[發明專利]一種可充電池電極及其制備方法

無效

• 申請號: 01113940.4
• 申請日: 2001-05-22
• 公開（公告）號: CN1387268A
• 公開（公告）日: 2002-12-25
• 發明（設計）人: 成會明;戴貴平;陳德敏;劉敏;侯鵬翔;劉暢;白朔
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: H01M4/02
• 分類號: H01M4/02;H01M4/96;H01M4/04;H01M4/88;C01B31/02
• 代理公司: 沈陽晨創科技專利代理有限責任公司
• 代理人: 張晨

本發明涉電池技術，特別提供了一種新型的可充電池電極及其制備方法。

隨著人類對礦物能源的過度開采與大量使用，礦物能源儲備日漸短缺、環境污染日益嚴重，迫切要求一種新的替代能源。氫能具有零污染和可再生的獨特優點，被認為是現有以碳為基礎的能源工業最理想的替代者。但是阻礙氫能規模利用的主要障礙是缺乏一種方便、高效的儲存系統，儲氫材料正是在這樣的背景下產生的，并得以迅猛發展。

1886年美國現代化學奠基人Thamas?Graham發現金屬鈀能夠大量吸氫。一個世紀以后，直到1968年美國Brookhaven國立研究所率先在儲氫合金的研究上獲得成功，發現了Mg₂Ni合金也具有儲氫性能。1970年荷蘭菲利普研究所發現了LaNi₅的儲氫性能。與此同時，美國的Brookhaven國立研究所又發現了FeTi儲氫合金，從而揭開了儲氫合金研究的新篇章。其中研究較多、技術相對成熟的LaNi₅已被成功應用于Ni-MH可充電池，其它合金材料的應用也在研究中，但金屬合金儲氫材料存在儲氫容量低或放氫條件苛刻等問題，難以實現在燃料電池、高容量可充電池等氫能規模利用方面的應用。

本發明的目的在于提供一種新型的可充電池電極及其制備方法，其具有很高的電化學容量及很高的循環使用壽命。

本發明提供了一種可充電池電極，其特征在于以流動催化劑法制備的外直徑為3～500nm的一維納米炭材料作為電化學儲氫材料。

本發明提供的可充電池電極中，一維納米炭材料含量為4～40wt.％，作為粘結劑的銅20～80wt.％，其余為鎳及不可避免的雜質；電極材料的宏觀密度為1000～5000kg/m³。

或者，本發明提供的可充電池電極中，一維納米炭材料含量為5～50wt.％，其余為鎳及不可避免的雜質；電極材料的宏觀密度為1000～5000kg/m³。

本發明所述一維納米炭材料為采用流動催化劑法制備的外直徑為3～100nm的多壁納米碳管(專利申請號：99112903.2)或直徑為100～500nm的納米級炭纖維(申請號：98121124.0)，最好采用專利申請號為99112903.2的流動催化劑法制備的，并經過預處理的外直徑為3～100nm的多壁納米碳管，其純度為90～98wt％。

本發明還提供了上述可充電池電極的制備方法，即將一維納米炭材料和粘結劑銅粉或鎳粉混合后，在作為骨架材料的泡沫鎳上壓制成型，其特征在于在制備電極前先對通過流動催化劑法制備的一維納米炭材料進行預處理，處理過程如下：

將一維納米炭材料用超聲分散10～45分鐘，50～100℃下水煮分散1～2天；

在溴水中于50～95℃下進行溴化1～12小時；

用濃鹽酸或濃硝酸浸泡1～24小時，用去離子水清洗；

干燥后在450～600℃熱處理1～2小時。

以本發明電極作為工作電極，Hg/HgO作為參比電極，6MKOH為電解液，NiOH為輔助電極，然后進行電化學儲氫實驗，儲氫量可達到500～3700mAh/g(按活性物質一維納米炭材料計算，下同)，相當于氣相儲氫1.8wt.％～12.1wt.％。

通常一維納米炭材料表面具有分子級細孔，內部有納米級的中空管，且比表面積大，另外石墨層面垂直于纖維軸向或與軸向成一定角度的緋魚骨狀特殊結構的納米級炭纖維，其層面間距為3.37，大于氫分子直徑(2.89)，因此，大量氫可以在一維納米炭材料中凝聚，從而具有電化學儲氫能力。本發明正是由于采用流動催化劑法制備的外直徑為3～100nm的多壁納米碳管(專利申請號：99112903.2)或直徑為100～500nm的納米級炭纖維(申請號：98121124.0)作為電化學儲氫材料，其電化學儲氫量遠遠高于金屬合金儲氫材料的儲氫量。另外，通過在先專利方法獲得的自制一維納米炭材料，純度高(＞50wt.％)，長徑比大(約1000)，具有一定的宏觀取向，因而力學性能好，并具有良好的導電性，特別適合于電極材料。本發明通過獨特的一維納米炭材料預處理工藝，有效地去除了金屬催化劑、無定形碳和石墨微粒，使一維納米炭材料的開孔率高，從而具有豐富的納米量級細孔，大大提高了電極的電化學儲氫性能。下面通過實施例詳述本發明。

附圖1.一維納米炭材料的電化學儲氫實驗示意圖

附圖2.一維納米炭材料的宏觀照片

附圖3.一維納米炭材料的透射電子顯微鏡照片