在MH―Ni蓄電池中應用新型凝膠改性隔膜

引言

　　MH—Ni蓄電池作為近十年來飛速發(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、無記憶效應、無污染、免維護等特點。在能源緊張、環(huán)境污染嚴重的今天，已經(jīng)顯示出了廣闊的應用前景。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，最終導致電池失效。

　　歸結(jié)起來，主要原因有兩個：一是因為電池內(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)干而導致電池的失效。另外一個原因是，金屬氫化物電極內(nèi)的金屬離子溶解后，通過電解液，進入正極，起到毒化正極的作用。可以看出使用液態(tài)電解液是使電池容易失效的一個重要原因，同時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。已有很多人開展了將固態(tài)電解質(zhì)應用于MH-Ni蓄電池中的可能性的研究，最早使用的是質(zhì)子導體，制成了第一個全固態(tài)實驗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)合物具有導電性，將其作為電解質(zhì)應用于MH—Ni蓄電池中，也制成了全固態(tài)實驗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，其室溫電導率較低，與實際MH—Ni蓄電池中應用的液態(tài)電解液的電導率相比，還是有很大的差距。

　　在本研究中我們從隔膜人手，通過對隔膜的化學改性使其具有凝膠特性，作為過渡，將吸附堿液的隔膜作為電池的電解質(zhì)，從而達到對整個電池特性的全固態(tài)化。同時也研究了以改性的凝膠隔膜作為電解質(zhì)組成的實驗電池的各種性能，考察將其應用于商業(yè)MH—Ni蓄電池中的可能性。

　　1 實驗

　　1.1 試劑

　　丙烯酸，化學純，中國醫(yī)藥集團上?；瘜W試劑公司；丙烯酰胺，分析純，天津市科密歐化學試劑開發(fā)中心；N，N一亞甲基雙丙烯酰胺，分析純，天津市科密歐化學試劑開發(fā)中心；過硫酸銨，分析純，廣州化學試劑廠；氫氧化鉀，分析純，天津市化學試劑三廠；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；充分攪拌至完全溶解；邊攪拌，邊緩慢滴加20 mL 40%KOH水溶液；調(diào)節(jié)溫度至室溫，加人引發(fā)劑過硫酸錢（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?。粚⑵湓跓崤_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 實驗電池的設(shè)計

　　實驗電池的結(jié)構(gòu)如圖1所示：正負極片采用車間配方，手工涂布在泡沫鎳基體上，正極理論容量約為280 mAh/g，負極理論容量約為300 mAh/g；采用正極限量，正負極容量比為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 交流阻抗測電導率

　　將面積約1 cm 的待測隔膜夾人兩片不銹鋼電極問組成電池，采用交流阻抗方法測其阻抗，根據(jù)復平面圖解法求出隔膜的比電導：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)伏安實驗以鉑（Pt）電極為工作電極，Hg/HgO為參比電極，在氮氣保護下分別對聚丙烯多孑L隔膜和聚合物凝膠改性過的聚丙烯多孑L隔膜在7.2 mol/L的KOH溶液中進行伏安掃描，的掃描速度100 mV·S-1—1.6 充放電實驗將制成的試驗電池擰緊，浸人7.2 mol/L的KOH電解液中，浸泡24 h后，保證電解液充分進人電極內(nèi)部，并潤濕電極中的活性物質(zhì)：用DC一5電池測試系統(tǒng)以0.2 C充放5次進行活化，然后以不同電流進行充放電實驗，測試其各種性能。