[发明专利]用于镍电极的正极活性材料

说明书

本申请是基于申请日为2005年1月6日、申请号为200580007439.6的申请所提交的分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请有权享受共同未决的US专利申请S.N.60/535176的在先提交日的权利和优先权，该US专利申请被转让给本申请的相同受让人，于2004年1月8日提交，题目为“Positive Active Material For A NickelElectrode”，其公开内容在此引入作为参考。

技术领域

本发明涉及适用于电化学电池的活性材料的氢氧化镍材料，例如镍金属氢化物电池组。

背景技术

多年来，氢氧化镍已经被用作碱性电化学电池的正电极的活性材料。这些镍基碱性电池的实例包括镍镉(Ni-Cd)电池、镍铁(Ni-Fe)电池、镍锌(Ni-Zn)电池和镍-金属氢化物(Ni-MH)电池。将氢氧化镍用作镍金属氢化物电池组的正电极活性材料是公知的，并已经被多个美国专利公开。参见例如于1996年6月4日授予Ovshinsky等人的题为“EnhancedNicked Hydroxide Positive Electrode Materials For AlkalineRechargeable Electrochemical Cells”的US专利No.5523182，其公开内容在此引入作为参考。在US 5523182中，Ovshinsky等人公开了一种正电极材料，包括氢氧化镍正电极材料的颗粒和在该活性材料上形成的基本连续的均匀包封层以增加性能的前体涂料。

目前存在几种形式的正电极，包括：烧结型电极、发泡型电极和糊型电极。烧结正电极可以通过将镍粉浆体施加到镀镍的钢基底上然后在高温下烧结制备。该工艺导致各镍颗粒在它们的接触点焊接，得到约80％开孔体积和20％固体金属的多孔材料。然后，通过将经烧结的材料浸泡在酸性镍盐溶液中用反应性材料浸渍经烧结的材料，然后在与碱金属氢氧化物的反应中转化为氢氧化镍。在浸渍后，该材料经过电化学成型。发泡型电极和糊型电极通过不同的方法制备。发泡型和糊型电极可以通过将氢氧化镍颗粒沉积在传导性网络或者基材上而准备。经常地，各种粉末(例如粘合剂和传导性添加剂)与氢氧化镍颗粒混合在一起以改善电极性能。

通常，镍-金属氢化物(Ni-MH)电池采用包括氢氧化镍活性材料的正电极和包括能够可逆电化学存储氢的金属氢化物活性材料的负电极。金属氢化物材料的实例在US专利No.4551400、4728586和5536591中提供，它们的公开文本在此引入作为参考。负电极和正电极被分开设置在碱性电解质中。

当在Ni-MH电池中施加电流时，负电极的Ni-MH材料通过吸收由电化学水放电反应和电化学产生氢氧根离子而形成的氢被充电：

负电极反应是可逆的。在放电时，所储存的氢被释放而形成水分子并释放电子。

在碱性电化学电池中氢氧化镍正电极的充电方法由下面反应控制：

在电化学电池的第一次充电后，氢氧化镍被氧化而形成羟基氧化镍。在该电化学电池的放电期间，按照下面示出的反应，羟基氧化镍被还原以形成β-氢氧化镍：

最理想的是具有高能量密度、高容量和长循环寿命的可再充电池组，即镍金属氢化物电池组。目前便携式装置的趋势是对高能量密度和高电力密度可再充电池组的需求越来越高。高能量密度和高电力密度也是用于电动或者混合式交通工具的电池组的重要准则。尽管已经存在一些电极和活性材料，仍然持续需要改善在镍金属氢化物电池组中的正电极容量和成本。

发明内容

在本文中公开的是包括选自铜、锌、钴和镁的一种或多种改性剂元素的电化学电池的正电极的氢氧化镍材料，这些改性剂元素给氢氧化镍材料提供了低于100埃的微晶尺寸。该改性剂元素还提供给氢氧化镍材料2.00-2.35范围的振实密度和/或基于5-25μm体积的平均颗粒尺寸。

氢氧化镍材料通常包括镍、铜或者钴、锌和镁的一种或多种。镍的含量为金属组分的89.0-95.0原子％，优选为金属组分的92.0-95.0原子％。铜的含量优选为金属组分的0.5-5.0原子％，更优选为金属组分的0.5-3.5原子％，最优选为金属组分的2.5-3.5原子％。钴的含量可以为金属组分的0.0-5.0原子％，优选为金属组分的2.0-4.0原子％。锌的含量可以为金属组分的0.5-5.5原子％，优选为金属组分的0.5-2.5原子％。镁的含量可以为金属组分的0.0-5.5原子％，优选为金属组分的0.0-1.5原子％。