[发明专利]一种适用于高温碱性蓄电池的正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碱性蓄电池(包括Ni/MH、Ni/Cd、Ni/Fe、Ni/H₂、Ni/Zn电池)正极材料，基本成份为氢氧化镍，Co、Zn、Ca、Mg、Cu作为掺杂元素，结构为β-氢氧化镍，具有适用温度范围宽、高容量和高功率的优点。属于新能源材料领域。

背景技术

目前，随着作为新一代高比能绿色镍氢电池在移动通讯、个人电子设备、电动工具和电动汽车等方面的广泛应用，其正极材料球形氢氧化镍的研究也得到越来越多地重视，其性能也得到很大的提高。以AA型镍氢电池为例，实际容量已经从最开始实用化时的1990年每只1070mAh发展到了2006年的每只超过2800mAh。但是针对电动工具、动力型氢镍电池(MH/Ni)的正极材料仍存在诸多不足，主要表现在：①掺杂Co、Zn等的微米级球形Ni(OH)₂颗粒，仅考虑细化微晶晶粒，抑制γ-NiOOH生成，减少镍电极膨胀，却对镍电极反应动力学过程是不利的，因为Ni(OH)₂电极反应是体相氧化-还原反应，H⁺扩散及电荷迁移″路径″长、速率慢，电荷传输能力较弱，严重影响活性物质利用率；②大电流充电时，电子分布不均匀，颗粒表明及晶体内部发生电荷堆积，造成势垒，影响电荷接受能力；③高温(＞60℃)镍电极充电效率差，Ni(OH)₂析氧电位随温度升高而明显下降，一部分充电电流用于了O₂析出，氧化反应与析氧反应几乎同时发生。可见，提高动力型镍氢电池的综合性能就成为了重中之重，而动力电池的快充能力，可以保障二次电池的及时可用性，是电池能够得到实际应用的关键。

人们采用各种办法提高氢氧化镍的性能。中国专利02159508.9公开了一种制备含钇球形氢氧化镍的工艺。该工艺主要是用共沉淀的方法形成钇、镍的氢氧化物固溶体，制备掺钇球形氢氧化镍；用化学沉积的方法在掺钇或不掺钇球形氢氧化镍颗粒的表面包覆一层氢氧化钇。这种固溶型及包覆型含钇球形氢氧化镍，当钇/镍比(摩尔比)为1～3％时，可明显改善球形氢氧化镍的产品在60℃下的充放电性能，由机械混合式添加Y₂O₃的电池60℃下的放电比容量为常温放电比容量的60％左右，提高到80％以上。

中国专利CNP 200610011186.6配制钴盐水溶液、稀土金属盐的水溶液、碱水溶液、络合剂水溶液，将上述水溶液通过流量控制按照一定的浓度比进行反应，在球形氢氧化镍产品表面混合包覆稀土金属氢氧化物和Co(OH)₂的的步骤。提高了球形氢氧化镍的导电性能，所制得的电池正极具有优良的高温性能，提高了电池在高温充放电情况下的比容量与输出功率，提高充/放电循环寿命与快速充电能力，提高耐过充/放电能力与搁置寿命等，明显改善了电池的性能。

中国专利200510017528.0公开一种高温电池用氢氧化镍的制备方法，其硫酸镍溶液配方是在浓度为0.2-2摩尔/升的硫酸镍溶液中加入0.005-0.05摩尔/升的硫酸钴、0.08-0.1摩尔/升的硫酸锌，碱溶液为0.2-10摩尔/升，氨水浓度为1-10摩尔/升，将上述三种溶液分别连续导入反应釜中，在5-30℃温度下，以10-50转/分钟的转速搅拌，控制硫酸镍溶液流量为20-70升/小时，保持釜中氨含量10-100克/升，碱含量0.01-10克/升，加满后对溢出的固液混合体过滤，得到氢氧化镍微粒，水洗后在80-120℃条件下烘干。还可在配制硫酸镍溶液时加入体积比占其溶液1-15％的乙醇或丙酮、丙三醇中的至少一种。该产品可直接用来制作高温电池正极，生产成本低，常温和高温性能均很优良。

中国专利02114267.X公开了具有高倍率充放电能力的球形氢氧化镍的制备方法，其化学表示式为：Ni_1-xM_x(OH)₂，其中M为Co、或Zn、或Cd、或Mn、或Mg、或Ca、或Fe、或Al、或其任意组合，x取值范围为：0.1～15.0；它是将含金属元素M的无机盐溶液与镍盐的混合溶液与配位化合物溶液及碱性溶液并流注入到加有基液的反应釜中，通过控制反应釜中Ni²⁺的浓度、pH值和搅拌速度，反应生成物经热碱处理后而制得。其晶体的平均粒径为3～10微米，松装密度不小于1.6g/cm³，5C倍率放电比容量不小于200mAh/g，适宜作为动力电池正极活性物质，利用它制造的电池具有高比能量、使用寿命长等特点。