[发明专利]金属氢化物-镍电池增碳负极及提升功率的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属氢化物-镍电池增碳负极及提升功率的方法。

背景技术

近十年来，超级电池(Ultrabattery)，简称“超电池”，其对传统电池行业有着强大吸引力。这种吸引、主要源于提升传统电池的循环寿命、输出功率和低温性能等迫切需求。

传统电池，循环寿命难突破10³数量级，输出功率很难突破30C(倍率)放电，低温性能方面难突破零下-50℃放电大关。而对于传统的电容(capacity)，这些电池难突破的指标，对其来说，达到该指标轻而易举；电容的循环寿命至少在10⁴数量级，50倍率放电和零下-50℃放电都易于实现。显见，利用功率密度高的电容弥补功率密度低的传统电池缺陷，是超电池对传统电池行业强大吸引力核心所在。

一种观点认为，目前电池行业的超电池技术，一定程度上受到生物的转基因技术影响，即电池行业的超电池本质上类同生物学领域中，将一定量电容的“基因”(gene)通过电的共性这种“核酸”转移到电池中，诸如循环寿命至少在10⁴数量级、50倍率放电和零下-50℃放电这些电容的“遗传因子”(genetic factor)能在电池中获得一定程度的“基因表达”(gene expression)。

比较早的开展将传统电池转化为超电池的研制工作，为澳大利亚联邦科学及工业研究组织(COMMONWEALTH SCIENTIFIC AND INDUSTRIAL RESEARCH ORGANISATION)，该工业研究组织将活性炭与碳毡等电容材料与极板内置到传统铅酸蓄电池中，构造以铅酸蓄电池为基础的超电池；这种做法，站在电池材料增减的视角，相当于铅酸蓄电池增碳；站在电池与电容杂交或杂化制造的视角，相当于铅酸电池内部并联电容；站在法拉第赝电容的视角，相当于赝电容跨越自身极限或容量无穷大的赝电容。CSIRO后期与日本古河电池株式会社(FURUKAWA BATTERY CO LTD)合作，构建的铅酸电池增碳型超电池的专利群列于表1。

表1澳大利亚联邦科学及工业研究组织构建铅酸电池增碳型超电池的专利群简表

表1专利群中的第10个专利揭示，极板增碳后，该改良较优的超电池放电截止电压规定在1.5V、循环寿命达到十万次左右。

此后，中国、韩国及日本的一些公司或团体也公开了类似于澳大利亚联邦科学与工业研究组织铅酸电池增碳型超电池的若干专利，诸如：中国专利局公开的南京双登科技发展研究院有限公司申请题目为“一种铅碳超电容电池负极制作方法”的CN200910183503.6号专利等等。

受此影响或相互影响，锂离子可充电电池制造业，以锂离子电池为基础、在集流体背面等涂覆活性炭，极板增碳后，构造以锂离子电池为基础的超电池(也称为电容电池)，相应的一些专利公开也不少，诸如在中国专利局公开的CN201110101605.6号专利和CN200810031490.6号专利等等。

从以上“铅酸超电池”和“锂离子超电池”(电容电池)的发明不难归述出：目前超电池转移电容“基因”的材料载体主要是碳材料，该碳材料主要为活性炭、导电炭黑，碳纳米管、碳气凝胶和石墨粉等，只有在电池中增加这些碳材料；超电池中电容的“遗传因子”才能或多或少的表达出倍率放电、低温放电和长循环寿命。

金属氢化物-镍电池，或俗称的镍-氢电池，以往以镀镍钢带为集流体的拉浆负极制造中，也要添加少量的导电炭黑，目的主要是增加“退让性”。电池负极片轧膜过程或电池充电、储氢合金粉吸氢膨胀；负极材料中含有该退让性的材料成分，可避免轧制压力下或储氢合金粉吸氢膨胀压力下，活性物质与集流体松弛或掉粉，导致电池容量下降、内阻增加。

以泡沫镍为集流体的金属氢化物-镍电池负极制造中，尤其是干法负极制造中，加入少量导电炭黑替代价格昂贵的T210羰基镍粉或替代T255羰基镍粉，该导电炭黑在负极中的角色为“导电剂”，加入其主要目的是降低成本；其次是增加退让性。

以湿法烧结镍阳极为正极的金属氢化物-镍电池制造中，浸渍镍盐与碱之前的多孔碳骨架，其本身也为碳材料。

可见：金属氢化物-镍电池，正、负极中自身就含有超电池电容“基因”的碳材料。传统的金属氢化物-镍电池不能称为现代意义上的镍-氢超电池，主要原因可能出在碳含量不够多，或者自身原有的碳、对倍率放电、低温放电和长循环寿命这些电容的“遗传因子”没有充分的“基因表达”。