[發(fā)明專利]錫基化合物鐵鎳電池添加劑及基于該添加劑的鐵鎳電池

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010183736.2
• 申請日: 2020-03-16
• 公開（公告）號: CN111370781A
• 公開（公告）日: 2020-07-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李群杰;丁瑞敏;呂寶亮;李喜歌;徐平;楊玉鋒;彭英長;王曉燕;雷越;張俊美
• 申請（專利權(quán)）人: 河南創(chuàng)力新能源科技股份有限公司
• 主分類號: H01M10/26
• 分類號: H01M10/26;H01M4/62;H01M4/52;H01M4/24;H01M4/28;H01M4/30;H01M10/30;H01M10/28
• 代理公司: 新鄉(xiāng)市平原智匯知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 41139
• 代理人: 路寬

本發(fā)明公開了一種錫基化合物鐵鎳電池添加劑及基于該添加劑的鐵鎳電池，該添加劑是基于Sn⁴⁺在堿性電解液和鐵負(fù)極之間沉積?溶解循環(huán)作用的鐵鎳電池添加劑，其具體為Na₂SnO₃。該添加劑一方面可以加速電池化成、促進(jìn)第一放電平臺反應(yīng)的同時抑制第二平臺深度放電的發(fā)生；另一方面可形成一種高效的抑制析氣?加速消氣機制，提升電池穩(wěn)定性，實現(xiàn)鐵鎳電池的密封，該添加劑是在堿性電解液中溶解度和穩(wěn)定性均較高的錫酸鹽，將其直接溶解到電解液中或者直接添加到負(fù)極材料中，利用充放電使Sn⁴⁺在電解液和鐵負(fù)極之間循環(huán)作用。此添加過程簡單、易于操作，適用于工業(yè)大規(guī)模應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鐵鎳電池添加劑技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種錫基化合物鐵鎳電池添加劑及基于該添加劑的鐵鎳電池。

背景技術(shù)

價格低廉的水系鐵鎳電池由于其可靠的安全性，在能源危機加深及日益增長的環(huán)境問題背景下，具有極大的開發(fā)應(yīng)用前景。典型的鐵鎳電池放電曲線中存在兩個電壓平臺，充放電反應(yīng)如下：

其中鐵負(fù)極放電第一平臺即反應(yīng)方程式(1)，是由活性Fe氧化至Fe(OH)₂，其理論容量為960mAh/g，開路電壓為1.37V。在鐵鎳蓄電池的放電電壓平臺中，該平臺持續(xù)時間長，電壓穩(wěn)定，是鐵鎳蓄電池的主要工作電壓，也是電化學(xué)反應(yīng)中的重要一步。而反應(yīng)方程式(2)中產(chǎn)生得到第二放電平臺為負(fù)極活性物質(zhì)內(nèi)部的深度放電所致，電壓值比正常狀態(tài)下放電電壓要低很多，且放電時間持續(xù)較短，電壓下降很快。從實際應(yīng)用的角度來看，第二步電化學(xué)反應(yīng)的實際應(yīng)用性不強。且反應(yīng)方程式(2)的參與，導(dǎo)致鐵負(fù)極反應(yīng)路徑長，副反應(yīng)多，大大降低鐵負(fù)極的可逆性，進(jìn)而影響鐵鎳電池第一平臺放電性能以及循環(huán)穩(wěn)定性。

另外，水系鐵鎳電池固有的缺陷即窄的電化學(xué)窗口(1.23V)以及Fe/Fe(OH)₂電偶的電位比析氫反應(yīng)的電位更負(fù)，使得鐵鎳電池在儲存和使用時不可避免的有氣體產(chǎn)生。因此現(xiàn)在使用的鐵鎳電池上都配有特殊結(jié)構(gòu)的氣孔，以便氣體的排出。氣孔的存在會帶走部分電解液，也會導(dǎo)致堿性電解液碳酸鹽化，影響電池的性能和壽命，必須定期更換電解液。如果在電池內(nèi)部形成一種高效的氫氣/氧氣復(fù)合機制，就可以將電池密封起來，解決上述問題的同時，電池也可以以任意姿態(tài)工作。

綜上所述，延長鐵鎳電池第一放電平臺，同時抑制或者消除電池產(chǎn)生氣體，可以大大提升鐵鎳電池的各項電池性能。目前，針對鐵鎳電池，可以控制其放電過程僅有第一放電平臺的相關(guān)工作未見報道。針對鐵鎳電池內(nèi)部的氫氣/氧氣復(fù)合機制，國內(nèi)四川大學(xué)陳云貴采用氮化鎢/氮雜碳催化劑(RSCAdv.,2018,8,35343–35347)；國外SHUKLA采用Pt/CeO₂催化劑(Journal ofApplied Electrochemistry(2005)35:27–32)。但是，他們報道的催化劑的作用方式，類似于鉛酸電池中的“消氫帽”，會帶來電池制作工藝復(fù)雜、催化劑失活等一系列問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供了一種錫基化合物鐵鎳電池添加劑及基于該添加劑的鐵鎳電池，其利用類似電鍍Sn的原理，利用Sn⁴⁺在堿性電解液和鐵負(fù)極之間沉積-溶解循環(huán)作用，不僅形成一種高效的抑制析氣-加速消氣機制，而且可以加速電池化成反應(yīng)，促進(jìn)第一放電平臺反應(yīng)的時間并抑制第二平臺深度放電的發(fā)生。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案，錫基化合物鐵鎳電池添加劑，其特征在于：所述添加劑是基于Sn⁴⁺在堿性電解液和鐵負(fù)極之間沉積-溶解循環(huán)作用的鐵鎳電池添加劑，該添加劑具體為Na₂SnO₃。

本發(fā)明所述的鐵鎳電池，包括鎳正極極板、鐵負(fù)極極板、堿性電解液及設(shè)置于鎳正極極板和鐵負(fù)極極板之間的隔膜，其特征在于：所述堿性電解液中添加有上述錫基化合物鐵鎳電池添加劑。