CN108832128A - 一种铁镍二次电池铁负极粘结剂 - Google Patents

一种铁镍二次电池铁负极粘结剂 Download PDF

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陈曦
刘达
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Abstract

本发明提供了一种铁镍电池负极粘结剂及采用该粘结剂的铁负极的制备方法。上述粘结剂由含量为30%～80%不溶于水的疏水性高氯化聚乙烯、氯化聚氯乙烯等高分子树脂与含量为20%～70%亲水性羟丙基纤维素、羟乙基纤维素等纤维素衍生物高分子树脂等混合而成，然后溶于芳香烃配成1%～10%的溶液。将30%～60%铁负极材料与40%～70%上述溶液配成浆料，将上述浆料涂覆在导电集流基体上，干燥，辊压，形成铁负极。采用本发明粘结剂制作的铁负极不溶于水，具有粘附性能好、耐碱性及耐老化性能优异的特点，在常温和高温下不起皮，不掉渣，不但提升了电池性能，延长了电池使用寿命，同时拓宽了电池的使用温度范围。

Description

一种铁镍二次电池铁负极粘结剂
技术领域
本发明属于碱性二次电池技术领域，具体涉及一种铁镍二次电池铁负极粘结剂，及采用该粘结剂的铁负极的制备方法。采用本发明所述粘结剂制备的铁负极，具有比容量大，循环寿命长，耐高温性能好的优点，可用于储能及动力铁镍二次电池中。
背景技术
铁镍电池是由氢氧化镍正极、铁或其氧化物负极，氢氧化钠或氢氧化钾等强碱水溶液电解液构成的一种二次电池。铁镍电池不含铅、镉、汞等有毒重金属元素，属于绿色环保型碱性二次电池。与铅酸电池比具有明显优势：（1）安全无毒。（2）比能量高。比能量可达铅酸的两倍以上。（3）使用寿命长。当DOD=80 %时，可充电2000次-4000次，使用寿命可达10-20年。另外，该类电池还有耐过充、耐滥用等优势。这些特性使得铁镍电池特别适用于储能和动力电池领域，比如太阳能路灯，通讯基站及电动车等方面的应用。
现有的较为先进的铁镍蓄电池的负极制造技术多采用拉浆法制备的粘结式铁电极和发泡式铁电极。电极粘结剂通常采用高粘度聚乙烯醇（PVA）作粘结剂，成本低，在常温和低温时具有较好的性能。PVA本身是亲水的，可溶于热水，在较高温度下电极容量明显衰减。负极粘结剂也可以采用聚四氟乙烯（PTFE）作粘结剂，但PTFE本身无溶剂，粘结力较小，因此制备的电极需要加较高的压力成型或在高温烧结，导致制作工艺复杂，提高了电池的制造成本。因此开发兼具PVA和PTFE二者优势，一种不溶于水的耐高低温、粘结性能好的新型负极粘结剂，可用于拉浆法粘结式铁电极和发泡式铁电极，对开发成本低、使用温度宽、放电能力强、寿命长的铁镍蓄电池具有重要意义。
发明内容
发明目的：为解决当前铁镍电池负极粘结剂上述诸多的问题，提出一种铁镍二次电池铁负极粘结剂，及采用该粘结剂的铁负极的制备方法。
技术方案：
一种铁镍二次电池铁负极粘结剂，由不溶于水的疏水性的高分子树脂与亲水性的高分子树脂混合而成；
所述疏水性的高分子树脂为高氯化聚乙烯或氯化聚氯乙烯中的一种或混合，含量为30%～80%；
所述亲水性的高分子树脂为羟丙基纤维素或羟乙基纤维素中的一种或混合，含量为20%～70%。
一种使用所述铁镍二次电池铁负极粘结剂制备铁负极的方法，优选地：
该方法依次为：将所述铁镍二次电池铁负极粘结剂溶于芳香烃制得溶液；将所述溶液与导电剂、铁负极材料混合配成浆料；将制得浆料涂覆在导电集流基体上；干燥；得铁负极。
所述的制备铁负极的方法，优选地：所述溶液使用的芳香烃溶剂为甲苯、二甲苯及其与丙酮、丁酮中的一种或多种组成的混合溶剂；所述溶液中树脂的含量为1%～5%。
所述的制备铁负极的方法，优选地：所述铁负极材料为三氧化二铁、四氧化三铁或铁粉中的一种或多种混合物。
所述的制备铁负极的方法，优选地：所述导电剂为石墨、乙炔黑、碳纳米管或石墨烯中的一种或多种的混合物。
所述的制备铁负极的方法，优选地：所述导电集流基体的材料为泡沫镍或穿孔镀镍不锈钢带。
所述的制备铁负极的方法，优选地：将溶液、导电剂、铁负极分别按50%～70%，5%～10%，20%～45%的比例混合配成浆料，通过喷涂、刷涂或刮涂等涂覆在导电集流基体上，再通过干燥，加压形成铁负极。
优点及效果：
本发明粘结剂制备的铁负极具有较高的容量。这是由于本发明铁负极粘结剂中高氯化聚乙稀不溶于水，耐候性能好，拓宽了铁镍电池的使用温度范围，可以用于实际铁镍电池负极的制备过程。尽管本发明是针对铁镍电池开发的负极粘结剂，也可用于镍锌电池、镍氢电池等碱性二次电池负极粘结剂。
具体实施方式：
本发明涉及的负极粘结剂由不溶于水的疏水性的高分子树脂与亲水性的高分子树脂按一定比例混合而成，并且两者可以溶于同一溶剂。本发明还涉及使用该粘结剂的铁负极的制备方法，使用时将二者溶于含芳香烃的溶剂，将形成的溶液、导电剂、铁负极材料混合配成浆料，涂覆在导电集流基体上，再通过干燥，形成铁负极。
上述的不溶于水的疏水性的高分子树脂为高氯化聚乙烯、氯化聚氯乙烯等耐温、耐碱性能好的价格低廉的高分子材料中的一种或多种的混合物，亲水性的高分子树脂为羟丙基纤维素、羟乙基纤维素等纤维素衍生物中的一种或多种混合物。上述二者组成的混合物中，前者含量为10%～90%，其余为后者。
优选地，上述两种树脂混合物中，疏水性的高分子树脂含量为40%～75%，亲水性的高分子含量为60%～75%。
上述两种树脂混合物中，疏水性的高分子树脂与亲水性的高分子树脂有共同的芳香烃溶剂，这些溶剂可以为甲苯、二甲苯中的一种或其混合物，在此基础上，还可以再添加丙酮、丁酮中的一种或多种的混合溶剂，使用时配成1%～10%的含有两种树脂的溶液。
优选地，上述含有两种树脂的溶液的固含量为4%～6%。
本发明所述的粘结剂的铁负极的制备方法，是将铁负极材料（含10～25%导电剂）与树脂溶液分别按30%～60%，40%～70%的含量混合配成浆料，通过喷涂、刷涂或刮涂等涂覆在导电集流基体上，再通过干燥，加压形成铁负极。
优选地，铁负极材料及上述树脂溶液的含量分别为40%～50%，50%～70%。
上述的铁负极材料可以为Fe2O3、Fe3O4或铁粉中的一种或多种的混合物；上述的导电剂可以为石墨、乙炔黑、碳纳米管、石墨烯等碳材料中的一种或多种的混合物；上述的导电集流基体材料可以为泡沫镍、穿孔镍带、穿孔镀镍不锈钢带、镍网、镀镍不锈钢网等。
为了更好阐明本发明的思想，实施例1和实施例2具体给出了本发明的一种粘结剂的配制方法及采用本发明粘结剂铁负极的制备方法。
实施例1
将3g高分子量的高氯化聚乙烯、1.5g羟丙基纤维素与95.5克二甲苯在锥形瓶容器中混合，密封，置于全温振荡器中，加热至50℃，振荡5h，得到透明的溶液，保存备用。取1克Fe2O3，0.10克石墨粉混合均匀后，取配制好的本例中上述溶液1克与之混合，充分搅拌，脱泡，然后涂敷2cm×5cm,厚度为2.2mm，开孔数为100PPI的泡沫镍上面，晾干，辊压至厚度为0.4mm。测试方法：取同样大小，厚度为1mm的工业化烧结镍电极作为工作电极，0.2mm的亲水化聚丙烯毡为隔膜组成单电池进行评价。电解质为6MKOH和0.1M Li(OH)水溶液，测试温度为20℃和70℃。充放电制度为：（1）第一个循环，30mA充电 12h，30mA放电至截止电压0.8V；（2）第二循环及以后循环，60mA充电至300mAh，30mA放电至截止电压0.8V。取前6六个循环的容量的测试结果如下：
循环次数 1 2 3 4 5 6
容量（mAh，20℃） 132 234 268 279 281 286
容量（mAh，70℃） 187 220 236 245 256 266
实施例2
将3g中分子量的高氯化聚乙烯、2g羟丙基纤维素与95克二甲苯在锥形瓶容器中混合，密封，置于全温振荡器中，加热至50℃，振荡5h，得到透明的溶液，保存备用。取1克Fe3O4，0.15克石墨粉混合均匀后，取配制好的本例中上述溶液1克与之混合，充分搅拌，脱泡，然后涂敷2cm×7.5cm,厚度为1.8mm，开孔数为120PPI的泡沫镍上面，晾干，辊压至厚度为0.3mm。测试方法和充放电制度与实施例1相同，前6六个循环的容量的测试结果如下：
循环次数 1 2 3 4 5 6
容量（mAh，20℃） 118 215 282 290 291 294
容量（mAh，70℃） 136 223 264 269 271 271
发明效果：从实施1，2，可以看出采用本发明粘结剂制备的铁负极在常温20℃和70℃下都有较高的容量。这是由于本发明铁负极粘结剂中高氯化聚乙稀不溶于水，耐候性能好，拓宽了铁镍电池的使用温度范围，可以用于实际铁镍电池负极的制备过程。尽管本发明是针对铁镍电池开发的负极粘结剂，也可用于镍锌电池、镍氢电池等碱性二次电池负极粘结剂。为说明本发明的实际效果，本发明给出了两个实施例，并不意味着是最优化的配方或工艺过程，或限制使用范围。任何在本发明基础上修改负极粘结剂，并应用于铁镍电池负极或其它碱性二次电池负极中均在本发明专利保护范围之内。

Claims (7)

1.一种铁镍二次电池铁负极粘结剂，其特征在于：
由不溶于水的疏水性的高分子树脂与亲水性的高分子树脂混合而成；
所述疏水性的高分子树脂为高氯化聚乙烯或氯化聚氯乙烯中的一种或混合，含量为30%～80%；
所述亲水性的高分子树脂为羟丙基纤维素或羟乙基纤维素中的一种或混合，含量为20%～70%。
2.一种使用如权利要求1所述铁镍二次电池铁负极粘结剂制备铁负极的方法，其特征在于：
该方法依次为：将所述铁镍二次电池铁负极粘结剂溶于芳香烃制得溶液；将所述溶液与导电剂、铁负极材料混合配成浆料；将制得浆料涂覆在导电集流基体上；干燥；得铁负极。
3.根据权利要求2所述的制备铁负极的方法，其特征在于：所述溶液使用的芳香烃溶剂为甲苯、二甲苯及其与丙酮、丁酮中的一种或多种组成的混合溶剂；所述溶液中树脂的含量为1%～5%。
4.根据权利要求2所述的制备铁负极的方法，其特征在于：所述铁负极材料为三氧化二铁、四氧化三铁或铁粉中的一种或多种混合物。
5.根据权利要求2所述的制备铁负极的方法，其特征在于：所述导电剂为石墨、乙炔黑、碳纳米管或石墨烯中的一种或多种的混合物。
6.根据权利要求2所述的制备铁负极的方法，其特征在于：所述导电集流基体的材料为泡沫镍或穿孔镀镍不锈钢带。
7.根据权利要求2所述的制备铁负极的方法，其特征在于：将溶液、导电剂、铁负极分别按50%～70%，5%～10%，20%～45%的比例混合配成浆料，通过喷涂、刷涂或刮涂等涂覆在导电集流基体上，再通过干燥，加压形成铁负极。
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