[發明專利]一種非晶混合物鐵鎳電池負電極及其制備方法

有效

• 申請號: 202010085839.5
• 申請日: 2020-02-11
• 公開（公告）號: CN111146432B
• 公開（公告）日: 2022-08-19
• 發明（設計）人: 楊玉鋒;徐平;李群杰;李喜歌;彭英長;王曉燕;雷越;劉文昌
• 申請（專利權）人: 河南創力新能源科技股份有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/30
• 代理公司: 新鄉市平原智匯知識產權代理事務所(普通合伙) 41139
• 代理人: 周闖

本發明公開了一種非晶混合物鐵鎳電池負電極及其制備方法，該鐵鎳電池負電極中非晶混合物負極材料由5wt%~30wt%的La₂Sn₂O₇和70wt%~95wt%的Fe₃O₄組成。本發明還具體公開了該鐵鎳電池負電極的制備方法。本發明制得的鐵鎳電池負電極可有效減小電極膨脹、減少析氣量及延長電池的使用壽命；用該非晶混合物負極材料制成的負電極在充電時有助于減少氫氣的逸出，進而提高鐵鎳電池的充電效率，并提高鐵鎳電池的比容量。

技術領域

本發明屬于鐵鎳二次電池鐵負極的制備技術領域，具體涉及一種非晶混合物鐵鎳電池負電極及其制備方法。

背景技術

目前普遍使用的金屬氫化物-鎳電池的負極材料以鑭系AB₅型儲氫合金為主，其中使用了易生成穩定氫化物的儲量相對豐富且價格便宜的稀土元素La和過渡金屬Ni組成，由于使用了較多的鎳元素而使得材料的成本居高不下。鐵鎳二次電池的負電極材料采用了價格低廉的鐵元素，其使用壽命較長且安全環保；但是鐵負極電位相對較負，存在容易析氫而失水、充電效率低等問題。

針對鉛酸電池和鋰離子電池的污染和安全問題，基于鐵鎳電池安全環保和超長使用壽命的特點，鐵鎳電池正逐步在許多應用場合作為首選電池，解決析氫和充電效率低的問題已成為當前鐵鎳電池的主要技術難題。現在鐵鎳二次電池主要的研究大多集中在鐵負極上，有研究者利用鑭-鎳儲氫合金粉與鐵鎳二次電池負極材料四氧化三鐵進行混合使用，試圖解決鐵負極的析氫問題，結果導致了克容量的降低以及儲氫合金粉的加速“粉化”，反而縮短了鐵鎳電池的循環壽命。失效的機理目前尚不清楚，但多數研究者認為鑭-鎳儲氫合金是金屬間化合物，其反應機理是氫原子和氫離子的變化，氫原子在正負極之間移動，鑭-鎳儲氫合金本身不作為活性物質進行反應；而鐵鎳電池的負極材料四氧化三鐵是尖晶石結構，化學反應是基于氧化還原電子得失進行的；另外兩者的晶相結構完全不同，充放電時的摩爾體積變化也不同，使得兩種材料不能很好地“兼容”，進而導致了鐵鎳電池早期失效。

對鐵負極進行摻雜是改良鐵鎳電池固有缺陷的有效途徑。事實證明，將幾種元素通過簡單的攪拌混合達不到使用效果，由于鐵負極材料四氧化三鐵和鑭元素的固有特點，也決定了無法經濟地使用熔煉法和高溫還原法進行摻雜。

發明內容

本發明解決的技術問題是提供了一種能夠有效提高析氫過電位及提高電池充電效率的非晶混合物鐵鎳電池負電極及其制備方法，該鐵鎳電池負電極結合鑭系合金的儲氫特性，首先將易生成穩定氫化物的La作為吸氫元素與高析氫電位的Sn元素反應得到La₂Sn₂O₇化合物作為摻雜材料，然后采用了機械合金法的工藝將La₂Sn₂O₇化合物與Fe₃O₄粉體置于球磨機中進行球磨得到了非晶混合物，用該非晶混合物制成的鐵鎳電池負電極，既有相對較高的析氫過電位又有儲氫的特性，在電化學反應中以氧化還原為主，還兼有離子脫嵌的功能。本發明的制備過程簡單，無固廢和廢水產生，環保安全，原材料廉價易得。

本發明為解決上述技術問題采用如下技術方案，一種非晶混合物鐵鎳電池負電極，其特征在于：該鐵鎳電池負電極中非晶混合物負極材料由5wt%~30wt%的La₂Sn₂O₇和70wt%~95wt%的Fe₃O₄組成。

進一步限定，所述鐵鎳電池負電極中非晶混合物負極材料由7wt%的La₂Sn₂O₇和93wt%的Fe₃O₄組成。

本發明所述的非晶混合物鐵鎳電池負電極的制備方法，其特征在于具體步驟為：