[發明專利]一種鎳氫電池負極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 200810024059.9
• 申請日: 2008-04-25
• 公開（公告）號: CN101267035A
• 公開（公告）日: 2008-09-17
• 發明（設計）人: 馬立群;趙相玉;丁毅
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: H01M4/38
• 分類號: H01M4/38;H01M4/62;H01M4/04;H01M4/24;H01M4/26
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司
• 代理人: 徐冬濤;袁正英

技術領域

本發明屬于能源領域，涉及一種鎳氫電池負極材料及其制備方法；尤其涉及一種包含納米晶鎳粉的鎳氫電池負極材料及其制備方法。

背景技術

鎳氫二次電池具有高能量密度、高充放電能力、長壽命、安全性好及環保等諸多優點[1-2]，近年來，在電動汽車等相關電動工具中引起了廣泛的關注，這就對電池的電化學性能提出了更高的要求。作為鎳氫電池負極材料主要組成部分的儲氫合金，對電池的性能起到了決定性的作用。所以，提高儲氫合金的電化學性能成為提高電池性能的關鍵。改變合金的成分、組織、結構以及建立新的合金體系引起了廣大研究者的關注。涌現出一些高容量的合金體系，但存在活化周期長等問題。

鎳粉具有導電性好，在空氣中或堿性電解液中不易發生腐蝕等優點，在儲氫合金中應用廣泛，不僅可以用于合成儲氫合金，還可以作為添加劑用于制備儲氫合金電極。目前在制備鎳電池負極材料中，應用較廣的添加劑是結晶態鎳粉。如國藥集團化學試劑有限公司銷售的鎳粉以及潘洪革等人在雜志Journal?of?Alloys?and?Compounds的397卷1-2期269-275頁題為the?effect?of?substitution?of?Zr?for?La?on?the?electrochemical?propertiesof?La_0.7-xZr_xMg_0.3Ni_2.45Mn_0.1Co_0.75Al_0.2hydrogen?storage?electrode?alloys一文中提到的制備負極材料所采用的羰基鎳粉均不屬于納米晶鎳粉，Kim?JS在雜志Journal?of?PowerSources的104卷2期的201-207頁題為Effects?of?F-treatment?on?degradation?of?Mg₂Nielectrode?fabricated?by?mechanical?alloying一文中也給出了同樣的做法。他們都沒有考慮添加的鎳粉對負極材料在氫的電催化活性方面的影響，所采用的鎳粉只起到了導電劑或集流體的作用，對于提高負極材料的充電效率、充電容量幾乎沒有什么貢獻。

發明內容

本發明的目的是為了改進現有電池負極材料中鎳粉對氫的電催化性能的不足而提供了一種包含納米晶鎳粉的鎳氫電池負極材料，本發明的另一目的是提供了一種上述材料的制備方法。

本發明的技術方案為：在制備鎳氫電池負極材料時，加入納米晶結構的鎳粉，充分考慮其對氫的電催化特性，納米晶鎳粉能夠進一步促進氫原子的形成，增大氫原子在負極材料上的吸附量，從而能夠提高充電效率；增大儲氫合金的電化學容量；改善儲氫合金的電催化性能。

本發明的具體技術方案為：一種鎳氫電池負極材料，其特征在于其原料為儲氫合金和納米晶鎳粉，納米晶鎳粉與儲氫合金的質量比為3∶1-1∶5，通過冷壓制備而得負極材料。

本發明在制備負極材料原料中還可添加占儲氫合金重量為2％-6％的粘接劑。其中所述的粘接劑為聚乙烯醇或聚四氟乙烯。

上述的儲氫合金為稀土基合金、鈦基合金、鋯基合金、鎂基合金或釩基合金。儲氫合金可按現有技術制備或直接購買。

上述的納米晶鎳粉的特征在于其純度為99％-99.9％；平均顆粒尺寸為5-70μm；晶粒尺寸為8-30nm；粉末形狀可為不規則形或球形。

本發明提供了上述鎳氫電池負極材料的制備方法，其具體步驟如下：

A、納米晶鎳粉的制備：將市售的鎳粉裝入球磨罐中，進行球磨，得到純度為99％-99.9％；平均顆粒尺寸為5-70μm；晶粒尺寸為8-30nm；粉末形狀可為不規則形或球形的納米晶鎳粉；

B、將上述步驟所制得的納米晶鎳粉與儲氫合金按質量比為3∶1-1∶5混合，通過冷壓制備而得負極材料。

本發明步驟A中將鎳粉裝入球磨罐中，控制料球比為5∶1-50∶1，轉速為100-400轉/分鐘，球磨3-80小時；步驟B中所述的冷壓工藝就是在常溫下壓制成型即可。

本發明所述的納米晶鎳粉的制備，除了上述的機械球磨法外，還可以通過化學法和熔煉法制得。