[发明专利]碱性储氢合金蓄电池

说明书

本发明属于碱蓄电池。

现有广泛使用的方形大容量蓄电池主要是铅酸电池和镍—镉电池。这些类蓄电池体积大，份量重，能量密度低，高倍率放电性能差，对环境污染严重，不能满足现代高科技领域中仪器和设备使用的要求。

为了克服上述类型蓄电池的种种缺点，从70年代初起，开始对储氢合金电极的电池进行研究[1]。由储氢合金负极与氧化镍正极组成的碱性蓄电池大幅度提高电池的能量密度，高倍率充放电性能优良，无记忆效应，可以快速充放电，无环境污染。

但是，目前如文献[2]、[3]中所报道，储氢合金蓄电池的开发主要是便携式设备上用的圆筒密封形。这种电池不能有效地利用存放空间，容量较小，一般在1-2AH(0.2C放电)，并且这种电池的正负电极均被卷成螺旋状，制造工艺复杂。文献[4]、[3]中报道的储氢合金电极为稀土镍系合金电极，一般只能采用粘结法来制备，机械强度较差，循环寿命较短，容易微粉化。文献[5]、[6]虽然报道了钛镍系储氢合金电极的制造，但成形工艺为将储氢金属粉末与导电材料粉末一起烧结制成多孔电极，其微粉化、裂化及脱落现象仍较明显。

本发明的目的是提供一种方形大容量碱性储氢合金蓄电池及其储氢合金负极—钛镍体系储氢合金电极的制备方法。这种方形大容量碱性储氢合金蓄电池完全可以替代铅酸电池和镍—镉电池用于大型动力电源及航空航天领域，没有污染。本发明电池的储氢合金—钛镍体系储氢合金电极的制备注重制备工艺的简化，采用将原料金属粉末用粉末冶金法一次制成合金并成形各种规格尺寸的普通片状电极，这种电极的抗微粉化、裂化及脱落现象的能力得以明显提高，延长了电池的循环使用寿命。

本发明的碱性储氢合金蓄电池的构成包括烧结式片状氧化镍正极、片状钛镍体系储氢合金负极，由含1-2％ LiOH的5-6N浓度的KOH溶液组成的电解液，由能承受因电池高倍率放电引起温度变化的材料，如尼龙无纺布、尼龙绸布等外加一层辐射接枝聚乙烯膜构成的隔膜，以及能收纳上述全部正极、负极、电解液及隔膜的方形外壳。本发明电池可以是开口的，也可以是密封的。开口方形电池外壳为塑料材质，密封方形电池外壳为金属材质，并在外壳上部设有一能承受10Kg/cm²以下压力的阀门。本发明电池的正、负电极和隔膜交替排列，排列层数的多少要根据电池容量大小的要求而定，但负极的容量要过量10-50％。

本发明电池的钛镍体系储氢合金负极是采用粉末冶金法一次制成所需规格尺寸的片状电极。具体制备方法是先将各种金属粉末按所需原子比配料组成成分为Ti_m-xA_xNi_1-yDy(其中1≤m≤2，0≤x≤1，0≤y≤0.75，A是Mo、Zr、Mg、Ca、Ba、B稀土元素或混合稀土合金粉末中的一种，D是Cr、Mn、Co、Fe、Cu、Al、B、Zr稀土元素或混合稀土合金粉末中的一种，A和D也可以是其相应金属元素的氢化物粉末)的合金原料，经过球磨混均，采用干法或湿法使金属粉末嵌入作为电极骨架的镍网或镀镍钢带中，并形成合金片状电极。干法是将原料金属粉末直接填充在发泡镍网中，用1-15吨/厘米²的压力压制，然后在真空度为10^-2-10^-4乇，温度为750-1100℃的条件下烧结，恒温0.5-5小时、冷却后取出即制成钛镍体系储氢合金电极。湿法是在混均的原料金属粉末中加入0.5-5％的粘结剂CMC(羧甲基纤维素钠)，或MC(甲基纤维素)或聚乙烯醇，再加入1-10％的乙醇及5-20％水，混合成浆，在发泡镍网或镀镍钢带骨架上，拉浆、烘干、滚压，最后在氩气保护或真空度为10^-2-10^-4乇、温度为750-1100℃条件下烧结形成钛镍体系储氢合金电极。

本发明与现有储氢合金蓄电池相比，具有如下优点：

本发明储氢合金蓄电池为方形，与圆柱形相比可充分利用存放空间，其电极栓更耐冲击和震动，其容量设计可由电极片尺寸大小和数量来决定，因此可根据需要提供容量为5-200AH的产品。由于本发明电池采用钛镍体系储氢合金负极与氧化镍正极，大幅度地提高了电池的能量密度，可达到30-55wh/Kg。