[發明專利]一種用于鎳氫電池的亞鎳復合正極材料及制備工藝

無效

• 申請號: 200910085937.2
• 申請日: 2009-06-08
• 公開（公告）號: CN101572310A
• 公開（公告）日: 2009-11-04
• 發明（設計）人: 吳鋒;吳伯榮;陳實;王敬;楊凱;穆道斌;安偉峰;甘鳳妍
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/52;H01M4/24;H01M4/26
• 代理公司: 北京理工大學專利中心
• 代理人: 張利萍

技術領域

本發明涉及一種用于鎳氫電池的亞鎳復合正極材料及制備工藝，屬于化工電極材料制造工藝技術領域。

背景技術

鎳氫電池是一種比常規電池更加環保的動力電源，它具有能量密度高、功率密度高、耐過充放電等優點，成為當今新型化學電源研究的熱點課題。同時，因其儲存能量大，功率大，質量輕，循環壽命長等獨特優點，被人們用作備用電源，如臨時照明、采暖、電動汲水和機算機的備用電源等；在電動汽車的研發中，鎳氫電池作為一種相對理想的動力電源而備受關注。電動汽車要求其電源具備良好的大功率充放電能力、充放電效率和相對穩定性，促使鎳氫電池的研究朝著相關方向發展。

鎳氫電池以鎳電極為正極材料，主要成份為Ni(OH)₂，目前工業化生產中通常選用β-Ni(OH)₂，其理論比容量為289mA·h/g，無法滿足更高的儲能需求。另外，由于鎳氫動力電池在充放電時產熱明顯，高溫條件下氧的析出電位較常溫下降低，導致大電流充放電時，活性物質利用率較低，因此，電池的高溫和大電流性能較差。而電動車在啟動、爬坡和加速時急需供應大電流脈沖電能，剎車時需將動能轉化為電能以大電流儲存，現有鎳氫電池難以滿足要求。

發明內容

本發明的目的是為了解決上述問題，提供了一種性能優良的亞鎳復合電極材料及制備工藝。

本發明通過下述技術方案實現。

本發明的一種用于鎳氫電池的亞鎳復合正極材料，由氧化鎳和覆鈷氫氧化鎳組成，二者占總質量的百分比分別為1％～10％和99％～90％；其中NiO是由納米α-Ni(OH)₂熱處理制得，在合成α-Ni(OH)₂的過程中摻雜金屬陽離子。

所述摻雜金屬陽離子為Al³⁺、Cu²⁺、Y³⁺、Mn²⁺、Zn²⁺、Co²⁺、Cr³⁺、Fe³⁺中的一種或多種。

本發明的一種用于鎳氫電池的亞鎳復合正極材料的制備工藝為：

(1)制備氧化鎳材料：在恒溫和攪拌條件下將堿微乳液緩慢滴入含摻雜金屬陽離子鹽的鎳鹽微乳液中，至pH達到預定值，繼續恒溫攪拌進行沉淀合成；反應結束后，經靜置、分層、抽濾、洗滌、干燥和研磨，得到納米摻雜α-Ni(OH)₂材料；然后將該材料進行熱處理，緩慢升溫至一定溫度并恒溫一定時間，得到NiO材料；

(2)制備亞鎳復合電極材料：將制得的氧化鎳材料與覆鈷氫氧化鎳材料按比例混合，置于球磨機中研磨得到均勻粉體，即為亞鎳復合正極材料。

氧化鎳制備所用原料中，鎳鹽為六水合氯化鎳、六水合硝酸鎳和六水合硫酸鎳中的至少一種；摻雜金屬陽離子鹽為該離子的硫酸鹽、碳酸鹽、硝酸鹽和氯鹽中的至少一種；堿為氫氧化鈉、氫氧化鉀中的一種，并以氨水為絡合劑；所用微乳液系統為“TX-100/正丁醇/環己烷/水”四組分系統。

合成納米摻雜α-Ni(OH)₂材料過程中的恒溫溫度為40～80℃，滴堿終點pH為10～14，反應時間為1～5h。

將納米摻雜α-Ni(OH)₂材料進行熱處理，熱處理過程中的升溫速度為1～5℃/min，恒溫溫度為200～400℃，恒溫時間為2～5h。

有益效果

本發明所用NiO由納米α-Ni(OH)₂熱處理制得。實驗證實，由α-Ni(OH)₂熱處理得到的NiO比容量為201F/g，高于由β-Ni(OH)₂所得NiO的比容量100F/g。α-Ni(OH)₂的制備采用微乳液法，以微乳液中的分散相液滴作為微反應器，其優點在于可以合成形態規則、粒徑均勻的納米顆粒。通過摻雜一種或多種價態大于等于正二價的金屬陽離子，穩定α-Ni(OH)₂的晶體結構。同時，摻雜元素的存在提高了NiO的導電性，使其獲得更好的電化學性能。

本發明將超級電容器材料NiO按一定比例摻雜到覆鈷Ni(OH)₂中，以此作為鎳氫電池正極活性物質。制得的復合電極兼有電池和電容的特性，超級電容器的超大容量和高功率密度可以彌補現有鎳氫電池無法進行大電流充放電的不足，明顯改善其大電流性能。

本發明工藝流程簡單，參數容易控制，制得的氧化鎳粒度均勻；最終得到的氫氧化亞鎳復合電極，充放電性能好，使用壽命長。