[發明專利]高容量鐵電極材料

有效

• 申請號: 200810046446.2
• 申請日: 2008-11-03
• 公開（公告）號: CN101645505A
• 公開（公告）日: 2010-02-10
• 發明（設計）人: 陶明大;何秀能;潘唯
• 申請（專利權）人: 成都和能科技有限公司
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/24;H01M4/36;H01M10/26
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域???本發明涉及一種鐵電極材料，特別是涉及一種高容量鐵電極材料，該電極材料用于制造高能量環保鐵鎳電池。

背景技術???鐵鎳電池是愛迪生在1900年發明的。在1910至1960年之間，鐵鎳電池廣泛用于牽引機車作為動力電源。但1960年以后，人們對鐵鎳電池的研究有所減少，主要原因是鎘鎳電池具有比鐵鎳更好的性能。隨著社會的不斷進步，人們對環境保護的要求也越來越高，原來采用的有重金屬污染的鎘鎳電池及鉛酸電池將被環保型的電池取代，鐵鎳電池正好滿足了這一要求。

鐵鎳電池屬于綠色環保二次電池，該電池是以鐵或鐵的化合物作為負極活性物質，氫氧化亞鎳為正極活性物質，氫氧化鈉(鉀)水溶液為電解質。按照電極的制備工藝不同，鐵鎳電池分為袋式電池和板式電池兩種類型。袋式電池的特點是壽命很長，但比能量較低，而板式電池正好相反，壽命相對袋式來說要低一些，但比能量較高。與傳統的鉛酸電池和鎘鎳電池相比，鐵鎳電池具有明顯的優點：(1)對環境沒有污染。鐵鎳電池所用的材料均不含汞、鉛和鎘等有毒的重金屬元素，生產過程中也無有毒的氣體和水產生。(2)壽命很長。鎘鎳電池的壽命為大于500次，鉛酸電池的壽命為大于250次，而板式鐵鎳電池的壽命可超過900次，袋式鐵鎳電池的壽命可達到2000-4000次，使用時間可達10-25年。(3)理論比能量高。鐵鎳電池的正極與鎘鎳電池和氫鎳電池的正極相同，但鐵電極的理論容量高達1280mAh/g，是鎘電極理論容量的2.67倍，是金屬氫化物電極理論容量的3.56倍。(4)價格適中。在所有的電極材料中，鐵的價格是最便宜的。與氫鎳電池和鋰離子電池相比，鐵鎳電池還具有價格很低的特點。與鉛酸電池相比，鐵鎳電池的價格雖然稍高，但其超長的壽命完全可以彌補高出的這部分價格。但鐵鎳電池也還存在一些問題，包括：(1)電池的自放電大。(2)大電流放電和低溫放電性能較差。(3)電池的充電效率較低。(4)鐵電極的活性物質利用率低。一般只有10-20％。這就極大地限制了鐵鎳電池比能量的提高。這些問題都是由于鐵電極引起的。專利CN1532965A提出了一種克服鐵電極缺點的方法，是在鐵電極中加放入Al-Sn-Ga。這種電極具有較低的自放電和較高的充電效率，但放電容量只有180mAh/g，不能滿足高能量電池的需要，且電極中加有Ga這種貴金屬元素，電極的成本也較高。

發明內容???本發明目的在于解決鐵電極活性物質利用率低的問題，提供一種高容量的的鐵電極材料，這種電極材料容量超過400mAh/g，且不用添加貴金屬，也沒有重金屬的污染。

本發明高容量鐵電極材料由活性物質和添加劑組成?；钚晕镔|的成分是鐵或鐵的化合物，包括Fe₃O₄，Fe(OH)₂，Fe(OH)₃，Fe₂O₃，還原鐵粉，羰基鐵粉中的一種或幾種；添加劑包括：1)含量為1-10％的稀土氧化物，稀土氧化物包括La₂O₃、CeO₂、Nd₂O₃、Pr₂O₃、Y₂O₃、Gd₂O₃、Sm₂O₃等中的一種或幾種，2)含量為1-3％的氫氧化亞鎳或飽和硫酸鎳溶液。由于直接購買的鐵化合物雜質含量較高，活性很差，因此一般需要自行制備。舉例說明活性物質Fe₃O₄的制備方法：(1)用凈化水和工業級硫酸亞鐵配制密度為1.24-1.26g/cm³的硫酸亞鐵溶液。(2)用凈化水和工業級氫氧化鈉配制密度為1.13-1.15g/cm³的氫氧化鈉溶液。(3)將硫酸亞鐵溶液加熱至90-98℃，將氫氧化鈉溶液以噴淋的方式加入到硫酸亞鐵溶液中，同時在溶液中鼓入空氣。(4)待氫氧化鈉溶液加完后，加入硫酸亞鐵含量1-5％的乙炔黑，再鼓入空氣半小時。(5)用化纖帆布過濾所得的漿料，并用凈化水洗滌沉淀至不含硫酸根。(6)將沉淀烘干后，放到780-880℃的條件下還原。(7)將還原后的物質粉碎至過20目篩，得到所需要的鐵電極活性物質。

與普通的鐵電極相比，本發明鐵電極的優點是容量高，超過400mAh/g。

附圖說明????圖1：高容量鐵電極材料與普通鐵電極材料在25℃下0.2C(60mA/g)放電曲線。