[发明专利]包覆氢氧化镍钴锰的掺杂球形羟基氧化镍及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电池正极材料技术领域，特别涉及一种包覆氢氧化镍钴锰的掺杂球形羟基氧化镍及其制备方法。

背景技术

近年来，随着信息技术的发展，数码电子产品的功能不断扩大，例如高频闪光、高速变焦、大容量显示和记录图像数据，人们对电池的性能，尤其是大电流重负荷放电能力提出了越来越高的要求，同时电池的安全性能也成了关注的焦点。通用的碱性锌锰电池虽然也在取得性能上的进步，但是由于其在重负荷放电时，放电电压急骤下降的特点，正在被一种新的高能碱性一次电池锌镍电池所替代。

碱性锌镍电池在高电流密度下具有高的放电电压平台(1.6V)，数倍于碱锰电池的比容量，它的优异耐重负荷放电性能使其发展前景被告广泛看好。但是，重负荷放电会导致电池温度急骤升高，电池内压上升，使电池存在漏液甚至爆炸的危险。碱性锌镍电池要取得更好的发展，在保证重负荷放电性能的前提下，还要提高电池的安全性能。目前市场上的正极材料羟基氧化镍(NiOOH)是在镍氢电池用球形氢氧化镍[Ni(OH)₂)]的基础上氧化得来的，其中的添加剂锌是为了增加材料的可逆性，提高电池的循环寿命，在一次碱性锌镍电池中，没有循环寿命的要求，锌的作用就很有限了。本专利就是发明一种安全性能优良的羟基氧化镍(NiOOH)的制作工艺，用铝取代锌加到羟基氧化镍(NiOOH)中，提高羟基氧化镍(NiOOH)的高温性能，进而提高碱性锌镍电池的安全性能。

发明内容

为生产比容量高，氧化率更高，稳定性好，球的形貌较好，自放电低，更具实用性的羟基氧化镍，本发明提供一种包覆氢氧化镍钴锰的掺杂球形羟基氧化镍及其制备方法。

本发明包覆氢氧化镍钴锰的掺杂球形羟基氧化镍，其分子式为：Ni_1-a-b-cX_aCo_bMn_cOOH，其中：0.05≤a≤0.10，0.05≤b≤0.2，0.05≤c≤0.2；X包括Y、Yb、Er、La、Ce的一种或几种。

本发明包覆氢氧化镍钴锰的掺杂球形羟基氧化镍制备方法，其具体工艺步骤为：

1)制备掺杂钴和稀土元素的球形氢氧化镍：

用去离子水配制浓度为1-4mol/L的镍、钴、稀土元素的盐溶液，按镍、钴、稀土元素的摩尔比例为镍90-95％、钴和稀土为5-10％配置混合液A；配制浓度为0.5-8mol/L碱溶液B；用去离子水配制10-20％的氨水溶液C；

以混合液A 5-15mL/min的流量，碱溶液B和氨水溶液C溶液为5-10mL/min的流量，同时加入处于搅拌状态的反应釜中，进行化学沉淀反应，转速500-1200r/min.控制pH值在10-14范围内，温度在30-70℃范围；

然后将沉淀物过滤、用去离子水洗涤、在60-110℃条件下烘干得掺杂钴和稀土元素球形覆钴氢氧化镍，其钴和稀土元素占镍含量的摩尔比范围为5-10％，平均粒径在3-20um绿色粉末产品；

2)包覆一层均匀致密的氢氧化镍钴锰：

用去离子水配制浓度为1-3mol/L的镍、钴、锰的盐溶液D，配制浓度为0.5-8mol/L碱溶液E；用去离子水配制10-20％的氨水溶液F；

将上述所得产品和去离子水，按固液比1∶1-5的比例加入反应釜中，盐溶液D以2-20mL/min的流量，然后将碱溶液E、氨水溶液F分别以3mL-15mL/min的流量加入反应釜中，以氨水溶液为络合剂，反应温度范围控制在30-80℃间，pH值控制范围为8-13，反应釜的转速为400-1000r/min，反应1-8小时，然后将沉淀物过滤、用去离子水洗涤、在40-100℃条件下烘干得包覆氢氧化镍钴锰的粉末。

3)氧化：按固液(该液体是0.5-2mol/L的碱性液体)比1∶0.8-5.0的比例将上述步骤所得球包覆氢氧化镍钴锰的粉末倒入反应釜中，配制0.5-5mol/L的氧化剂溶液G；配制4-12mol/L的碱性溶液H；分别以流量4-50mL/min速度加入反应釜，控制pH值在11.5-13.5间，温度控制在30-100℃，转速为100-700r/min，反应0.5-4小时，然后将产品过滤、用去离子水洗涤，最后在50-120℃条件下烘干0.5-9h，得到高氧化度的在包覆氢氧化镍钴锰的掺杂钴和稀土元素球形羟基氧化镍。

所述稀土元素可以是：Y、Yb、Er、La、Ce的一种或几种，其中优选Ce；

所述镍、钴、锰盐为硫酸盐、氯化盐、硝酸盐、醋酸盐的任意一种，其中优选硫酸盐。