[發明專利]鎳氫電池及其正極材料的制備方法

有效

• 申請號: 200810068362.9
• 申請日: 2008-07-08
• 公開（公告）號: CN101320805A
• 公開（公告）日: 2008-12-10
• 發明（設計）人: 李文良;孔令坤;溫恒;田秀軍;韓曉輝
• 申請（專利權）人: 深圳市豪鵬科技有限公司
• 主分類號: H01M4/52
• 分類號: H01M4/52;H01M4/04;B22F1/02;H01M10/28
• 代理公司: 深圳創友專利商標代理有限公司
• 代理人: 喻尚威

技術領域

本發明涉及電池制造技術，具體是涉及一種鎳氫電池正極材料的制備 方法及采用該正極材料的鎳氫電池的制備方法。

背景技術

鎳氫電池設計時，一般保證負極容量過量，這樣在電池過充和過放過 程中，負極可以消除產生的O₂和H₂：保證了電池過充電時，不會因析出 氧而導致電池內壓升高，電池過放電時，負極不會被強制氧化。鎳氫電池 的負極容量除去與正極容量相匹配的部分即為過量的部分，而這部分容量 又分為兩個部分：充電儲備容量與放電儲備容量，鎳氫電池正負極容量的 分布可以表示為圖1。一般來講，當正負極容量配比為1∶1.25時，容量設 計可滿足長壽命電池的要求。

過充電時，電池正極發生析氧反應，析出的氧通過隔膜到達負極表面， 充電儲備容量使到達負極表面的氧氣與金屬氫化物發生復合反應，因此， 不會因為析出氧而導致電池內壓升高。

放電儲備容量由兩部分形成。

第一部分，正極中的二價鈷經第一次活化后被氧化為三價鈷后，就不 會再被還原，從而在負極形成了與二價鈷氧化時充進的電量相等的放電儲 備容量。

第二部分的放電儲備容量由正極中的二價鎳氧化為高價鎳時形成。

普通的鎳氫電池的正極反應為：

充電Ni(OH)₂+OH-→NiOOH+H₂O+e

放電NiOOH+H₂O+e→Ni(OH)₂+OH-

這是一種在二價氫氧化鎳與三價羥基氧化鎳之間相互轉化的可逆反 應，但這種反應不是一種完全可逆反應。實際使用過程中，電池以一定倍 率放電至1.0V時，高價鎳放電時不能放電完全，其放電產物中鎳的平均價 態在2.2價左右，即電池充滿電時，正極中的鎳由2.0價轉化為3.2價，放 電時由3.2價轉化為2.2價，而不是初始狀態的2.0價，這就意味著正極中 鎳價2.0到2.2之間的電量沒有放出，而在負極則形成了等容量的放電儲備 容量，這一部分的放電儲備容量對充放電都沒有起作用。

鎳氫電池設計遵從正極控制容量、負極過量的設計原則進行設計，為 了制作高容量電池往往要犧牲電池設計的負極過量值，以此來換取更大的 空間增加正極活性物質的填充量，增加正負極的有效容量配比，但與此同 時因負極過量數量的減少會導致電池的壽命、過充等方面的性能下降。要 制備一種長壽命的高容量電池，當正負極設計的容量配比一定時，必須降 低正負極的有效容量配比。

不考慮其他的容量損失，當正極采用的球鎳中鎳的初始價態為2.0， 正負極設計的容量配比為1∶1.4時，電池放電至1.0V，正極中未放出的電 量為正極容量的(2.2-2.0)/(3.2-2.0)*100％≈17％，正負極的有效容量配比 為1∶(1.4-0.17)＝1∶1.23。

不考慮其他的容量損失，當正極采用的球鎳中鎳的初始價態為2.2， 正負極設計的容量配比為1∶1.4時，電池放電至1.0V，正極中未放出的電 量為正極容量的(2.2-2.2)/(3.2-2.0)*100％≈0％，正負極的有效容量配比 為1∶(1.4-0)＝1∶1.4

因此，可以通過調節正極鎳的初始價態來減少負極放電儲備容量，相 當于減小了正負極有效的容量配比，從而提高電池的循環性能和耐過充性 能或減少負極合金的用量。

發明內容

本發明的目的是提出一種鎳氫電池正極材料的制備方法，通過提高正 極鎳的化合價來調節負極的放電儲備容量，從而提高電池的循環性能和耐 過充性能或減少負極合金的用量，同時采用本發明提出的化成方法，可以 獲得正常的放電容量。

本發明的另一目的是提出一種采用上述正極材料的鎳氫電池的制備方 法。

本發明的目的是通過以下技術方案予以實現的。

這種鎳氫電池的正極材料制備方法的特點在于：先將作為正極活性物 質的球形氫氧化鎳表面包覆一層γ-CoOOH覆蓋層，再將表面包覆 γ-CoOOH的球形氫氧化鎳進行部分氧化，且控制氧化后的鎳的平均化合價 為2.08～2.20。

所述在球形氫氧化鎳表面包覆一層γ-CoOOH覆蓋層的過程包括以下 步驟：