磨机将质量分数为1%的碳纳米管和含6wt%钴的LaNi5型储氢合金进行真空球磨4h;
2)将13.4gHPMC水溶液(浓度为5%)、2g乙炔黑与38.0g储氢合金与碳管混合物置于干燥洁净的50mL烧杯中,真空搅拌至完全均匀形成预混料;
3)加入0.5gPTFE乳液(浓度为65%),真空搅拌10min即得负极片浆料。
将以上制得的负极浆料应用于制作碳纳米管复合镍氢电池,测得其放电比容量为234.9mAh/g。
当然,本发明还可以有多种实施例,在不背离本发明精神及其实质的情况下,熟悉本领域的技术人员可根据本发明的公开做出各种相应的改变和变形,但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种添加碳纳米管的镍氢电池负极浆料制备方法,其主要步骤如下:
1)将粘合剂水溶液、负极添加剂和储氢合金粉混合搅拌均匀形成预混料;
2)在预混料中加入一定量的碳纳米管水分散液并搅拌均匀;
3)加入一定量的聚四氟乙烯乳液,搅拌均匀,得到负极浆料。
2.按权利要求书1所述的镍氢电池负极浆料制备方法,其特征在于,所述的粘合剂水溶液中粘合剂溶质为羟丙基甲基纤维素或羧甲基纤维素。
3.按权利要求书1或2所述的镍氢电池负极浆料制备方法,其特征在于,所述粘合剂水溶液的质量浓度为1%-10%,该粘合剂水溶液中溶质粘合剂的质量为储氢合金粉质量的0.35%-3.5%。
4.按权利要求书1所述的镍氢电池负极浆料制备方法,其特征在于,所述的负极添加剂为镍粉、乙炔黑和氧化亚钴中的一种或几种。
5.按权利要求书1或4所述的镍氢电池负极浆料制备方法,其特征在于,所述负极添加剂质量为储氢合金粉质量的3%-7%。
6.按权利要求书1所述的镍氢电池负极浆料制备方法,其特征在于,所述的储氢合金粉为AB5型储氢合金粉,优选地,所述储氢合金粉为含钴质量分数为0%~10%的LaNi5型储氢合金。
7.按权利要求书1所述的镍氢电池负极浆料制备方法,其特征在于,所述碳纳米管水分散液中的碳纳米管为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管或多壁碳纳米管中的一种或几种,优选地,所述碳纳米管的直径为1nm-100nm,长度为1μm-50μm。
8.按权利要求书1或7所述的镍氢电池负极浆料制备方法,其特征在于,所述碳纳米管水分散液的质量浓度为0.2%-10%,其中,溶质碳纳米管质量为储氢合金粉质量的0.1%-5.0%。
9.按权利要求书1所述的镍氢电池负极浆料制备方法,其特征在于,步骤1)-3)任一所述的搅拌为真空机械搅拌,转速为100rpm-500rpm,真空度为1psi-6psi。
10.按权利要求书1所述的镍氢电池负极浆料制备方法,其特征在于,所述的聚四氟乙烯乳液的质量浓度为50%-70%,优选地,所述聚四氟乙烯乳液中溶质聚四氟乙烯质量为储氢合金粉质量的0.5%-2.0%。
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