[发明专利]一种镍氢二次电池用正极及其制备方法以及一种镍氢二次电池

说明书

本发明提供了一种镍氢二次电池用正极，包括正极基底以及复合于所述正极基底表面的磷掺杂镍钴混合正极材料层。钴的引入可以提高Ni(OH)₂材料整体的电导率，从而提高电极材料的利用率；对γ‑NiOOH的形成有一定的抑制作用，从而显著提高电极材料的稳定性。而P的引入除了对于电极材料的电导率和稳定性提高有促进作用以外，Ni、Co、P三种元素之间的协同与促进作用，对于放电电压和比容量的提高也有一定的促进作用。

技术领域

本发明属于新型电化学储能技术领域，具体涉及一种镍氢二次电池用正极及其制备方法以及一种镍氢二次电池。

背景技术

随着化石燃料的枯竭和环境污染的日益加剧，开发清洁的可再生能源对生态环境的保护至关重要。太阳能、风能等可再生能源广泛应用的关键问题是这些清洁能源具有间歇性和时间、空间上的不均衡性，因此无法直接并入电网供给人们使用，必须借助一定的储能装置辅助使用。因此，对于能源的大规模存储显得尤为重要。电化学储能系统，特别是电池被认为是目前应用最广泛也是最有应用前景的储能技术之一。目前已经成功实现商业化应用的电池主要有锂离子电池、铅酸电池、液流电池和高温钠硫电池四种。上述四种电池并不是普适的，他们在实际大规模储能应用中都受到一定的限制。其中，锂离子电池由于本身成本较高且使用有机电解液具有一定的危险性；铅酸电池能量密度低、循环寿命不长；液流电池成本高且能量密度低，维修困难；钠硫电池往往在300-350℃高温下运行，热腐蚀带来了很大的安全隐患。

因此，开发更加稳定、安全、适用于大规模储能的二次电池显得尤为重要。氢气(H₂)广泛存在于宇宙中，具有较高的比能量(是传统汽油的三倍)，通常被认为是一种有潜力的绿色能源。此外，基于氢析出反应(HER)和氢氧化反应(HOR)的电化学转化的过电位为0V，这意味着H₂作为电极具有快速动力学和稳定的循环性能，与大规模储能的要求相匹配。因此，各种H₂电池已在实验室研究和商业应用中引起了更多关注。关于氢气电池，最早可以追溯到美国航空航天局(NASA)的镍氢电池，该电池由Ni(OH)₂正极和Pt/C催化剂负极组成，电解液为KOH溶液，其放电时的电极反应如下：

正极：2NiOOH+2H₂O+2e^-→2Ni(OH)₂+2OH^-E＝0.52V vs SHE

负极：H₂+2OH^-→2H₂O+2e^-E＝-0.83V vs SHE

全电池：2NiOOH+H₂→2Ni(OH)₂E＝1.35V

NASA的镍氢电池具有以下优点：循环寿命长(5000次)，在苛刻条件下(例如低于零温度)的高耐久性，具有适用于大规模应用的潜能。然而，负极催化剂的高成本以及Ni(OH)₂正极本身导电性比较差、充放电过程动力学缓慢、结构不稳定等问题限制了镍氢电池的发展。因此，对开发更为廉价的HER/HOR双功能催化剂以及改善Ni(OH)₂正极的问题尤为必要。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种镍氢二次电池用正极及其制备方法以及一种镍氢二次电池，本发明提供的镍氢二次电池用正极具有较高的放电平台和比容量，倍率性能优异，同时具有优异的循环寿命，可达5000圈几乎容量无明显衰减。

本发明提供了一种镍氢二次电池用正极，包括正极基底以及复合于所述正极基底表面的磷掺杂镍钴混合正极材料层。

优选的，所述正极基底选自碳材料基底或金属基底；

所述碳材料基底为碳布、碳纸、碳毡、石墨毡、碳微米、纳米纤维，以及经过改性的碳布、碳纸、碳毡、石墨毡、碳微米和纳米纤维中的至少一种；