[发明专利]一种掺杂锌、锰、铝制备球形氢氧化镍的方法

说明书

技术领域

本发明涉及二次电池储能材料新领域，特别涉及一种掺杂锌、锰、铝制备球形氢氧化镍的方法。

背景技术

球形氢氧化镍是各种碱性二次电池(如Ni/Cd，Ni/MH，Ni/H₂等)的正极活性材料，对电池的容量和寿命起到至关重要的作用。随着科学技术的发展，各种电气化产品的诞生，二次电池的应用也更加广泛。一些工作环境差，安全性要求高的低端二次电池市场空缺比较大，如：适应高低、温差大等恶劣环境的草坪灯，长时间充放电状态的应急灯。这时，就需要在能够满足不同电池性能的要求情况下，寻找替代金属，生产低成本球形氢氧化镍，从而来满足各种市场的不同需求。然而在原料中掺杂锌、锰以及铝替代部分镍制备成的球形氢氧化镍，不仅能使产品中镍的含量降低，减少生产成本，而且制成电池后产品的电化学性能也得到了改善，具有很重要的实用价值。

发明内容

为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种制备成本较低的掺杂锌、锰、铝制备球形氢氧化镍的方法。

本发明采用的技术方案如下：

一种掺杂锌、锰、铝制备球形氢氧化镍的方法，其特征在于，将硫酸镍盐、硫酸锌盐、硫酸锰盐以及硫酸铝盐混合水溶液，氨水，氢氧化钠水溶液经精密流量控制系统连续注入到反应釜中，控制反应体系的温度、pH值以及搅拌强度，反应生成球形氢氧化镍，再经反应釜溢流口连续流出，经陈化、洗涤、干燥。

进一步，所述混合水溶液中硫酸镍浓度为0.95～1.20mol/L，硫酸锌浓度为0.09～0.15mol/L，硫酸锰浓度为0.10～0.18mol/L，硫酸铝浓度为0.11～0.56mol/L。

进一步，氨水的浓度为8.0～14.0mol/L。

进一步，氨水和硫酸镍的进料摩尔比为mNH₃·H₂O∶mNi²⁺＝0.9～1.6∶1。

进一步，氢氧化钠水溶液的浓度为4.5～10.0mol/L。

进一步，反应体系温度为40～70℃。

进一步，反应体系pH值为11.0～13.5。

进一步，反应釜的搅拌速度为120～250r/min。

较为完善的是，制备的球形氢氧化镍的粒度为8～15μm。

本发明方法生产的球形氢氧化物固溶体产品中Ni％：＜50％，Zn％：5～8％，Mn％：4～7％，Al％：1～5％，由于较多量掺杂并取代部分镍，而锌、锰、铝的价值远低于镍，使得生产成本降低；同时锰的加入提高了产品的开口电压和热稳定性，虽然克容量有所降低，但锌、铝的加入改善了循环寿命，从而进一步改善了产品的电化学性能，该产品性能稳定，应用范围广。

本发明具有如下有益效果：

1、工艺流程简单，反应易于控制。

2、镍的消耗少，生产成本低，产品应用范围广，具有较大的工业价值。

3、本发明工艺条件所生产的球形氢氧化镍产品制成电池后，性能稳定，开口电压、热稳定性和高倍率循环寿命得到提高。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明实施例1制备产品的扫描电镜图(20000倍)。

图2是本发明实施例1制备产品的扫描电镜图(10000倍)。

图3是本发明实施例1制备产品的扫描X衍射图。

图4是本发明实施例1制备产品的1C充电10C放电循环数据。

图5是本发明实施例1制备产品的1C充放容量。

具体实施方式

实施例1

反应器体积3.5m³，将浓度为1.07mol/L硫酸镍、0.15mol/L硫酸锌、0.10mol/L硫酸锰以及0.25mol/L硫酸铝混合水溶液，浓度为8.6mol/L氨水，浓度为4.55mol/L氢氧化钠水溶液经精密流量控制系统连续注入到反应釜中。

反应过程中硫酸盐混合水溶液的加入量为3.00L/min，氨水和硫酸镍的进料摩尔比为mNH₃·H₂O∶mNi²⁺＝0.9∶1。

控制反应体系的温度为60±1℃，反应液pH值为13.5±0.2，反应中搅拌转速为120±5r/min。

连续反应后，再经陈化、洗涤、干燥得到球形氢氧化镍产品。

如图1-3所示，制备的球形氢氧化镍的粒度为8～10μm。