[发明专利]一种单袋式大功率铁镍二次电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种单袋式大功率铁镍二次电池，电池极板组由烧结镍正极板、袋式铁负极板及位于烧结镍正极板和袋式铁负极板之间的多层复合隔膜构成，袋式铁负极板由穿孔钢带和电极材料组成，其中电极材料由铁基活性材料、导电剂、添加剂和粘结剂组成，添加剂由氧化锌、硫化铋、氧化铈、硫化亚铜、氢氧化铜、氢氧化镱、氢氧化锆或氧化铋中的至少一种和Ni‑Al‑M三元层状氢氧化物中的至少一种组成，所述电解液为富液状态的含有添加剂的碱性溶液。本发明通过对负极配方的优化、电解液配方的优化及隔板的优化选择，改善了负极活性物质利用率，降低了电池内阻，尤为重要的是提高了负极充电效率和倍率性能，使得电池使用寿命得以延长。

技术领域

本发明属于铁镍二次电池技术领域，具体涉及一种单袋式大功率铁镍二次电池及其制备方法。

背景技术

众所周知，大容量袋式电池由于具有机械强度高的袋式正负极板及富余的电解液可以有效保证其循环稳定性。大容量镉镍袋式电池具有安全、耐用、循环寿命长等特点，目前已广泛用于铁路机车、矿山、装甲车辆、飞机发动机等作起动或应急电源等工业领域。但是镉镍二次电池由于镉电极的污染问题，发展受到极大限制。容量越大，安全方面隐患就会越多。制备大容量的锂离子电池用于轨道交通等重要社会领域将会存在较大的安全隐患。开发工业领域用的大容量绿色新型电池已经刻不容缓。

传统袋式铁镍二次电池具有安全、绿色无污染及对环境友好等优点，曾在多个应用领域得到快速发展。然而，传统袋式电池所使用的正极材料通常是普通型非球型β型氢氧化镍，该材料振实密度较低，仅能达到1.5g/cm³，远低于球形氢氧化镍(2.1g/cm³)，这造成其正极体积比能量较低，同时β型氢氧化镍容易晶体膨胀粉化造成其循环寿命较差，因此袋式镍正极板通常要添加大量的氢氧化镍材料，容易造成资源的浪费。目前商业化的袋式铁负极板也存在克容量低，活性物质的克容量仅能达到约200mAh/g，造成其比能量偏低。此外，传统袋式铁镍二次电池采用的是较厚的绝缘塑料栅板，造成电池整体体积比能量较低、内阻偏大且放电倍率低。此外，该铁镍二次电池成本偏高、循环性能差，很难满足储能领域的要求。

发明内容

本发明针对目前铁镍二次电池存在的比能量低、倍率性能差、循环寿命短及成本高等问题而提供了一种单袋式大功率铁镍二次电池及其制备方法。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种单袋式大功率铁镍二次电池，包括电池壳、位于电池壳内的电池极板组和电解液及设置于电池壳上且与正负极相连的电极柱和排气阀，其特征在于：所述电池极板组由烧结镍正极板、袋式铁负极板及位于烧结镍正极板和袋式铁负极板之间的多层复合隔膜构成，所述袋式铁负极板由穿孔钢带和电极材料组成，其中电极材料由铁基活性材料、导电剂、添加剂和粘结剂组成，添加剂由氧化锌、硫化铋、氧化铈、硫化亚铜、氢氧化铜、氢氧化镱、氢氧化锆或氧化铋中的至少一种和Ni-Al-M三元层状氢氧化物中的至少一种组成，M为Zn、Cu、Zr或Ce，所述电解液为富液状态的含有添加剂的碱性溶液。

进一步优选，所述袋式铁负极板的电极材料由65-96.9wt.铁基活性材料、1-20wt.％导电剂、2-10wt.％添加剂和0.1-5wt.％粘结剂组成，其中铁基活性材料为四氧化三铁、氧化亚铁、三氧化二铁或硫化亚铁中的至少一种，导电剂为导电碳材料、镍粉、锌粉、铜粉、铁粉或亚氧化钛中的至少两种，粘结剂为羧甲基纤维素钠、聚乙烯醇、聚丙烯酸钠、聚四氟乙烯或丁苯橡胶中的至少一种。