密閉型鎳金屬氫化物二次電池的化成方法技術

本發明專利技術涉及密閉型鎳金屬氫化物二次電池的化成方法，所述電池是由可電化學吸放氫的貯氫合金作為負極活物質構成負極，活物質氫氧化鎳為主體加入作為導電劑的金屬鈷或鈷化合物構成正極，負極、正極之間夾以隔膜組合成電極群，注入堿性電解液，密閉封口構成的密閉型鎳金屬氫化物二次電池，其特征是在注入堿性電解液后２小時以內，以０．２５Ｃ～１Ｃ進行初充電，初充電量至少為０．０８Ｃ，初充電后室溫至４５℃放置２～８小時。根據此方法，密閉型鎳金屬氫化物二次電池無需提高金屬鈷或鈷化合物的加入量，就可保證電池較高的放電容量，而且貯存時電壓降低少，保證了貯存性能，同時可以縮短化成所需時間。（*該技術在2024年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】
?密閉型鎳金屬氫化物二次電池的化成方法
在本專利技術涉及密閉型鎳金屬氫化物二次電池的化成方法。
技術介紹
密閉型鎳金屬氫化物二次電池如下構成：可電化學吸放氫的貯氫合金作為負極活物質構成負極，活物質氫氧化鎳為主體加入作為導電劑的金屬鈷或鈷化合物構成正極，負極、正極之間夾以隔膜組合成電極群，注入堿性電解液，密閉封口，形成密閉型鎳金屬氫化物二次電池。近年來，隨著便攜式小型電子設備和儀器的普及，小型二次電池的市場需求越來越大。其中，正極使用氫氧化鎳，電解質采用堿性電解液的鎳鎘、鎳金屬氫化物二次電池因其能量密度大、相對成本低等優點更是在市場上供不應求。尤其是采用可電化學吸放氫的貯氫合金作為負極活物質的鎳金屬氫化物二次電池與鎳鎘二次電池相比，能量密度更高，而且無鎘的污染，因而更是受到人們的青睞。密閉型鎳金屬氫化物二次電池的正極活物質為氫氧化鎳，正極片根據制作方式不同，可分為燒結式和糊料式兩種，其中糊料式鎳正極由于制作簡便，活物質充填密度高，因而被廣泛采用。為了得到較高容量密度的糊料式鎳正極，一般采用球狀氫氧化鎳作為活物質加入粘結劑、去離子水調制成糊狀物充填到發泡金屬基板中，再經干燥壓制而成。為了保證球狀氫氧化鎳與金屬基板之間以及氫氧化鎳顆粒之間充分的電接觸，減小接觸電阻，一般在調制鎳正極糊料時還需加入金屬鈷、一氧化鈷、氫氧化鈷等鈷化合物作為導電劑，以提高氫氧化鎳利用率。加入的金屬鈷及鈷化合物首先在堿電解液中溶解，與OH-發生反應，形成水溶性的鈷絡離子HCoO2-，并在堿電解液中擴散，電池初充電時HCoO2-首先被氧化成導電性的羥基氧化鈷(CoOOH)，在球狀氫氧化鎳顆粒之間以及氫氧化鎳顆粒與發泡金屬基體之間析出，形成鈷導電網絡，因而提高了氫氧化鎳活物質利用率。一般而言，密閉型鎳金屬氫化物二次電池正極中作為導電劑的金屬鈷及鈷化合物加入量為氫氧化鎳活物質與導電劑總和的3～10wt％為好。若導電劑加入量小于3wt％，則在氫氧化鎳正極中不能形成良好的導電網絡，因而活物質利用率較低，導致電池放電容量下降；若導電劑加入量大于10wt％，則在氫氧化鎳正極中雖然可形成良好的導電網絡，但由于氫-->氧化鎳活物質量相對減少，因而也不能提高容量。但是，由羥基氧化鈷組成的鈷導電網在電池放電態放置，尤其是高溫狀態放置時，易被貯氫合金負極所釋放的氫還原，或者以鈷絡離子溶出，導致氫氧化鎳活物質間導電性降低而引起容量降低，或者形成化學性質很不活潑的Co3O4，同樣，導致氫氧化鎳活物質利用率下降，而且由于Co3O4較難溶于堿液中，電池貯存后再次充電時很難被轉化為導電性的羥基氧化鈷，因而造成電池貯存后容量的不可逆損失。為了防止上述現象的出現，必須在鎳正極中加入更多量的鈷化合物，但是這樣會導致活物質氫氧化鎳量的相對減少，會導致鎳正極容量減少，即電池容量下降。另外，鎳金屬氫化物蓄電池經封口密閉后，需在室溫放置12～24小時，再經數個充放電循環，才能使鎳正極和金屬氫化物負極完全活化。充放電循環一般采用小電流如0.1C充電至規定容量的150％，再以0.2C放電至電池電壓1.0V，經過3～5個這樣的充放電循環，電池容量達到最大值，再經過30～45℃放置12～24小時的熟成處理，最終完成電池化成。由于化成前需要放置12～24小時，化成時需要數個充放電循環，以及經過12～24小時熟成處理，因而電池化成需要很長的周期，而且會大量占用大量生產設備。還有，鎳金屬氫化物蓄電池封口密閉后，化成前先放置一段時間，主要目的是使加入到鎳正極中的鈷化合物能盡量溶入到堿性電解液中，并擴散均一，在隨后的初次充電時，溶入的鈷絡離子被氧化為羥基氧化鈷。但是，如果初充電前放置的時間較長，會引起一系列問題。由于電解液不僅分布于正極，而且還分布于隔膜及負極上，因而溶于電解液的HCoO2-也會隨著電解液分布于正極、隔膜及負極上，而且隨著初充電前放置時間的延長，原先存在于正極中的鈷化合物會進一步以鈷絡離子HCoO2-形式擴散至隔膜及負極，從而導致正極中有效鈷含量減少，最終會導致活物質氫氧化鎳利用率及貯存性能的下降。其次電池封口時，難于避免地會封入一定量的空氣，空氣中的氧會將HCoO2-氧化為較為惰性的Co3O4，如果電池初充電前放置較長時間，則會使HCoO2-更多轉化為Co3O4，因而也會導致正極中有效鈷含量的減少。第三，擴散至隔膜及負極的HCoO2-，即使未被氧化，在隔膜和負極上也會沉積為β-Co(OH)2，其中隔膜上沉積的β-Co(OH)2會氧化為β-CoOOH，嚴重時會導致正、負極間短路，而負極上的β-Co(OH)2會在充電過程中被還原為金屬鈷，如果形成鈷枝晶也極有可能造成正極、負極間短路。第四，電池初充電前放置較長時間，封入的空氣中的氧還會將負極中的貯氫合金表面氧化，導致負極貯氫合金，活化困難，由于以上原因，鎳金屬氫化物蓄電池化成時，放置較長時間，反而會造成氫氧化鎳活物質利用率及貯存性能的下降。-->
技術實現思路
鑒于鎳金屬氫化物蓄電池通常的化成方法不僅需要較長的周期，大量占用生產設備，而且會引起上述一系列的問題，本專利技術提出一種密閉型鎳金屬氫化物二次電池的化成方法，以解決上述問題，。為實現上述目的，本專利技術對可電化學吸放氫的貯氫合金作為負極活物質構成負極，活物質氫氧化鎳為主體加入作為導電劑的金屬鈷或鈷化合物構成正極，負極、正極之間夾以隔膜組合成電極群，注入堿性電解液，密閉封口構成的密閉型鎳金屬氫化物二次電池化成時，在注入堿性電解液后2小時內，立即進行初充電。充電電流為0.25C～1C，充電量至少為0.08C。初充電后室溫～45℃放置2～8小時。采用本專利技術這樣的化成方法，無需提高鎳正極中鈷或鈷化合物的加入量就可保證電池較高的放電比容量，而且貯存時電壓降低少，保證貯存性能，同時縮短化成所需時間。這是因為，上述構成的密閉型鎳金屬氫化物二次電池在注入堿性電解液后2小時內立即進行初充電，一方面可使正極中加入的鈷或鈷化合物溶入堿液后，來不及擴散至隔膜及負極，另一方面也可減少或避免溶入的鈷絡離子HCoO2-被氧化為Co3O4，這樣可有效保證正極中加入的鈷或鈷化合物基本上仍保留在正極，從而無需在正極中加入更多鈷或鈷化合物，就可保證正極活物質利用率及貯存性能，同時也可減少或避免正極中加入的鈷或鈷化合物以鈷絡離子HCoO2-形式擴散至隔膜或負極所導致的正、負極間短路的可能性。電池在注入堿性電解液后2小時內立即進行初充電，還可減少或避免負極的貯氫合金因放置時間長而導致的氧化，而且由于進行了初充電使負極的貯氫合金吸收了一部分氫，因而可減少或避免在隨后的放置過程中貯氫合金的氧化。由于電池在注入堿性電解液后2小時內立即進行了初充電，因而還可減少放置時間，即縮短電池化成所需的周期。初充電后進行一段時間的擱置，是為了使注入的堿液在電池內部進一步擴散，使電解液在電池內部分布均勻，這樣有利于隨后進行的充放電。具體實施方式如上述，根據本專利技術密閉型鎳金屬氫化物二次電池密閉封口后，應在注入堿性電解液后2小時內立即進行初充電為好。注入堿性電解液到初充電開始的這一段時間越長，則正極中加入的鈷溶入電解液越多形成的鈷絡離子HCoO2-被氧化為Co3O4的可能性也越大，造成正極中鈷含量相對減少，另外還會造成負極貯氫合金因放置而氧化，因本文檔來自技高網...

【技術保護點】
密閉型鎳金屬氫化物二次電池的化成方法，所述電池是由可電化學吸放氫的貯氫合金作為負極活物質構成負極，活物質氫氧化鎳為主體加入作為導電劑的金屬鈷或鈷化合物構成正極，負極、正極之間夾以隔膜組合成電極群，注入堿性電解液，密閉封口構成的密閉型鎳金屬氫化物二次電池，其特征是：在注入堿性電解液后２小時以內進行初充電。

【技術特征摘要】
1.密閉型鎳金屬氫化物二次電池的化成方法，所述電池是由可電化學吸放氫的貯氫合金作為負極活物質構成負極，活物質氫氧化鎳為主體加入作為導電劑的金屬鈷或鈷化合物構成正極，負極、正極之間夾以隔膜組合成電極群，注入堿性電解液，密閉封口構成的密閉型鎳金屬氫化物二次電池，其特征是：在注入堿性電解液后2小時以內進行初充電。2.如權利要求書1所述的密閉型鎳金屬氫化物二次電池的化成方法，其特征是：所述的作為導電劑加入正極中的金屬鈷或鈷化合物為金屬鈷、一氧化鈷或氫氧化亞鈷。3.如權利要求書1所述的密閉型鎳金屬氫化物二次電池的化成方法，其特征是：在注入堿性電解液后2小時內的初充電是以0.25C～1C電流進行充電，充電量至少為0.08C。4.如權利要求書3所述的密閉型鎳金屬氫化物二次電池的化成方法，其特征是：在注入堿性電解液后2小時內，以0.25C～1C電流進行充電量至少為0.08C的初充電后進行擱置。5.如權利要求書4所述的密閉型鎳金屬氫化物二次電池的化成方法，其特征是：在注入堿性電解...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李維，耿偉賢，
申請(專利權)人：比亞迪股份有限公司，
類型：發明
國別省市：94[中國|深圳]