[发明专利]碱性电容电池铁电极及其制备方法

说明书

本发明提供一种碱性超级电容电池铁电极，包括多孔金属集电极基体以及电极材料，电极材料的85‑95wt％为电化学活性复合材料、5‑15wt％为导电剂和粘结剂，电化学活性复合材料包括电化学活性物质和添加剂，本发明还提供一种碱性超级电容电池铁电极的制备方法，通过电极极板拉浆自动生产线将第一电极材料浆料进行填充、涂覆，经过烘干、预压、辊压、冲压切片、分片、点焊极耳，从而制成铁电极；本发明公开的制造方法制作的铁电极强度高、电性能好，制造工艺简单、一致性好、成本低廉，本发明公开的铁电极配方和制造方法适合于制作高容量、高功率的环保型镍‑铁电池、铁/空气电池、银‑铁电池等碱性二次电池的铁负极，从而制造相应的超级电池或超级电容电池。

技术领域

本发明涉及二次电池技术领域，特别是涉及碱性超级电容电池的铁电极组成与制备技术，应用于制作高容量、高功率的环保型镍-铁电池、铁/空气电池、银-铁电池等的铁负极。

背景技术

镍-铁电池是一种以铁或铁的化合物作为负极活性物质，氢氧化亚镍作为正极活性物质，氢氧化钾(钠)水溶液作为电解液的二次电池。20世纪前半叶，镍-铁电池作为动力电源广泛应用于牵引机车，但随着性能更佳的镍-镉、镍-氢电池和锂离子电池的先后成功研发和应用，镍-铁电池一度被淡出人们的视线。然而，镍-铁电池存在如下显著的优势：(1)铁电极可承受过充过放、长期放电态搁置等电性能滥用；(2)铁电极充放电循环可达2000-4000次循环，使用寿命可达10～25年；(3)相比于镍-镉电池、铅酸电池的镉负极和铅负极，以铁或铁氧化物为电活性物质的铁电极不构成对环境的污染；(4)相比于镍-氢电池以稀土元素为主的储氢合金电极，铁电极成本优势十分明显。特别是，随着环保压力日益加大，人们对绿色能源的日益重视，镍-铁电池作为一种很有发展前途的绿色环保二次电池重新受到了应有的关注。

传统袋式结构的铁电极具有制作工艺复杂、设备投入大，活性物质利用率低，高倍率放电能力较弱，自放电率高等缺点，这大大影响了镍-铁电池的性能提升，难以满足大容量储能和高性能动力电源系统的要求。鉴于此，人们研究了拉浆式制作铁电极的工艺，以期提高电极活性物质利用率和大电流放电能力。专利CN102623710A公开了一种采用发泡镍基体的铁电极：将90-95wt％Fe₂O₃、3-8wt％添加剂、1-2wt％粘接剂混合而成的水性浆料涂覆在发泡镍基体上，烘干后在氨气氛中将Fe₂O₃还原成Fe₃O₄，从而制作成铁电极，与传统袋式铁电极相比，电极活性物质利用率提高了41-47％，大电流放电能力提高了59-63.5％，适用于高倍率放电的铁镍电池。专利CN102623712A公开了采用发泡镍基体或发泡铁基体的铁电极：将85-95wt％Fe₃O₄、1-5wt％添加剂、3-7wt％导电剂、1-3wt％粘接剂混合而成的水性浆料涂覆在发泡镍基体上制作而成，发泡镍基体或发泡铁基体独特的三维网状结构和高度的微孔化，使活性物质与集流体间的距离大大缩短，大电流放电能力提高了50-65.5％，活性物质利用率提高了26-30％。专利CN102623713A公开了一种采用由钢带经机械冲孔后化学镀镍而成的带毛刺钢带基体制作铁电极：将85-95wt％Fe₃O₄、1-5wt％添加剂、3-7wt％导电剂、1-3wt％粘接剂混合而成的水性浆料涂覆在发泡镍基体上制作而成，独特的三维网状结构，使活性物质与集流体间的距离大大缩短，活性物质利用率提高了14-18.7％，大电流放电能力提高了45-48％。对应地，专利CN102623757A公开了一种以烧结式镍电极为正极、以专利CN102623713A公开的铁电极为负极叠片而成的镍-铁电池；专利CN102623758A公开了一种以烧结式镍电极为正极、以专利CN102623712A公开的铁电极为负极叠片而成的镍-铁电池；专利CN102623759A公开了一种以烧结式镍电极为正极、以专利CN102623710A公开的铁电极为负极叠片而成的镍-铁电池。实例证明，以上三种镍-铁仅仅是电池容量在现有技术基础上有所提高，大电流放电能力有一定增强，使用寿命有一定延长。