一种增强钠镍单体电池安全性的阳极粉的制作方法

1.本发明属于钠镍电池技术领域，具体涉及一种增强钠镍单体电池安全性的阳极粉。


背景技术：

2.钠镍电池，又称钠盐电池或钠-氯化镍电池，是高温钠电池的一种，其正极是固态nicl2，负极为液态na，电解质为固态na-β"-al2o3陶瓷，充放电时钠离子通过陶瓷电解质在正负电极之间漂移。钠镍电池是一种稳定性强、安全性高，使用寿命长，应用范围广泛，原材料易获得并无毒、回收工艺简单且无污染的绿色产品。
3.钠镍电池的固体电解质在局部电流密度过大的时候，可能导致裂纹的产生，从而造成电芯失效。主要有以下2种情况：1、钠镍电池在化成初期，当陶瓷管底部的液态金属钠滴与钢壳底部点接触的瞬间，局部电流集中可能导致陶瓷管底部产生裂纹；2、当电池包的bms失效造成电芯过放电时，陶瓷管底部与钢壳之间的液态金属钠滴，与钢壳底部脱开点接触之前的最后瞬间，陶瓷管底部电流密度过大同样可能导致陶瓷管底部产生裂纹。另外，当陶瓷管已经破裂，正极侧大量naalcl4流到负极侧钢壳，整个失效电芯变成一个电解池ni/naalcl4/fe，放电时，钢壳发生电化学反应fe-2e-→
fe
2
，导致钢壳被腐蚀甚至穿孔，从而naalcl4流到电池箱。
4.基于上述三种情况的发生，增强钠镍单体电池的安全性成为亟待解决的问题。


技术实现要素：

5.针对目前存在的技术问题，本发明提供了一种增强钠镍单体电池安全性的阳极粉。本发明的阳极粉能够有效降低通过陶瓷管底部的电流密度，防止陶瓷管底裂纹的产生，同时能够保护钢壳不被腐蚀，提高电芯使用寿命。
6.本发明采用的技术方案是：
7.一种增强钠镍单体电池安全性的阳极粉，所述阳极粉由镍粉和铝粉混合均匀而成。
8.进一步，所述阳极粉用尔费休法测试，水含量不大于1500ppm。当水含量过高，阳极粉体颗粒之间的粘聚力大幅增加，粉体的流动性变差，在填充时，重量添加不准，返工率高，影响生产效率。此外，电池在填充完正极颗粒后，有一个烘烤(287℃)步骤，以烘干颗粒中的水分，在这个过程中，阳极粉中的铝粉与水分发生反应，会生成氢气，造成电芯鼓胀，影响后续的合格性检测及装配。因此，严格控制阳极粉的水含量对于电池的生产和质量至关重要。
9.进一步，所述阳极粉中铝粉和镍粉的质量比为1:1～12:1。
10.进一步，所述镍粉为羰基镍粉，费氏粒度小于10μm。羰基镍粉采用羰基法制备而成，具有较高的纯度，明显高于还原镍粉和电解镍粉。此外，羰基镍粉具有独特的结晶结构，其表面能够与铝粉紧密结合。
11.优选的，所述羰基镍粉为t255镍粉、t123镍粉、t287镍粉、fnit04镍粉、fnit06镍粉
和fnit09镍粉中的一种或多种。
12.优选的，所述羰基镍粉的费氏粒度为0.3～5μm。
13.进一步，所述铝粉的纯度大于99.0％，粒径不高于150μm。
14.优选的，所述铝粉的粒径范围为45-150μm.
15.进一步，所述混合为三维混合或v型混合；当混合为三维混合时，混合时间为1.5～3h；当混合为v型混合时，混合时间为3h～6h。通过三维混合或v型混合能够缩短铝粉和镍粉的混合时间，保证物料的清洁度要求。
16.本发明的有益效果：
17.本发明提供的用于增强钠镍单体电池安全性的阳极粉平铺在钢壳底部，与陶瓷管底部良好接触，在钠镍电池化成刚产生na的瞬间，起电子导电和虹吸作用，使得极少量的钠就可以与陶瓷管底部面接触，有效降低通过陶瓷管底面的电流密度。当电池包的bms失效造成电芯过放电时，因为有与陶瓷管底部面接触的阳极粉提供电子导电通路，不会产生电流集中。当陶瓷管破裂，正极侧大量naalcl4流到负极侧钢壳，放电时，因为铝粉的活性大于fe，铝粉先发生反应，从而保护钢壳不被腐蚀，当阳极粉中的铝粉被大量消耗，剩余镍粉的良好电子导电性，使失效电芯保持低内阻，变成实质上的导线，该失效电芯不需要更换，剩余电芯依然能正常工作，仅串电压损失2.58v。
18.本发明的阳极粉成分简单、成本低廉，制造工艺简单，易于大批量生产。
附图说明
19.图1是本发明的增强钠镍单体电池安全性的阳极粉在电芯中填充的示意图。
20.附图标记
21.1-阳极粉、2-钢壳、3-正极颗粒、4-na-β"-al2o3固体电解质隔膜、5-四氯铝酸钠、6-集流体。
具体实施方式
22.下面结合具体实施例来对本发明进行进一步说明，但并不将本发明局限于这些具体实施方式。为了便于理解本技术，下面将参照相关附图对本技术进行更全面的描述。附图中给出了本技术的首选实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本技术的公开内容更加透彻全面。
23.本领域技术人员应该认识到，本发明涵盖了权利要求书范围内所可能包括的所有备选方案、改进方案和等效方案。除非另有定义，本发明所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。
24.其中本发明的t系列羰基镍粉是加拿大inco公司生产的，t代表系列，数字代表牌号；fnit是国标gb/t 7160-2017规定的羰基镍粉命名规则，f代表粉末，ni是镍的化学符号，数字代表松装密度。本发明中的羰基镍粉均可以在市场中买到。
25.以下具体实施方式为本发明增强钠镍单体电池安全性的阳极粉的制备方法。
26.实施例1
27.称取粒径200目的铝粉12kg、t255镍粉1kg，用v型混合机混合4h，得到本发明的阳极粉。阳极粉用卡尔费休法测试，水含量为1200ppm。
28.实施例2
29.称取粒径325目的铝粉10kg、t123镍粉1kg，用三维混合机混合2h，得到本发明的阳极粉。阳极粉用卡尔费休法测试，水含量为810ppm。
30.实施例3
31.称取粒径300目的铝粉8kg、t255镍粉4kg，用v型混合机混合5h，得到本发明的阳极粉。阳极粉用卡尔费休法测试，水含量为680ppm。
32.实施例4
33.称取粒径100目的铝粉10kg、fnit04镍粉2kg，三维混合机混合2.5h，得到本发明的阳极粉。阳极粉用卡尔费休法测试，水含量为920ppm。
34.实施例5
35.称取粒径120目的铝粉10kg、fnit06镍粉3kg，用v型混合机混合6h，得到本发明的阳极粉。阳极粉用卡尔费休法测试，水含量为490ppm。
36.实施例6
37.称取粒径170目的铝粉10kg、fnit09镍粉5kg，用三维混合机混合1.5h，得到本发明的阳极粉。阳极粉用卡尔费休法测试，水含量为750ppm。
38.图1为本发明增强钠镍单体电池安全性的阳极粉在电芯中填充的示意图。在本实施方式中，图1中的钠镍单体电池组包括阳极粉1、钢壳2、正极颗粒3、na-β"-al2o3固体电解质隔膜4、四氯铝酸钠5和集流体6。其中，集流体6位于钠镍单体电池的中心，集流体6的外层为na-β"-al2o3固体电解质隔膜4，正极颗粒3填充于集流体6和na-β"-al2o3固体电解质隔膜4之间，四氯铝酸钠5铺设于正极颗粒3的上面。钠镍电池的最外层为钢壳2。在钠镍单体电池的底部，介于na-β"-al2o3固体电解质隔膜4和钢壳2之间铺设有一定厚度的阳极粉1，阳极粉1余固体电解质隔膜4接触。
39.在本实施方式中，具有增强钠镍单体电池安全性的阳极粉的工作原理：在钠镍电池化成刚产生na的瞬间，阳极粉1起电子导电和虹吸作用，使得极少量的钠就可以与na-β"-al2o3固体电解质隔膜4(即陶瓷管)接触，有效降低通过na-β"-al2o3固体电解质隔膜4底面的电流密度；当电池包的bms失效造成电芯过放电时，因为有与na-β"-al2o3固体电解质隔膜4底部面接触的阳极粉提供电子导电通路，不会产生电流集中。当na-β"-al2o3固体电解质隔膜4破裂，正极侧大量naalcl4流到负极侧钢壳，放电时，因为铝粉的活性大于fe，铝粉先发生反应，从而保护钢壳不被腐蚀，当阳极粉中的铝粉被大量消耗，剩余镍粉的良好电子导电性，使失效电芯保持低内阻，变成实质上的导线，该失效电芯不需要更换，剩余电芯依然能正常工作。
40.上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。