[发明专利]用于镍－氢电池的一种负极及其制备方法

说明书

本申请是建立在申请97-23440的基础上的，申请97-23440已于1997年6月5日向韩国工业产权局提出申请，其内容作为参考引入本文。

本发明涉及用于镍-氢电池的一种负极及其制备方法，更特别地，涉及用于具有高电池容量的镍-氢电池的一种负极。

目前发展的趋势是使便携式电器微型化和轻便化，例如结合VTR(视频信号磁带记录器)的摄像机、声频系统、折叠式个人计算机和蜂窝式电话。因此，需要一种具有改进的性能特性的电池作为其能源。

在这类电池中，Ni-Cd电池在各领域得到了广泛应用。然而，镉对环境有害。为了避免这个缺陷，目前，正在进行用一种贮氢金属合金作为阴极活性物质的镍-氢电池的研究。贮氢金属合金是指将氢存贮于MmNi₅型合金中而制备出的一种合金(Mm是指Misch金属，即一种稀土元素混合物)。贮氢金属合金能在低压下承受可逆的氢吸收和放出反应。可利用各种方法制备使用贮氢金属合金的作负极的镍-氢蓄电池，包括：

1)通过烧结贮氢金属合金粉末同一种具有导电性的传导剂以制备电极板的一种方法；

2)将贮氢金属合金注入或装载入一多孔导电板中，该导电板具有三维结构，例如一种泡沫(foamed)镍的一种方法；以及

3)使用一种聚合物胶粘剂将贮氢金属合金粘附于一具有二维结构的多孔导电板上制备电极板的一种方法。

在上述方法中，第一种方法有一个问题，即在烧结步骤中，贮氢金属合金的表面被氧化，因此难于吸收和放出氢。因此电极的导电性降低，电池的放电电压下降，结果是降低了电池容量。第二种方法在各方面都具有理想的特性。但是，此方法中，由于电极板的大体积限制了负极活性物质的数量，因此电池应被设计为具有小电池容量。此外，具有三维结构的多孔板价格昂贵，因此需要较高的生产费用。第三种方法具有这样的优点，即通过有效地利用极板表面，提高了电极的能量密度。但是，它有一个缺点，即难于将负极活性物质粘附于一具有两维结构的集电体薄板上。

在这些方法中，虽然第三种方法具有上述提到的问题，但仍被认为是理想的负极制备方法。通过使用一种胶粘剂克服了上述问题。至于胶粘剂，使用的是一种不导电的聚合物胶粘剂，例如聚四氟乙烯，聚乙烯醇和甲基纤维素等等。但是，胶粘剂的粘合强度不如预期的那么高。因此，必须过量消耗这种不导电的聚合物胶粘剂将负极活性物质粘着于集电体上，因此降低了电池的导电性，使放电电压下降。而且，如此过量地使用聚合物胶粘剂增加了胶粘剂膜的厚度使贮氢金属合金对氢的吸收和放出变得困难。因此，当减小反应速率时，氢平衡压力升高，结果是电池内压升高，快速充电和放电特性的退化。

而且，在氧化和氢气环境下，当镍-氢电池的充、放电循环重复时，上述气体促进了负极的氧化，结果是降低了使用寿命，减少了容量。由于这个原因，为了除去上述气体，负极被设计为具有比正极大的容量。以这种方式，负极多余的容量(被称作充、放电贮量)参与吸收和除去所生成的气体，但不参与充、放电过程。

同时，贮氢金属合金和导电剂作为负极的主要成分均具有亲水性。结果是电池反应过程中水仍存在于负极活性物质组合物表面。剩余的水干扰了负极中氢和氧的结合，使得水形成反应速率明显降低。因此，电池中氢气和氧气的量增加，使内压升高。为促使负极中氧气的分解反应，将负极进行处理使其具有疏水性，因此增大了负极的交界面，在此交界面上出现气体的吸附和分解。在这种情况下，负极表面上形成三相(气-液-固)界面，使得负极更易于吸附气体，将其分解，因此降低了内压。

通常，使用聚四氟乙烯作为疏水剂处理负极使其具有疏水特性。但是，聚四氟乙烯仅赋予负极的表面部分疏水特性。因此没有达到令人满意的理想疏水特性。

本发明的一个目的是提供一种用于镍-氢电池的负极，该电极在负极活性物质组合物和具有二维结构的多孔板之间显示具有好的粘合强度。

本发明的另一个目的是提供一种用于镍-氢电池的负极，能够有效地预防由负极活性物质的微粒现象及其表面的氧化引起的电池退化。

本发明还有一个目的就是提供一种制备用于镍-氢电池的负极的方法，该方法可有效地除去充、放电过程中产生的氢气和氧气，并能有效地降低电池内压。