[發明專利]高溫鎳氫動力電池正極添加劑及其制備方法和正極物質

無效

• 申請號: 200910090879.2
• 申請日: 2009-08-11
• 公開（公告）號: CN101997119A
• 公開（公告）日: 2011-03-30
• 發明（設計）人: 方慶;簡旭宇;朱磊;尉海軍;王忠;蔣利軍;劉曉鵬
• 申請（專利權）人: 北京有色金屬研究總院
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/26;H01M4/32
• 代理公司: 北京北新智誠知識產權代理有限公司 11100
• 代理人: 程鳳儒

技術領域

本發明涉及一種能夠提高鎳氫動力電池高溫性能正極添加劑及其制備方法和正極物質，其特點是制備納米重稀土氧化物，并在鎳氫電池正極中添加一定量的納米重稀土氧化物(Y₂O₃、Er₂O₃，Tm₂O₃，Yb₂O₃或Lu₂O₃)以提高動力型鎳氫電池正極(Ni(OH)₂電極)的高溫充電效率。

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。在鎳電極的充電過程中主要是鎳的氧化，同時還存在一個副反應：4OH^-→2H₂O+O₂+4e，它在整個氫氧化鎳正極的充電過程中都有發生，只是發生的程度不同而已，當常溫過充或高溫充電時副反應占主體。最后，氫氧化鎳的晶型轉變會生成難以恢復的γ-NiOOH，使得正極充電效率下降。以上每一個因素都會影響氫氧化鎳正極的充電效率。按照電化學動力學理論，充電過程中進行最慢的步驟是整個電極過程的控制步驟。研究表明，質子在Ni(OH)₂中的擴散過程是氫氧化鎳正極的控制步驟。

常溫下的氫氧化鎳正極充電過程與理論基本相符：氧的析出電位總是高于氫氧化鎳的充電電位。但在高溫(≥60℃)下氧的析出電位會下降，氧的析出電位降至可能低于氫氧化鎳的最高充電電位，這時OH^-直接在正極放電，由于該反應速率遠遠大于Ni(OH)₂充電速率，所以發生反應：4OH^-→O₂+2H₂O+4e，而正常的充電反應不能進行，所以正極充電效率嚴重下降。因此，高溫充電效率低的主要原因是氧氣的析出過電位下降。

經研究發現重稀土氧化物能提高鎳電極的析氧電位，從而提高鎳電極在高溫下的充電效率，減少副反應的發生，因此，本發明提供了一種適用于高溫充放電使用要求的動力鎳氫電池正極添加劑的制備及其使用方法。

發明內容

本發明的目的是提供一種適用于高溫充放電使用要求的鎳氫電池正極添加劑，以提高Ni-MH電池正極(Ni(OH)₂電極)在高溫環境下的充電效率。

本發明的另一個目的是提供高溫充放電使用要求的鎳氫電池正極添加劑的制備方法。

本發明的再一個目的是提供一種鎳氫動力電池正極的正極物質。

為此，本發明采取以下的技術方案：

重稀土氧化物作為高溫鎳氫動力電池正極的添加劑的應用，所述的重稀土氧化物為Y₂O₃、Er₂O₃，Tm₂O₃，Yb₂O₃或Lu₂O₃。

在重稀土氧化物作為高溫鎳氫動力電池正極的添加劑的應用中，所述的重稀土氧化物為顆粒狀，重稀土氧化物顆粒的平均粒徑為30nm-70nm。

一種制備高溫Ni-MH動力電池正極添加劑的方法，該方法包括下述步驟：

①配制0.1～4mol/L的碳酸鈉溶液和0.5～4mol/L的硝酸重稀土(Y、Er、Tm、Yb或Lu)溶液，所述的硝酸重稀土溶液為硝酸釔(Y)溶液、硝酸鉺(Er)溶液、硝酸銩(Tm)溶液、硝酸鐿(Yb)溶液或硝酸镥(Lu)溶液；

②把硝酸重稀土(Y、Er、Tm、Yb或Lu)溶液分別和碳酸鈉溶液按1.9-2.1∶2.9-3.1重量比例混合，在反應溫度為40～80℃條件下，反應時間為2～5小時；

③將步驟②中得到的產物抽濾洗滌幾次，并且在恒溫干燥箱干燥，得到高溫Ni-MH動力電池正極添加劑的前軀體；