[发明专利]具有改善的高温性能的可再充电电池组电池

说明书

相关申请的交叉参考

本申请要求2012年2月7日提交的美国专利申请序列号13/367,917的优先权，其公开内容并入在此以供参考。

技术领域

本发明一般涉及可再充电碱性电化学电池，并且更具体地涉及具有改善的高温性能特性的可再充电碱性电化学电池，并且涉及用于制造它们的方法和材料。特别地，本发明涉及用于制造被优化用于高温操作的可再充电电化学电池的正电极的组成和方法。

背景技术

包含镍的可再充电碱性电池目前广泛用于包括镍金属氢化物电池等的电池系统。为了本公开的目的，当指一个电化学电池时术语“电池组”和“电池”可以交换使用，虽然术语“电池组”也可以指多个电互连的电池。

虽然本讨论主要集中在镍金属氢化物(NiMH)电池，但是应当理解，本发明的电极结构可以用于包括氢氧化镍基正电极材料的其他类型的电池。通常，NiMH电池采用由能够进行氢的可逆电化学存储的储氢合金制成的负电极。NiMH电池还采用由氢氧化镍活性材料制成的正电极。负电极和正电极布置在碱性电解质中并由隔离材料体分开，以便形成电化学电池。在跨NiMH电池施加电势后，水在负电极的表面离解成一个羟离子和一个氢离子。氢离子与一个电子结合并扩散到储氢合金本体中。该反应是可逆的。在放电之后，所存储的氢被释放，以形成水分子并且释放电子。

商业可行的NiMH电池的发展在20世纪80年代以负电极材料的改善开始，该改善从使它们“无序”引起，如由Ovshinsky等人在美国专利4,623,597中所教导的。此类负电极材料代表从提倡均相和单相负电极的形成的时期的其他教导的整体背离。(关于更详细的讨论参见美国专利5,096,667；5,104,617；5,238,756；5,277,999；5,407,761；以及5,536,591和包含在其中的讨论。这些专利的公开内容并入在此以供参考。)此类无序的负电极金属氢化物材料的使用显著提高了有效的和经济的电池应用所需的可逆储氢特性，并且导致具有高密度储能、有效可逆性、高电效率、无需结构改变或中毒的本体储氢、长周期寿命和深度放电能力的电池的商业化生产。

NiMH电池性能的进一步的改善由并入电池正电极的氢氧化镍材料的改善引起。在那方面，改性和/或掺杂元素被添加到氢氧化镍材料中，以改善它们的结构和/或电子性质。一些这样的补偿和/或掺杂材料包括Co、Cd、Zn、Mg和Ca等。这些材料在美国专利6,228,535；Re.34,752；5,366,831；5,451,475；5,455,125；5,466,543；5,489,314；5,506,070；以及5,571,636中公开，其公开内容并入本文以供参考。

充电容量是电池能够存储和输送多少电能的量度。因此，充电容量是任何类型的电池中的非常重要的特性。如从现有技术明显的是，例如本文所公开的现有技术，已经朝向改善可再充电电池系统的充电容量做出显著的进步。然而，也认识到在本领域中当电池系统在高温条件下运行时，可再充电电池的性能特性——包括充电容量——受到不利影响。例如，在传统的NiMH电池中，已经发现，在即使是适中的高温例如55℃下的操作与相同电池的室温操作相比，可以将电池的运行时间减少35％至55％。据信这种充电容量的温度相关的损失至少部分地是的不希望电极反应——包括在阴极表面的氧气产生——的结果。因此，在评估电池系统的性能中，除了充电容量，还必须考虑到充电效率。在本公开的上下文中，“充电效率”应理解为指在具体操作条件下实际上可接近的电池理论充电容量的量。在这方面，在高温下具有高充电效率的电池将理解为在这种条件下显示充电容量，其至多仅从电池在较低温的充电容量适度降低。并且反之，在高温具有低充电效率的电池将显示出比在较低温其充电容量少得多的充电容量。

鉴于可再充电电池经常必须在高温条件下操作，应当理解，其高温充电效率的任何改善将会有巨大的商业价值。如下面将解释的，本发明基于：如果包括所述电池的正电极部分的材料的钴含量被选择以落在特定范围内，则可再充电碱性电池的高温性能可以显著改善的发现。本发明的这些和其他优点从以下附图、讨论和描述明显。

发明内容