[发明专利]一种碱性电池用管式镍电极及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碱性电池，具体涉及一种碱性电池用管式镍电极及其制备方法。

背景技术

碱性蓄电池中，活性物质羟基氧化镍/氢氧化镍在多种蓄电池体系中广泛使用，如氢镍电池、金属氢化物镍电池、铁镍电池、锌镍电池等。氢氧化镍包括α、β两种晶型，对应于羟基氧化镍的β、γ两种晶型，为质子扩散的反应机制，电化学反应过程伴随着体积变化。

传统上，镍电极的制备方法有3种：1、袋(盒)式电极，活性物质与导电物质石墨等混合填充到袋中或装在镀镍的打孔钢盒内，经压实后制成电极；2、烧结式电极，将镍粉与造孔剂按一定比率混合，与镀镍钢带骨架一起压制成型或涂覆在骨架上，通过还原气氛下烧结制备得到烧结式基体，化学或电化学浸渍活性物质后制成电极；3、泡沫式或纤维式镍电极，采用泡沫镍或纤维镍毡作为电极的集流体，活性物质、导电剂、添加剂及粘结剂组成的活性物料填充于集流体孔隙后制成电极。袋(盒)式镍电极机械强度好、可靠性高、材料便宜，但是比容量、比能量较低，大电流放电性能较差，现袋(盒)式镍电极应用领域逐渐减小，现在仅仅用于对体积、质量要求不高，电流不大的固定使用场所。烧结式镍电极机械强度高、导电性能好、倍率性能高，但是比容量低、造价高、能耗高，特别是镍用量高，难以降低成本。因基体具有高孔隙率及低密度的特点，泡沫式和纤维式镍电极具有很高比容量，但是电极的机械强度低，因活性物质的体积变化引起电极的膨胀导致电极变形、活性物质脱落，影响电极循环寿命。我们提出了锌镍单液流电池(ZL 200610109424.7)，具有比能量高、比功率大、工作温度范围宽广的特点，并且原材料丰富、成本低，不会对环境造成污染，作为储能电源具有广泛的应用前景，适用于与风能、太阳能等可再生能源配套进行可再生能源储能。在锌镍单液流电池中，镍电极是重要的零部件之一，也面临镍电极比容量低、造价高的难题。

目前的成品镍电极存在以下问题：（1）充放电过程中，羟基氧化镍/氢氧化镍体积有明显变化（膨胀，收缩），导致活性物质脱落严重，电极寿命受损；（2）镍电极面容量小，成为制约碱性电池总电容量、比能量的瓶颈；（3）工艺复杂、成本高，尤其是烧结镍电极，成本占单个电池成本的一半以上，成为碱性电池成本制约因素及碱性电池用于规模化储能的比能量制约因素。

综上所述，新型镍电极的改进和提高是有效提高和改进碱性电池的关键。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种碱性电池用管式镍电极及其制备方法，确保使用过程中正极活性物质不脱落，提高镍电极的容量，延长电池使用寿命。

为解决以上技术问题，本发明采取的一种技术方案是：

一种碱性电池用管式镍电极，包括至少一根的导电基芯、与导电基芯一端相连接的集电极、套设在导电基芯外的排管，排管的一端封闭另一端与集电极相抵，导电基芯的数目与排管的管数相同，导电基芯与排管之间填充有活性物质。

优选地，排管由纤维纺织材料编织、经固化剂固化定型而成，纤维纺织材料为锦纶丝、丙纶丝、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯中的一种或几种组合。

优选地，排管的孔隙率≥50%，排管的编织孔径不大于50微米，排管的孔隙小于活性物质的粒径。

优选地，排管的横截面形状为圆形、椭圆形、正方形、长方形、腰形中的一种。

优选地，导电基芯的材质为泡沫镍、镍、镀镍不锈钢、镀镍钢中的一种。

优选地，导电基芯的横截面形状为圆形、环形、星形、方形中的一种。

优选地，排管的一端由扣底封闭。

进一步优选地，扣底为与排管配套的密封扣，密封扣的材质为尼龙、聚乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯醇、呋喃树脂中的一种或几种组合物。

优选地，活性物质为含有氢氧化镍、镍粉、氧化钴的混合镍电极浆料。

活性物质中的活性成分是氢氧化镍、羟基氧化镍的混合氧化物，可以是碱性电池常用球镍、纳米氢氧化镍或他们的混合物，可以是羟基氧化钴包覆的氢氧化镍。

优选地，集电极的材质为镍、镀镍不锈钢、镀镍钢中的一种，集电极与排管相抵部位的形状为与排管的内管相密封配合的形状。

一种涉及上述的碱性电池用管式镍电极的制备方法，包括以下步骤：