[发明专利]一种铁镍电池负极硅酸盐晶体材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种铁镍电池负极硅酸盐晶体材料的制备方法，将可溶性铁盐与可溶性锡盐按比例溶解于去离子水中，在30~70℃的条件下再加入硅酸钠溶液进行反应，经过滤、洗涤、干燥后制得硅酸盐前驱体。将制得的硅酸盐前驱体于700~1050℃惰性或还原性气氛中烧结1~10h制得目标产物硅酸盐晶体材料Sn_0‑0.5Fe_0.5‑1SiO₄。可作为电池负极活性物质或添加剂用于铁镍电池负极材料中。

技术领域

本发明属于碱性二次电池负极材料技术领域，具体涉及一种铁镍电池负极硅酸盐晶体材料的制备方法。

背景技术

当前可供使用的方形二次电池主要由铅酸蓄电池、氢镍电池和锂离子电池，其中铅酸蓄电池比能量低，一般只能达到30~35Wh/Kg，循环寿命再300~350次左右，需要较长的充电时间，同时铅是有毒重金属，生产过程和回收时如果处理不当会对环境造成严重污染，已被世界各国限制生产和使用。氢镍电池工作电压较低，高温时自放电较大，需要使用大量稀土原料，成本价格偏高，目前只适合做小型电器的电源。锂离子电池的比能量相对较高，可大电流充放电；但在生产和回收过程中对环境容易产生污染，现在所谓的环保仅仅是同铅酸电池相比较而言，而且由于锂离子电池存安全性问题，尤其是在大容量、高电压使用环境下安全性能更差，同时废旧磷酸铁锂、锰酸锂等锂离子电池回收困难有污染且没有回收价值等一系列问题，一定程度上对未来的人类环境会产生重大影响。

铁镍二次电池原材料易购易得不受控制，其生产、使用、回收过程中均显示出环保安全的特点。但是铁镍二次电池铁负极的析氢过电位低，特别是充电后期会析出大量氢气，氢气的产生一定程度上降低了铁镍二次电池铁负极的充电效率；而大电流放电性能、低温性能等一直得不到有效的解决。目前多数的研究大多集中在添加剂的使用上，虽然对铁负极的性能有所改善，但仍不能改变铁负极材料的结构及固有特性。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供了一种能够提高析氢过电位并降低充电电压的铁镍电池负极硅酸盐晶体材料的制备方法，该方法利用锡相对较高的析氢过电位来抑制充电时铁负极析氢，以及结合硅酸盐的成膜性和介孔属性，最终有效提高了铁镍电池铁电极的析氢过电位，并提高了铁镍电池的充电效率及放电特性。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案：一种铁镍电池负极硅酸盐晶体材料的制备方法，其特征在于具体过程为：将可溶性铁盐与可溶性锡盐按比例溶解于去离子水中，在30~70℃的条件下加入硅酸钠溶液进行反应，经过滤、洗涤、干燥后制得硅酸盐前驱体；再将制得的硅酸盐前驱体于700~1050℃惰性或还原性气氛中烧结1~10h，制得的硅酸盐晶体材料Sn_0-0.5Fe_0.5-1SiO₄可作为铁镍电池的负极活性物质或添加剂使用，充电时锡有助于提高负极材料的析氢过电位，进而提高铁镍电池的充电效率；放电时利用锡离子与放电产物氢氧化铁的相互作用，减弱钝化现象，阻止内阻增大，从而提高铁镍电池的放电效率。

进一步优选，所述可溶性铁盐为硫酸铁、硫酸亚铁、氯化铁、氯化亚铁、硝酸铁或硝酸亚铁中的一种或多种；所述可溶性锡盐为硫酸亚锡或氯化亚锡中的一种或多种。

进一步优选，所述铁镍电池负极硅酸盐晶体材料的制备方法，其特征在于具体步骤为：将硫酸铁和硫酸亚锡按照元素摩尔比Fe:Sn=0.5~1:0~0.5的比例加入到60℃的去离子水中并搅拌至溶解，再按照元素摩尔比Si:Fe=1:0.5~1的比例加入硅酸钠溶液并保持混合体系的pH值为8~10，充分反应2h后自然冷却陈化4~8h至室温，将沉淀物过滤、洗涤并在95~105℃的温度条件下烘干粉碎后得到硅酸盐晶体材料的前驱体；将制得的硅酸盐前驱体于700~1050℃还原性气氛中烧结1~10h制得目标产物硅酸盐晶体材料Sn_0-0.5Fe_0.5-1SiO₄。