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展的高科技產品，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、環境污染嚴重的今天，已經顯示出了廣闊的應用前景。但是，在研究中發現，MH—Ni蓄電池在使用數百次后，性能大幅下降，最終導致電池失效。

　　歸結起來，主要原因有兩個：一是因為電池內活性物質隨循環次數的增加電極體積的溶漲，使電池隔膜發干而導致電池的失效。另外一個原因是，金屬氫化物電極內的金屬離子溶解后，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電解質應用于MH-Ni蓄電池中的可能性的研究，最早使用的是質子導體，制成了第一個全固態實驗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合物具有導電性，將其作為電解質應用于MH—Ni蓄電池中，也制成了全固態實驗MH—Ni蓄電池。但是這些研究的固態電解質都有致命的缺點，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，從而達到對整個電池特性的全固態化。同時也研究了以改性的凝膠隔膜作為電解質組成的實驗電池的各種性能，考察將其應用于商業MH—Ni蓄電池中的可能性。

　　1 實驗

　　1.1 試劑

　　丙烯酸，化學純，中國醫藥集團上海化學試劑公司；丙烯酰胺，分析純，天津市科密歐化學試劑開發中心；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；調節溫度至室溫，加人引發劑過硫酸錢（APS）0.038 g；將聚丙烯（PP）隔膜浸人溶液中。充分吸收后，用玻璃板夾住；將其在熱臺上在90℃下每面受熱5 rain；最后再在紫外線下每面照射7 rain。

　　1.3 實驗電池的設計

　　實驗電池的結構如圖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部，并潤濕電極中的活性物質：用DC一5電池測試系統以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。