一种电解液非接触式：创新技术的专利申请与分享

一种电解液非接触式：创新技术的专利申请与分享

《非接触式储氢合金负极与电解液及镍氢电池.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《非接触式储氢合金负极与电解液及镍氢电池.pdf（12页完整版）》请到专利搜索网站搜索。

1.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公开号(43)申请公开日(21)申请号2.6(22)申请日2019.04.24(71)申请人四川大学地址四川省成都市一环路南一段24号(72)发明人陈云贵邹科朱鼎(74)专利代理机构成都鼎丰专利事务所(普通合伙)51224代理人王霞(51)国际专利H01M 4/32(2006.01)H01M 10/30(2006.01)(54)发明名称一种非接触式储氢合金负极及其电解液及镍氢电池(57)摘要本发明涉及镍氢电池技术领域。

2.涉及一种电解质非接触储氢合金负极及镍氢电池，包括依次排列的电化学反应层、阻水透气层和气固反应层的三明治结构，电化学反应层与电解质接触，在充放电过程中发生电化学析氢/放氢反应，阻水透气层阻挡电解质进入储氢层并为氢气提供扩散通道，气固反应层内含有储氢合金，在充放电过程中发生气固吸氢/放氢反应；本发明成功阻止了电解质与储氢合金的直接接触，避免了储氢合金的腐蚀失效问题，提高了镍氢电池的深放电循环性能和放电态架空性能。权利要求1页说明书6页附图4页CN A 2019.08.02 CN A.

3. 1.一种电解质非接触式储氢合金负极，其特征在于：包括依次排列的电化学反应层、阻水透气层和气固反应层的夹层结构。 2.根据权利要求1所述的电解质非接触式储氢合金负极，其特征在于：所述电化学反应层与电解质接触，在充放电过程中发生析氢/放氢电化学反应。 3.根据权利要求1所述的电解质非接触式储氢合金负极，其特征在于：所述阻水透气层采用碳纸制成，可防止电解质渗透，为氢气提供扩散通道。 4.根据权利要求1所述的电解质非接触式储氢合金负极，其特征在于：所述气固反应层中含有储氢合金，在充放电过程中发生氢气吸放氢气固反应。 5.采用权利要求1所述的电解质非接触式储氢合金负极。

4.一种接触式储氢合金负极镍氢电池，其特征在于：包括电池壳体，所述电池壳体包括负极盖和正极盖，所述电池壳体内从正极盖到负极盖方向依次排列有正极、隔膜和负极，正极和隔膜内浸润有电解液，所​​述负极包括依次排列的电化学反应层、阻水透气层和气固反应层的夹层结构，所述电化学反应层紧贴隔膜。 6.根据权利要求5所述的一种电解质非接触式储氢合金负极镍氢电池，其特征在于：所述电化学反应层与电解液接触，在充电/放电过程中发生析氢/放氢电化学反应。 7.根据权利要求5所述的一种电解质非接触式储氢合金负极镍氢电池，其特征在于：所述阻水透气层具有阻隔电解液的功能。

5.碳纸，为氢气提供渗透和扩散通道。8.根据权利要求5所述的一种电解液非接触储氢合金负极的镍氢电池，其特征在于：气固反应层中含有储氢合金，在充放电过程中发生氢气的吸/放气固反应。9.根据权利要求5所述的一种电解液非接触储氢合金负极的镍氢电池，其特征在于：所述电解液为氢氧化钾电解液、氢氧化钠电解液或氢氧化锂电解液中的一种或多种。10.根据权利要求5-9任一项所述的一种电解液非接触储氢合金负极的镍氢电池，其特征在于：所述正极包括正极集流体和涂覆在所述正极集流体上的正极浆料，所述正极浆料的主要成分为氢氧化镍。权利要求1/1 Page 2 CN A

6. 2 一种非接触电解质储氢合金负极及镍氢电池 技术领域 0001 本发明涉及镍氢电池技术领域，具体涉及一种非接触电解质储氢合金负极及镍氢电池。 背景技术 0002 镍氢电池具有体积能量密度高（500Wh·L-1）、质量功率比高（1300W·kg-1）、安全性好、易于规模化使用管理、使用温度范围宽（-5070℃）、环境友好等特点，广泛应用于节能与新能源汽车、风能、太阳能储能等战略性产业。目前，全球使用高功率镍氢电池的混合动力汽车（如普锐斯）总销量已超过1200万辆，远远超过使用锂离子电池的纯电动汽车和插电式混合动力汽车总销量，是目前采用高功率镍氢电池的汽车中应用最广泛的一种。

7、镍氢燃料电池汽车（如Mirai）也已投放市场并迅速引起轰动。与此同时，高能量密度的镍氢电池开始在不间断电源、风能和太阳能发电、智能电网等固定储能领域崭露头角，表现出强劲的竞争力。但现有的镍氢电池技术仍存在深度放电循环寿命（次）短、放电状态下放置易失效等缺点，亟待改进以满足各类市场需求。0003在克服镍氢电池上述性能缺陷时，必须面对一个问题，即水系电解液与负极储氢材料之间的热力学自发反应。目前，商业化镍氢电池负极主要采用AB5型储氢合金，其组成元素（如A侧的稀土元素、B侧的Mn和Al）大多具有较强的金属活性，与水溶液接触。

8、触碰时会自氧化，因此当电池长期深度放电或处于放电状态时，合金表面会继续发生不可逆腐蚀，严重恶化电池性能。另一方面，未来镍氢电池有望采用高容量氢化物(如MgH2、)，以获得更高的质量比能量。但该类氢化物具有较高的吸放氢平台压和较负的平衡电位，与水溶液接触也会迅速氧化分解。0004综上所述，如果能有效防止电解液与负极储氢材料之间的副反应，不仅可以延长现有负极乃至电池的循环寿命，而且可以大大促进高能量比镍氢电池技术的发展。 发明内容 0005 针对上述现有技术，本发明提供一种电解液非接触储氢合金负极及镍氢电池，通过阻止电解液与负极储氢合金的直接接触，防止储氢合金的腐蚀。

9、解决了失效问题，提高了镍氢电池的深放电循环性能和放电状态货架性能。0006本发明采用的技术方案是：0007本发明提供一种电解质非接触储氢合金负极，包括依次排列的电化学反应层、阻水透气层和气固反应层的夹层结构。0008进一步的，所述电化学反应层与电解质接触，在充/放电过程中发生析氢/放氢电化学反应。0009进一步的，所述阻水透气层采用碳纸，可以阻止电解质渗透，为氢气提供扩散通道，碳纸可以隔离电解质，避免电解质对气固反应层的影响，同时达到导电的效果。0010进一步的，所述气固反应层中含有储氢合金，在充/放电过程中发生氢气的吸氢/放氢气固反应。

10.说明书 1/6 页 3 CN A 3 应，以使电池壳体内的压力值控制在较低的数值范围内。 0011 电解质非接触储氢合金负极充放电反应如下： 0012 电化学反应层： 0013 气固反应层： 0014 本发明提供一种电解质非接触储氢合金负极的镍氢电池，包括电池壳体，所述电池壳体包括负极盖和正极盖，所述电池壳体从正极盖到负极盖依次设置有正极、隔膜和负极，所述正极和隔膜内浸润有电解质，所述负极包括依次设置的电化学反应层、阻水透气层和气固反应层的夹层结构，所述电化学反应层紧贴所述隔膜。 0015 进一步的，所述电解质非接触储氢合金负极的 ...

11、电化学反应层与电解液接触，在充放电过程中发生析氢/放氢电化学反应。0016进一步的，所述阻水透气层采用碳纸，可以阻止电解液渗透，为氢气提供扩散通道，碳纸可以隔离电解液，避免电解液对气固反应层的影响，可以达到导电的效果。0017进一步的，所述气固反应层中含有储氢合金，在充放电过程中发生吸氢/放氢气固反应，使电池壳内压力值控制在较低的数值范围内。0018阻水透气层可以隔离电解液，气固反应层在充电过程中吸收氢气，放电过程中释放氢气，不受电解液影响，使电池壳内压力控制在50KPa范围内，压力值明显降低，使用安全。

12、安全性更高。 0019 所述电解质非接触储氢合金负极充放电反应如下： 0020 电化学反应层： 0021 气固反应层： 0022 进一步的，所述电解质为氢氧化钾电解质、氢氧化钠电解质或氢氧化锂电解质中的一种或多种。 0023 进一步的，所述正极包括正极集流体以及涂覆在所述正极集流体上的正极浆料，所述正极浆料的主要成分为氢氧化镍。 0024 电极反应如下： 0025 正极充电(放电相反)：Ni(OH)2+OH-NiOOH+H2O+e- 0026 负极充电(放电相反)：H2O+e-1/2H2+OH- 0027 充电过程中，正极发生Ni(OH)的转变，发生电化学反应层。

13、水分解反应生成氢气，阻水透气层靠近电化学反应层一侧的压力大于阻水透气层靠近气固反应层一侧的压力，因此氢气穿过阻水透气层进入气固反应层与储氢合金发生反应，储氢合金表面吸收氢气生成氢化物，实现氢气的储存。0028放电时，放电过程为上述过程的逆反应，即正极发生(OH)2的转变，电化学反应层中的氢气发生反应，释放出电子，此时阻水透气层靠近气固反应层一侧的压力大于阻水透气层靠近电化学反应层一侧的压力。 氢气穿过阻水透气层，进入电化学反应层，在电化学反应层表面生成水。0029本发明的有益效果是：说明书2/6页4CN11.

14. A 4 0030 1.由于本发明采用在负极帽附近由远至近依次设置阻水透气层和气固反应层的方式，阻水透气层可以隔离电解液，气固反应层不受电解液影响，充电时吸收氢气，放电时释放氢气，使电池壳体内压力控制在50KPa范围内，与传统无电解液非接触式储氢合金负极的电池相比，压力值明显降低，使用安全性更高，解决了镍氢电池体积大、压力高、不安全的问题；采用储氢合金MH储氢，代替储氢罐储氢，减少了储氢体积和压力，镍氢气电池中的储氢罐可以去掉，镍氢电池设计为常规电池，采用常规电池封装方式封装（钢制。

15、壳体/铝壳等封装方式），单体电池的形状、体积、尺寸、容量也可根据使用需求进行灵活设计，满足军事、航天、民用等适用性要求。此设计方案也可应用于燃料电池等其他电池。0031 2、阻水透气层，可隔离电解液，具有透气功能，设置在电化学反应层与气固反应层之间。相较于现有将储氢合金粉末MH直接涂覆在负极上的方法，传统的储氢合金粉末MH长时间与电解液直接接触，电解液会对储氢合金粉末MH产生腐蚀，储氢合金粉末MH容易氧化、粉化，导致储氢合金粉末MH失效，进而导致电池容量下降、电池失效。考虑到这种情况直接影响镍氢电池的使用寿命，本技术方案中，设置了阻水透气层。

16、该设置将气固反应层与电化学反应层通过液体隔离，气固反应层既能吸收和释放氢气，又能避免电解液对其的影响，延长镍氢电池的使用寿命。附图说明0032图1为本发明电池的结构示意图；0033图2为未使用电解液非接触储氢合金负极的常规电池内压测试图；0034图3为使用本发明电解液非接触储氢合金负极的电池内压测试图；0035图4为使用本发明电解液非接触储氢合金负极的电池的测试曲线图；0036图5为本发明内部设计结构示意图。0037图中：电池外壳1；负极盖2；正极盖3；正极4； 隔膜5；电化学反应层6；阻水透气层7；气。

17.固态反应层 8.具体实施方式 0038 下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步说明。 0039 下面对本发明的实施例作详细说明，实施例及相关试验图见附图。下面结合附图所说明的实施例为示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。 0040 实施例1： 0041 如图1所示，本实施例提供一种电解质非接触储氢合金负极，包括依次排列的电化学反应层6、阻水透气层7和气固反应层8的夹层结构。 0042 电化学反应层6与电解质接触，在充放电过程中发生析氢/放氢电化学反应。 0043 阻水透气层7采用碳纸，可以阻止电解质渗透，为氢气提供扩散通道。 复写纸就可以。

18、隔离电解液，避免电解液对气固反应层8产生影响，同时达到导电的效果。0044气固反应层8中含有储氢合金，在充电/放电过程中发生氢气吸收/放出气固反应，使电池外壳1内的压力值控制在较低的数值范围内。 说明书 3/6 页码 5 CN A 5 0045 电解质非接触式储氢合金负极充放电反应如下： 0046 电化学反应层6： 0047 气固反应层8： 0048 实施例2： 0049 本实施例提供一种电解质非接触式储氢合金负极的镍氢电池，包括电池壳体1，电池壳体1包括负极盖2和正极盖3，电池壳体1从正极盖3到负极盖2依次设置有正极盖4、隔膜。

19、隔膜5与负极、正极4与隔膜5之间均浸润有电解液，负极包括依次排列的电化学反应层6、阻水透气层7、气固反应层8的三明治结构，电化学反应层6紧贴隔膜5。0050电化学反应层6与电解液接触，在充放电过程中发生析氢/放氢电化学反应。0051阻水透气层7采用碳纸，可以阻止电解液渗透，为氢气提供扩散通道，碳纸可以隔离电解液，避免电解液对气固反应层8的影响，同时起到导电的作用。0052气固反应层8中含有储氢合金，在充放电过程中发生吸氢/放氢气固反应，使电池壳体1内的压力值控制在较低值范围内。 0053 阻水透气层7可以隔离电解质、气固反应层8。

20、不受电解液的影响，能在充电时吸收氢气，在放电时释放氢气，使电池外壳1内的压力控制在50KPa范围内，压力值显著降低，使用安全性更高。0054电解液非接触储氢合金负极充放电反应如下：0055电化学反应层6：0056气固反应层8：0057电极反应如下：0058正极4充电（放电相反）：Ni(OH)2+OH-NiOOH+H2O+e-0059负极充电（放电相反）：H2O+e-1/2H2+OH-0060充电时，正极4发生Ni(OH)转变，电化学反应层6发生水分解反应，产生氢气。 阻水透气层7靠近电化学反应层6一侧的压力较大。

21、阻水透气层7靠近气固反应层8一侧的压力大于阻水透气层7靠近气固反应层8一侧的压力，因此氢气穿过阻水透气层7进入气固反应层8一侧与储氢合金发生反应，储氢合金表面吸收氢气生成氢化物，从而实现氢气的储存。0061放电时，放电过程为上述过程的逆反应，即正极4发生(OH)2的转变，电化学反应层6中的氢气发生反应，放出电子。 此时阻水透气层7靠近气固反应层8一侧的压强大于阻水透气层7靠近电化学反应层6一侧的压强，氢气穿过阻水透气层7进入电化学反应层6一侧，在电化学反应层6表面生成水。0062实施例3：0063本实施例在上述实施例2的基础上进行优化和限定。0064电解液为氢氧化钾。

22.电解液、氢氧化钠电解液或氢氧化锂电解液中的一种或多种。0065正极4包括正极4集流体和涂覆在正极4集流体上的正极4浆料，正极4浆料的主要成分为氢氧化镍。0066电化学反应层6的主要成分为PtC或类Pt物质。0067隔膜5采用PP或PE无纺布制成，本实施例中，隔膜5采用PP无纺布制成。 0068 实施例4：使用说明书 4/6 页码 6 CN A 6 0069 如图1所示，本实施例提供一种电解液非接触式储氢合金负极的镍氢电池，包括电池壳体1，电池壳体1包括负极端子盖2和正极4端盖3，正极4、隔膜5、负极从正极4端盖3到负极端子盖2依次设置在电池壳体1内。

23、正极4和隔膜5浸泡有电解液，负极包括依次排列的电化学反应层6、阻水透气层7和气固反应层8的夹层结构，电化学反应层6紧贴隔膜5。0070正极4包括正极4集流体和涂覆在正极4集流体上的正极4浆料，正极4浆料的主要成分为氢氧化镍。0071电解液为氢氧化钾电解液、氢氧化钠电解液或氢氧化锂电解液中的一种或多种。0072隔膜5采用PP或PE无纺布制成，本实施例中，隔膜5采用PP无纺布制成。0073电化学反应层6与电解液接触，在充放电过程中发生析氢/放氢电化学反应。电化学反应层6的主要成分为PtC或类Pt物质。 0074 阻水透气层7采用能够阻止电解液渗透的材料制成。

24.为氢气提供扩散通道的碳纸。碳纸可以隔离电解液，避免电解液对气固反应层8的影响，达到导电的效果。0075气固反应层8中含有储氢合金，在充电/放电过程中发生氢气的吸/放气固反应，使电池壳体1内的压力值控制在较低的值范围内。0076阻水透气层7可以隔离电解液。气固反应层8可以在充电过程中吸收氢气，放电过程中释放氢气，而不受电解液的影响，使电池壳体1内的压力控制在50KPa范围内，压力值明显降低，使用安全性更高。0077电解液非接触储氢合金负极的充放电反应如下：0078电化学反应层6：0079气固反应层8：0080电极反接。

25.应为：0081正极4充电（放电相反）：Ni(OH)2+OH-NiOOH+H2O+e-0082负极充电（放电相反）：H2O+e-1/2H2+OH-0083充电时，正极4发生Ni(OH)的转变，电化学反应层6发生水分解反应，产生氢气，阻水透气层7靠近电化学反应层6一侧的压力大于阻水透气层7靠近气固反应层8一侧的压力，因此氢气穿过阻水透气层7，进入气固反应层8与储氢合金发生反应，储氢合金表面吸收氢气生成氢化物，实现氢气的储存。 0084 放电时，放电过程为上述过程的逆反应，即正极4发生(OH)2的转化和电化学反应。

26、反应层6中的氢气发生反应，释放出电子，此时阻水透气层7靠近气固反应层8一侧的压力大于阻水透气层7靠近电化学反应层6一侧的压力，氢气穿过阻水透气层7进入电化学反应层6一侧，在电化学反应层6表面生成水。0085如图2所示，为常规无电解液非接触式储氢合金负极电池内压测试图。0086附图如下：0087（1），横轴：时间；纵轴：压力，单位KPa；0088（2），由于测试装置的最大压力范围为，达到上限后，压力值保持不变。 0089（3）、装置内压力随着充入的H2的增加而上升，直至达到测试范围的上限；。

27.设备内部的压力随着H2的消耗而降低，直到设备内的H2浓度不足以支持反应，并且终止反应5/6 Page 7 cn a 7 0090，如图3所示，它是使用电解质氢储存量的4. i y 4. ixy 1 y 4. i。 ：垂直轴：压力为0093（2），使用电解质氢储存合金电极在充电过程中被H2更改了。

28.在50kpa内进行了控制，并且一般的设备可以承受图4所示的0095充电方法：3MA，充电30mAh; 0101放电方法：根据合金中每个组件的性能，在上述实施方案中排放0102，调整了适当的比例，氢吸收量，氢气吸收和氢化温度和氢化量都全面地供应。 0103将氢储存合金MH制备成符合需求的气体固体反应层，并确定。

29.在上述实施方案中需要激活，透气和透气的第7层也可以用透气和可渗透功能的功能（例如防水和透气的膜）制成。整个电池的设计量。在本发明中，正电极4通过导电纸连接到外部正电极4端盖3，而负电极连接到外部负端盖2，由导电纸进行。 具体而言，正电极4的形状和结构的设计，电化学反应第6层，隔膜5，水块和透气层7和气体固体反应层8，以及阳性电极4的形状或层的特定限制以及电化学反应层6。

30.如果没有实质性的有益效果，则对相关零件的特定形状和数量进行了更改，应考虑到本发明的保护范围本发明的保护范围应基于索赔中的定义，该规范可用于解释索赔6/6页8 CN A 8图1规范1/4 Page 9 CN A 9图2规范2/4 Page 10 CN A 10 CN A 10图3规格3/4 Page 11 CN 11 CN A 11 CN图4图5规格5规范4/4 Page 12 cn A a 12。