在MH―Ni蓄電池中應(yīng)用新型凝膠改性隔膜

引言

　　MH—Ni蓄電池作為近十年來(lái)飛速發(fā)展的高科技產(chǎn)品，它具有大比容量、高比功率、可高倍率充放電，以及壽命長(zhǎng)、無(wú)記憶效應(yīng)、無(wú)污染、免維護(hù)等特點(diǎn)。在能源緊張、環(huán)境污染嚴(yán)重的今天，已經(jīng)顯示出了廣闊的應(yīng)用前景。但是，在研究中發(fā)現(xiàn)，MH—Ni蓄電池在使用數(shù)百次后，性能大幅下降，最終導(dǎo)致電池失效。

　　歸結(jié)起來(lái)，主要原因有兩個(gè)：一是因?yàn)殡姵貎?nèi)活性物質(zhì)隨循環(huán)次數(shù)的增加電極體積的溶漲，使電池隔膜發(fā)干而導(dǎo)致電池的失效。另外一個(gè)原因是，金屬氫化物電極內(nèi)的金屬離子溶解后，通過(guò)電解液，進(jìn)入正極，起到毒化正極的作用?？梢钥闯鍪褂靡簯B(tài)電解液是使電池容易失效的一個(gè)重要原因，同時(shí)MH—Ni蓄電池只能做成封閉型的，而不像聚合物鋰離子電池那樣可以做成各種形狀。已有很多人開(kāi)展了將固態(tài)電解質(zhì)應(yīng)用于MH-Ni蓄電池中的可能性的研究，最早使用的是質(zhì)子導(dǎo)體，制成了第一個(gè)全固態(tài)實(shí)驗(yàn)MH—Ni蓄電池LaNi2 5Co24Al0l/（CH3）4NOH·5 H20/NiOOH，聚氧化乙烯（PEO）、聚乙烯醇（PVA）等聚合物在KOH水溶液溶解后形成鹽絡(luò)合物具有導(dǎo)電性，將其作為電解質(zhì)應(yīng)用于MH—Ni蓄電池中，也制成了全固態(tài)實(shí)驗(yàn)MH—Ni蓄電池。但是這些研究的固態(tài)電解質(zhì)都有致命的缺點(diǎn)，其室溫電導(dǎo)率較低，與實(shí)際MH—Ni蓄電池中應(yīng)用的液態(tài)電解液的電導(dǎo)率相比，還是有很大的差距。

　　在本研究中我們從隔膜人手，通過(guò)對(duì)隔膜的化學(xué)改性使其具有凝膠特性，作為過(guò)渡，將吸附堿液的隔膜作為電池的電解質(zhì)，從而達(dá)到對(duì)整個(gè)電池特性的全固態(tài)化。同時(shí)也研究了以改性的凝膠隔膜作為電解質(zhì)組成的實(shí)驗(yàn)電池的各種性能，考察將其應(yīng)用于商業(yè)MH—Ni蓄電池中的可能性。

　　1 實(shí)驗(yàn)

　　1.1 試劑

　　丙烯酸，化學(xué)純，中國(guó)醫(yī)藥集團(tuán)上?；瘜W(xué)試劑公司；丙烯酰胺，分析純，天津市科密歐化學(xué)試劑開(kāi)發(fā)中心；N，N一亞甲基雙丙烯酰胺，分析純，天津市科密歐化學(xué)試劑開(kāi)發(fā)中心；過(guò)硫酸銨，分析純，廣州化學(xué)試劑廠；氫氧化鉀，分析純，天津市化學(xué)試劑三廠；陰離子型聚砜，分析純，Aldrich：

　　1.2 聚合物凝膠改性隔膜的制備

　　將1.5 g聚砜（陰離子型）、0.75 g亞甲基雙丙烯酰胺（MBAA）、0.56 g丙烯酰胺（AA）和4.7 g甲基丙烯酸（MAAC）溶于10 mL去離子水中；充分?jǐn)嚢柚镣耆芙?；邊攪拌，邊緩慢滴?0 mL 40%KOH水溶液；調(diào)節(jié)溫度至室溫，加人引發(fā)劑過(guò)硫酸錢(qián)（APS）0.038 g；將聚丙烯（PP）隔膜浸人溶液中。充分吸收后，用玻璃板夾??；將其在熱臺(tái)上在90℃下每面受熱5 rain；最后再在紫外線下每面照射7 rain。

　　1.3 實(shí)驗(yàn)電池的設(shè)計(jì)

　　實(shí)驗(yàn)電池的結(jié)構(gòu)如圖1所示：正負(fù)極片采用車(chē)間配方，手工涂布在泡沫鎳基體上，正極理論容量約為280 mAh/g，負(fù)極理論容量約為300 mAh/g；采用正極限量，正負(fù)極容量比為1：1.5，隔膜分別采用純的聚丙烯多孑L隔膜和聚合物凝膠改性過(guò)的聚丙烯多孑L隔膜；電解液為7.2 mol/L的KOH溶液。

　　1.4 交流阻抗測(cè)電導(dǎo)率

　　將面積約1 cm 的待測(cè)隔膜夾人兩片不銹鋼電極問(wèn)組成電池，采用交流阻抗方法測(cè)其阻抗，根據(jù)復(fù)平面圖解法求出隔膜的比電導(dǎo)：所用儀器為PAC Mode 1372，掃描范同l0~105Hz，偏置電壓10 mV=1.5 循環(huán)伏安實(shí)驗(yàn)以鉑（Pt）電極為工作電極，Hg/HgO為參比電極，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下分別對(duì)聚丙烯多孑L隔膜和聚合物凝膠改性過(guò)的聚丙烯多孑L隔膜在7.2 mol/L的KOH溶液中進(jìn)行伏安掃描，的掃描速度100 mV·S-1—1.6 充放電實(shí)驗(yàn)將制成的試驗(yàn)電池?cái)Q緊，浸人7.2 mol/L的KOH電解液中，浸泡24 h后，保證電解液充分進(jìn)人電極內(nèi)部，并潤(rùn)濕電極中的活性物質(zhì)：用DC一5電池測(cè)試系統(tǒng)以0.2 C充放5次進(jìn)行活化，然后以不同電流進(jìn)行充放電實(shí)驗(yàn)，測(cè)試其各種性能。