[發明專利]高溫/高功率鎳氫電池正極活性材料及其制備方法和應用

無效

• 申請號: 200710177037.1
• 申請日: 2007-11-08
• 公開（公告）號: CN101431152A
• 公開（公告）日: 2009-05-13
• 發明（設計）人: 成艷;謝守韞;簡旭宇;朱磊;王忠;尉海軍;蔣利軍
• 申請（專利權）人: 北京有色金屬研究總院
• 主分類號: H01M4/32
• 分類號: H01M4/32;H01M4/36;H01M4/62;H01M4/26;H01M10/30
• 代理公司: 北京北新智誠知識產權代理有限公司
• 代理人: 朱麗華

技術領域

本發明涉及一種高溫/高功率鎳氫電池正極活性材料及其制備方法和應用。

背景技術

隨著汽車工業的飛速發展，能源與環境危機日益加劇，研究開發汽車新動力日趨緊迫，電動汽車被公認為是最佳選擇。而動力電源是制約電動車發展的瓶頸技術。目前電動汽車用電源以鉛酸電池、鎳氫電池和鋰離子電池為主，其中，鎳氫電池以其優異的綜合性能成為最具實際應用價值的電動汽車動力電源。

由于電動車在運行過程中需要動力電源反復進行高倍率充放電，而鎳氫電池組高倍率充放電時會產生大量熱，這就對電池組的耐高溫性能提出了很高的要求。目前改善鎳氫電池正極的高溫性能以提高高溫充電效率為主。主要采取的思路有兩個方面，一是提高氫氧化鎳自身在高溫下的充放電能力，二是通過抑制高溫環境下電極上副反應的發生，進而提高其高溫充電效率。前者，主要是在球鎳中添加鈷、鎳等元素提高活性材料的導電性，從而提高鎳電極的充放電效率。后者，目前普遍采用的措施是在制作正極的過程中機械添加能夠提高Ni(OH)₂正極高溫析氧反應電位的某種物質，抑制副反應的發生進而提高電極高溫充電效率。在此類添加劑中以鋅、鎘以及重稀土元素為主。大量研究證明，用簡單的機械混合方式添加上述元素時可以提高正極在高溫下的充放電效率，但同時由于這些添加劑的非導電性也明顯的降低了電極的高倍率放電性能。

發明內容

本發明的目的是提供一種高溫/高功率鎳氫電池正極活性材料，適用于制作高溫及高倍率充放電使用要求的動力鎳氫電池正極，加入該活性材料能夠提高鎳氫電池功率密度和高溫性能及其制備方法和應用。

本發明的另一目的是提供一種高溫/高功率鎳氫電池正極活性材料制備方法和應用。

為實現上述目的，本發明采取以下設計方案：

一種高溫/高功率鎳氫電池正極活性材料，該活性材料是由濃度為2～4mol/L氫氧化鈉水溶液，0.01～0.05mol/L的EDTA(絡合物)水溶液以及重稀土元素的混合鹽溶液，以流速比為(30～60)∶(10～20)∶100分別連續滴加到覆鈷球鎳的懸濁液中進行反應，再經固液分離制成；其中，Ni與所含有的重稀土元素總量(M)的摩爾比為(80～100)：(1～10)。

所述的重稀土元素的混合鹽溶液為YCl₃、ErCl₃、TmCl₃、YbCl₃和LuCl₃中的一種或兩種以上鹽溶液，所述含有的重稀土元素為前述混合鹽溶液中含有的重稀土元素。

一種制備高溫/高功率鎳氫電池正極活性材料的方法，該方法步驟如下：

①配制氫氧化鈉水溶液，其中氫氧化鈉的濃度控制在2～4mol/L之間；

②配制EDTA水溶液，其中EDTA的濃度控制在0.01～0.05mol/L之間；

③配制含有重稀土元素的混合鹽溶液，其中摩爾濃度控制為1～5mol/L；

④按覆鈷球形氫氧化鎳粉與去離子水的比為18重量份：200～400ml容量的比例稱取覆鈷球形氫氧化鎳粉并置入對應量的去離子水中，加熱并攪拌，制成該覆鈷球鎳的懸濁液；

⑤將配好的氫氧化鈉水溶液、EDTA水溶液和混合鹽水溶液分別連續滴入到含有覆鈷球鎳懸濁液的反應釜中并攪拌，氫氧化鈉水溶液、EDTA水溶液和混合鹽水溶液的流速比控制為(30～60)∶(10～20)∶100，Ni元素與稀土元素總量的摩爾比為(80～100)：(1～10)，控制反應釜中的pH值為8～12，反應溫度控制為40～80℃，反應時間為2～5小時；

⑥將步驟⑤獲得的產物轉入固液分離器中進行分離，所得固體物質用去離子水清洗至pH小于8，烘干，得到所需電極活性物質。

在所述的步驟④⑤中，控制反應釜的攪拌速度為150～300r/min。

一種高溫/高功率鎳氫電池正極活性材料的應用：用本發明制得的高溫/高功率鎳氫電池正極活性材料制作鎳氫電池Ni(OH)₂正極。

本發明最終制得的高溫/高功率鎳氫電池正極極片材料產品是在球形氫氧化鎳表面覆有鈷元素，在覆鈷層之外又覆有Y、Er、Tm、Yb和Lu的一種或幾種重稀土元素或其氫氧化物。

本發明的優點是：

1、由本發明活性材料制作動力型鎳氫電池正極，可極大地提高在高溫及常溫環境下的高倍率充放電性能，并有效減少了多種高溫添加劑對動力型鎳氫電池正極大電流充放電性能的不利影響。