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CN101026234A - 锌镍电池负极片 - Google Patents

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CN101026234A CNA2007100733322A CN200710073332A CN101026234A CN 101026234 A CN101026234 A CN 101026234A CN A2007100733322 A CNA2007100733322 A CN A2007100733322A CN 200710073332 A CN200710073332 A CN 200710073332A CN 101026234 A CN101026234 A CN 101026234A
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Abstract

一种锌镍电池负极片1，包括负极片基体11及附着在其上的负极活性材料12，所述负极片基体11为锌片或锌网。本发明证明了长期以来，人们认为在锌镍电池中不宜采用金属锌带或锌网作为负极导电基体是一种技术偏见，用这种负极基体制作成负极片并与镍正极装配成的锌镍电池，比现有的以铜带为负极导电基体的锌镍电池具有更为优良的大电流放电性能、更长的循环寿命及更好的储存性。

Description

锌镍电池负极片
技术领域
本发明涉及一种可反复充电的锌镍电池的负极片。
现有技术
锌的资源丰富，价格低廉。锌镍电池具有析氢过电位较高，可逆性好，能量密度高，平均电压高(1.65V)，阳极溶解较均匀等优异性能，更主要的是锌金属绿色环保，对环境不造成污染，作为可充电电池的负极材料是极有发展潜力的。
锌镍可充电电池被人类发现与研究已有百年历史，与目前国际上广泛使用的铅酸电池、镉镍电池的研发基本同步。虽然铅酸、镉镍电池含有重金属及有毒物质铅和镉，但由于这两种电池性能稳定，使用可靠，性价比优良，一百多年来始终是二次电池的主力军，广泛应用于通讯、电力、汽车、火车、航空、航天、UPS电源、家用电器、电动工具和电动玩具等领域。
但是，一百年来，为什么锌镍二次电池无法实现商品化、产业化呢？限制锌镍电池快速发展的真正原因是什么呢？因为锌是一种两性金属，特性活泼，既能溶于酸，又能溶于碱，同时产生氢气。并且锌负极在碱性电解液中存在着变形、腐蚀、钝化等问题。同时锌负极在碱性电解液中充电时会产生树枝状结晶，称为锌枝晶。锌枝晶尖端的电流密度高，枝晶尖端不断沉积生长，形成针状晶体，从而穿透隔膜纸，造成电池短路而失效。
锌的腐蚀是“气涨”、爬碱漏液、容量衰减快、循环寿命短、锌镍电池不稳定、不可靠的主要原因。
现有锌镍电池的锌负极，通常是采用冲孔铜带、铜网、泡沫铜等材料为负极导电基体，在负极基体的一面或两面附着含有ZnO、Zn或锌酸钙等含锌元素的活性物质，压制而成。采用这种锌负极片装配成的锌镍电池，由于锌负极自身因为铜基体与锌活性物质之间存在明显的电位差(铜+0.337V，锌-0.768V，电位差为1.105V)，因此锌负极在碱液中即会形成以铜为正极、锌为负极的腐蚀电池。这种负极腐蚀电池将无时无刻、不间断地进行电化学反应，导致锌负极活性物质容量的衰减、析出氢气，产生“气涨”、爬漏碱及自放电等严重质量问题。
技术方案
本发明解决的技术问题是克服上述缺点，提供一种全新的锌镍电池负极片。
本发明的技术方案是：设计一种锌镍电池负极片，包括负极片基体及附着在其上的负极活性材料，所述负极片基体为锌片或锌网。
所述负极片基体的含锌量大于或等于98.5％至小于或等于99.995％。
所述负极片基体的含锌量等于98.7％。
所述负极片基体的含锌量等于99.5％。
所述负极片基体的含锌量等于99.95％。
所述锌片为穿孔锌带。
由于本发明采用了所述负极片基体为锌片或锌网，克服了长期以来，人们认为不宜采用锌片或锌网作为锌镍电池负极导电基体的技术偏见。用这种金属锌带作为负极导电基体所制作的锌镍电池负极片，与镍正极结合装配而成的锌镍电池，比现有以铜带为负极导电基体的锌镍电池具有更为优良的大电流放电性能、更长的循环寿命及更好的储存性。
同时，金属锌的价格低于金属铜，因而电池成本亦低于现有以铜为负极基体的锌镍电池，性价比大大提高。
附图说明
图1：为锌镍电池负极片的剖面示意图；
图2：负极基体为铜带的锌镍电池循环寿命检测数据图；
图3：负极基体为锌带(含锌量为98.5％)的锌镍电池循环寿命检测数据图；
图4：负极基体为锌带(含锌量为98.7％)的锌镍电池循环寿命检测数据图；
图5：负极基体为锌带(含锌量为99.5％)的锌镍电池循环寿命检测数据图；
图6：负极基体为锌带(含锌量为99.95％)的锌镍电池循环寿命检测数据图；
具体实施方式
请参见图1，图1为锌镍电池负极片的剖面示意图；它是一种锌镍电池负极片1，包括负极片基体11及附着在其上的负极活性材料12，所述负极片基体11为锌片；所述负极活性材料12的组份为：氧化锌50％；锌酸钙20％；氧化钡3.0％；氧化铋1.5％；氧化铟1.0％；氧化铅1.5％；锌3.0％；镉1.0％；其余为用水调制的粘结剂。上述负极片基体11是用符合中国国家标准GB/T 470-1997《锌锭》的锌锭(含锌量为98.7％)直接轧成锌片而成，为了加强负极片基体11与负极活性材料12粘合度，也可以在所述负极片基体11上设置许多穿孔。负极片基体11也可以用符合中国国家标准GB/T 470-1997《锌锭》的锌锭或符合国际标准ISO 752-1981(E)《锌锭》的锌锭直接做成锌网来实现。
本申请人用符合中国国家标准GB/T 470-1997《锌锭》或国际标准ISO 752-1981(E)《锌锭》的标准，分别用含锌量为98.5％、98.7％、99.5％、99.95％的带穿孔的锌片，用上述的负极活性材料12，用传统的制作负极片的方法，与镍正极片结合装配成的锌镍电池，每批选取10个电池，作电池充电/12A放电试验(对照样品负极基体为铜带制成的锌镍电池，也取10个电池，以相同的试验方式进行试验，其结果为图2和表一所示)，所得循环测试结果如图3至图6和列表如表二至表五所示。
图2为负极基片为穿孔铜带的锌镍电池循环寿命检测数据图；表一为与其对应的数据汇总。
表一：
电池批号 初始容量(mAh)   循环80周容量(mAh)   循环160周容量(mAh)  循环240周容量(mAh)   循环300周容量(mAh)
223-1 1650   1520   1420  1300   1220
相对于初始容量的比率   92.1％   86.1％  78.9％   73.9％
图3为负极基片为穿孔锌带(含锌量为98.5％)的锌镍电池循环性能检测数据图；表二为与其对应的数据汇总。
表二：
  电池批号   初始容量(mAh)   循环80周容量(mAh)   循环160周容量(mAh)  循环240周容量(mAh)  循环300周容量(mAh)
  223-2   1780   1680   1600  1500  1500
  相对于初始容量的比率 94.4％ 89.9％ 84.3％ 84.3％
图4为负极基片为穿孔锌带(含锌量为98.7％)的锌镍电池循环性能检测数据图；表三为与其对应的数据汇总。
表三：
  电池批号   初始容量(mAh)   循环80周容量(mAh) 循环160周容量(mAh) 循环240周容量(mAh) 循环300周容量(mAh)
  223-3   1770   1690 1610 1570 1560
  相对于初始容量的比率   95.5％ 91.0％ 88.7％ 88.1％
图5为负极基片为穿孔锌带(含锌量为99.5％)的锌镍电池循环性能检测数据图；表四为与其对应的数据汇总。
表四：
电池批号   初始容量(mAh)   循环80周容量(mAh)   循环160周容量(mAh)   循环240周容量(mAh) 循环300周容量(mAh)
223-4   1780   1700   1620   1580 1570
相对于初始容量的比率   95.5％   91.0％   88.8％ 88.2％
图6为负极基片为穿孔锌带(含锌量为99.95％)的锌镍电池循环寿命检测数据图；表五为与其对应的数据汇总。
表五：
  电池批号   初始容量(mAh)   循环80周容量(mAh)   循环160周容量(mAh) 循环240周容量(mAh) 循环300周容量(mAh)
  223-5   1780   1680   1620 1580 1580
  相对于初始容量的比率   94.4％   91.0％ 88.8％ 88.8％
将表二至表五及图3至图6所示结果与对照样品的结果(负极基体为穿孔铜带，即表一和图2的结果)进行比较，不难看出，用负极基片为含锌量大于等于98.5％所制的锌镍电池，其初始容量均在1770mAh以上，大于对照样品的初始容量1650mAh；其循环第80周期时的容量，循环第160周期时的容量、循环第240周期时的容量及循环第300周期时的容量均大于对照样品对应周期数时的容量。另外，本发明虽然未给出符合中国国家标准GB/T 470-1997《锌锭》中的另外两个含量，即锌锭中含锌量为99.99％和99.995％所作为负极片基体的锌镍电池性能检测数据循环比较图，但从图3至图6及表二至表五中的数据趋势可以看出，锌带中的含锌量越高，其所做成的锌镍电池性能越好；因此，用含锌量为99.99％和99.995％的锌锭所做出的锌片，显然是更适宜作为锌镍电池的负极片的基体使用的。
综上所述，用金属锌带作为负极导电基体制作锌镍电池是完全可行的，并且比现有的以铜带为导电基体的锌镍电池具有更为优良的大电流放电性能、更长的循环寿命及更好的储存性。

Claims (6)

1、一种锌镍电池负极片，包括负极片基体及附着在其上的负极活性材料，其特征在于：所述负极片基体为金属锌片或锌网。
2、根据权利要求1所述的锌镍电池负极片，其特征在于：所述负极片基体的含锌量大于或等于98.5％至小于或等于99.95％。
3、根据权利要求1或2所述的锌镍电池负极片，其特征在于：所述负极片基体的含锌量等于98.7％。
4、根据权利要求1或2所述的锌镍电池负极片，其特征在于：所述负极片基体的含锌量等于99.5％。
5、根据权利要求1或2所述的锌镍电池负极片，其特征在于：所述负极片基体的含锌量等于99.95％。
6、根据权利要求1所述的锌镍电池负极片，其特征在于：所述锌片为穿孔锌带。
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