[发明专利]用有机改性的(共混)硅酸聚缩物涂覆的、含有适合于储氢的金属核的颗粒、用其制成的电池以及使用该颗粒制造该电池的方法

说明书

技术领域

本发明涉及由颗粒组成的或含有颗粒的粉末，该颗粒具有适合于储氢的金属核以及优选完全包裹该核的、由有机改性的(共混)硅酸聚缩物组成的或含有有机改性的(共混)硅酸聚缩物的涂层。此外，本发明还涉及电极，该电极单独地或者连同/混同其他成分一起含有所述粉末或者由其组成，以及涉及电池，该电池的负电极在传导OH^-离子的凝胶状基体中含有储氢的金属颗粒。

背景技术

在“绿色-电子学”的发展过程中，开发了镍-金属氢化物(NiMH)电池作为NiCd电池的代替。该电池不再含有有毒的重金属。但是目前其还不能完全地替代NiCd电池，因为虽然其能量密度更高，但是循环强度更弱并且尤其是最大充电电流和放电电流更弱。因此，对于能量消耗高的应用场合，例如无绳电动工具、备用电力设备和医疗技术领域等中的各种移动应用，还必须继续使用NiCd电池。

按照NiMH电池的原理工作的蓄电池的负电极由金属合金组成，该金属合金可以在其晶格内储存氢原子，并且经常但非必须地含有镍和/或具有组成AB₅或AB₂。该电极的晶格在充电过程中吸收氢，从而形成金属氢化物。若释放能量，则氢或多或少迅速地从电极材料的内部向表面扩散并且在此与电解质(通常浓度约为20％的KOH)的OH^-离子发生反应。在此，负电极是该充电电池的决定速度的部件。表面越大且向表面扩散的路程越短，则能量释放得越快，并且可释放的电流越高。因此，NiMH电池的功率密度与存在的表面有关。

例如可以通过更薄的电极来扩大电极的几何表面。但是更有效的是减小金属粉末的颗粒尺寸，因为以此方式可以进一步提高表面/体积比。在商业通用的NiMH蓄电池的情况下，颗粒尺寸仍然为几十微米。由于研磨技术的革新，可以实现只有几微米的粒径，这使混合金属颗粒的表面明显增大。可以采取不同的方法来实现颗粒尺寸的减小。例如Mechanomade法(MBN Nanomaterialia，Vascon di Carbonera(意大利)，www.mbn.it)，可以在惰性或反应性的气氛中实施的高能球磨，并产生微小颗粒。此外，在此获得颗粒的纳米晶体结构，从而可以在单位时间释放明显更多的氢。

另一个方法是Mechanofusion法(Hosokawa Micron Ltd.，Runcorn(UK)，www.hosokawa.co.uk)，该方法可以通过2种(或更多种)材料之间的机械-化学反应制备新的金属合金。该方法可以通过局部熔化微小颗粒而改善颗粒性能。

发明内容

但是由于表面能明显更高，特别是微晶混合金属粉末也有严重的缺点：其受空气影响高度易燃。本发明的目的是，消除该对于电池制造成问题的反应性。

在该目的的解决方案中建议在加工之前首先使金属粉末钝化。

作为一种腐蚀保护，钝化层应当防止混合金属合金在电池制造期间氧化。但是，尽管有该钝化层，仍然必须使电解质可以接触到混合金属颗粒的表面，在此不会对电池电解质的离子通往颗粒的通路产生负面影响。这是一种材料实际上不可能同时满足的两个条件。

完全意外地发现，由有机改性的(共混)硅酸聚缩物组成的钝化层非常良好地粘结在粉末-颗粒上，例如镍-混合金属颗粒，并由此一方面保护其在直至被引入到阳极材料中和由此制得的(NiMH)电池循环的时刻之前不受环境影响，但是另一方面无法防止流入和流出阳极的氢离子流和其他离子流进入电池的其他部分，而是甚至起促进作用。因为令人惊讶地发现，无机-有机钝化层在电解质(含水KOH)的碱性含水环境中处理之后会发生变化。由此即通过吸收电解质水溶液而形成通常为凝胶状的材料，其不仅不阻止电池活性所需的离子通过，而且违背了所有的预期甚至使得通过变得更容易，取决于基体的类型将颗粒包裹住，并因此是凝胶状的电解质。该电解质-凝胶/介质可以实现高的放电速度，这有利于高功率应用。

由于形成的基体的离子传导性，钝化层的厚度通常不是关键性的。其通常小于1μm，优选为25至500nm，特别优选为约40至250nm。