[发明专利]镍氢动力电池正极材料及制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及动力蓄电池技术领域，特别是涉及一种镍氢动力电池的正极材料及制备方法。

背景技术：

目前，能够满足需要的动力蓄电池类型主要为锂离子电池、镍氢电池和燃料电池。然而， 锂离子电池的安全性问题一直存在，动力型锂离子电池还存在耐过充性与热稳定性差等问题， 燃料电池尚处于发展阶段。镍氢动力电池(Ni/MH电池)以其高比能量、高比功率、循环寿 命长、抗过充放能力强且污染小、适合于大电流放电、充电快与安全性好等优异的综合性能， 而且电池制造技术也相对成熟，对EV和HEV行驶特点的适应性也比较高，相比其它类型电池 镍氢动力电池将成为EV和HEV发展中期目标的最佳动力电源。

正极材料球形氢氧化镍是动力型Ni/MH电池技术发展的瓶颈。球形Ni(OH)₂电极材料是针 对小型镍氢电池开发的，但是用于动力型镍氢电池(Ni/MH)就存在诸多不足，主要表现在： ①容量偏低，Ni(OH)₂/NiOOH相互转变实际电子转移数目低于1e；②质子(H⁺)扩散、电荷迁 移速率和物质交换能力较弱，在大电流快速充放电时，颗粒表面及晶体内部容易产生大量电 荷堆积和应力积累，形成限制电荷再接受的势垒；③镍电极氧化电位偏高，析氧电位与氧化 电位的差值较小，电池温度一旦上升，析氧反应就加剧，镍正极充电效率及放电容量受到显 著影响。现有的解决方案是调整Co、Zn等掺杂元素的配比及掺杂量，在Ni(OH)₂颗粒表面包 覆Co、稀土等化合物，基本满足了55℃以下中等电流密度对Ni(OH)₂电极材料的要求。但是， 高温时析氧过电位的降低仍很显著，致使氧化和析氧过程几乎同时发生。所以，到目前为止， 电池能量密度、镍正极上氧气的析出及镍正极在高温下的充电效率仍然是制约镍氢动力电池 的关键因素。因此，开发适合镍氢动力电池应用的新型正极材料已经成为当务之急。

关于多元素协同掺杂替代部分Ni制备β-Ni(OH)₂正极材料的研究，国外已经进行了一些 尝试和探索，但是镍正极的高温充放电性能和循环稳定性还不够理想，国内还没有进行过类 似的研究。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种能够效调控A微晶晶粒细化程度和结构缺陷的种类及数量， 还可以利用混合电子结构来降低质子(H⁺)跃迁所需的活化能，而且使β-Ni(OH)₂正极材料 的成本大大降低的镍氢动力电池正极材料的制备方法。

技术解决方案：

包括下列原料，各原料的质量分别为NiSO₄8-34g、ZnSO₄86-90g、CoSO₄8-18g与 MgSO₄6-20g、CuSO₄17-27g、MnSO₄8-9g或Ca(NO₃)₂9-37g中的一种以上混合；将上述原料 配成饱和混合料液，然后将饱和混合料液与NaOH 7-8mol·L^-1和NH₃·H₂O 11-13mol·L^-1两种溶 液同时加入到反应器中，搅拌，搅拌速度为200-300r/min，加入速度为60-80L/h，控制混合 料液反应的pH值在12-13之间，温度为50±2℃；进料结束后继续反应1-2h，混合料液陈化 12h以上，过滤，用去离子水洗涤至中性，在干燥箱中80℃干燥2-3h。

本发明利用多元素的协同效应，Mg、Ca、Co、Zn、Cu、Mn等两种或更多种元素与Ni元 素按化学计量比共沉积，并对其掺杂或修饰，制备新型复合氢氧化镍正极材料。通过多元素 协同掺杂替代部分Ni元素，探索最佳的元素配比和制备工艺条件，制备出大电流充放电性能 和高温特征都优异的新型氢氧化镍正极材料，为EV和HEV用Ni/MH动力电池镍正极活性物质 的研究提供一种新的研究途径。

附图说明

图1为本发明氢氧化镍A、B、C、D、E在25℃下0.2C充放电曲线图；

图2为本发明氢氧化镍A、B、C、D、E在25℃下1C充放电曲线图；

图3为本发明氢氧化镍A、B、C、D、E在25℃下2C充放电曲线图；