[发明专利]一种碱性铁镍二次电池负极活性材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种碱性铁镍二次电池负极活性材料及其制备方法，所述铁镍二次电池负极活性材料为碳包覆锡掺杂铁的负极活性材料；其制备方法包括：(1)将可溶性铁盐、锡盐溶解后，加入有机还原剂，将反应后的湿凝胶干燥、研磨得到铁镍二次电池负极活性材料前驱体；(2)将铁镍电池负极活性材料前驱体于惰性气氛保护下，煅烧后即制得铁镍二次电池负极活性材料。本发明制得的负极活性材料与常规铁镍电池单独使用四氧化三铁或三氧化二铁作为负极活性材料相比，能够有效提升电池的放电比容量，减少氢气析出量，进而减少因电极膨胀而脱落的活性材料，从而延长电池循环次数，延长使用寿命。

技术领域

本发明属于铁镍电池负极活性材料技术领域，具体涉及一种碱性铁镍二次电池负极活性材料及其制备方法。

背景技术

目前市面上的电池多种多样，其中较为常见商业化二次电池有锂离子电池、铅酸电池、镍镉电池和镍氢电池等。但由于这些电池本身的一些局限，导致其应用范围受到很大的限制。锂离子电池是当前市场应用最广泛的电池，但因其含有的电解质使用有机溶液，刺穿后容易燃烧，废旧电池难回收且容易污染环境所以锂离子电池作为绿色安全的动力电池还有很大的提升空间。铅酸电池和镍铬电池占据了一定的市场，但是放电比能量低，且含有严重污染环境的重金属铅、铬，都不是未来电池可持续发展的方向。镍氢电池循环寿命短，镍氢电池加入的大量稀土因其成本偏高而限制了其作为大型电源的可能性。

铁镍电池是由爱迪生于20世纪初研制出来的。近年来因为其循环寿命长、安全性能好、环境友好、成本低廉和理论功率高(267Wh/kg)等优点，而在太阳能和风能的大型储能方面受到了广泛关注，被认为是解决现代能源问题的解决方法之一。另外，铁镍电池具有良好的耐用性，即使在不利的运行条件下，也可以执行3000次以上的循环；并可以产生近20年的使用寿命。但是铁电极的实际比容量远远达不到理论比容量(962mAh/g)，主要是因为在铁电极上发生的严重的析氢反应和因为放电循环中产生的Fe(OH)₂导致的钝化。如今制备铁镍电池的负极材料Fe₃O₄所采用的方法主要有化学共沉淀法和沉淀氧化法，化学共沉淀法合成的粉末结晶度较差，沉淀氧化法很难洗去硫酸根离子，从而影响放电性能。

因此，如何提升铁镍电池负极活性材料电池放电比容量是一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明的技术任务是针对以上现有技术的不足，提供了一种能够降低铁电极体积，提高析氢过电位，提升电池放电比容量的铁镍电池负极材料的制备工艺，该工艺制备的负极材料中含有的锡能够有效降低电池析氢过电位，降低了负极上氢气的生成量，从而减少负极活性材料因电极膨胀而脱落的现象，提高了电池的循环性能和充电效率。负极材料中因为柠檬酸和葡萄糖等有机还原剂分解而留下的碳包覆在负极材料表面能够起到导电的效果，而不需再额外的添加导电剂，能够明显降低铁电极的体积，从而使同样的体积内装入更多的单体电极。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种碱性铁镍二次电池负极活性材料，所述铁镍二次电池负极活性材料为碳包覆锡掺杂铁的负极活性材料。

上述碱性铁镍二次电池负极活性材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将可溶性铁盐、锡盐溶解后，加入有机还原剂，将反应后的湿凝胶干燥、研磨得到铁镍二次电池负极活性材料前驱体；

(2)将铁镍电池负极活性材料前驱体于惰性气氛保护下，煅烧后即制得铁镍二次电池负极活性材料。

进一步地，所述可溶性铁盐为硫酸亚铁、硝酸亚铁的一种或多种；所述可溶性锡盐为硫酸亚锡或氯化亚锡的一种或多种，所述有机还原剂为柠檬酸或葡萄糖。

进一步地，所述步骤(1)中Fe²⁺:Sn²⁺的摩尔比为1:0.05～0.5，有机还原剂与总金属离子的摩尔比的(1.5～3)：1。