[发明专利]一种高性能价格比镍电极活性物质的制备方法

说明书

本发明是关于化学电源中一种高性能价格比镍电极活性物质的制备方法。

镍电极作为碱性二次电池的正极，广泛地应用于镍镉、镍铁、镍氢和镍锌二次电池。镍电极活性物质的合成方法，已报导的有液相法与固相法。液相法包括化学沉积法和电化学合成法；固相法有美国专利报导使用表面积发达的镍粉在高温氧气氛下和水蒸汽反应制得Ni(OH)₂。但上述各种活性物质在制电极时，因Ni(OH)₂是半导体，都需要加一定量的导电材料和添加剂，且镍电极的理论容量为每摩尔Ni(OH)₂分子转移1摩尔电子，即每克活性物质的理论容量为289MAH。

本发明的目的是克服现有技术中的缺点，提供一种工艺简单、放电容量大、放电电压高，勿需添加导电材料且每克活性物质容量可达400mAH左右的镍电极活性物质。

本发明一种高性能价格比镍电极活性物质的制备方法的目的是这样实现的：加工工艺是：将含碳量大于98％的磷片石墨按C₁₂∶NiCl₂的摩尔计量比与一定量的NiCl₂·6H₂O混合，通过粉碎机粉碎搅拌和研钵研磨至混合均匀后过40目筛，上述过程要在干燥条件下迅速完成。首先在100-140℃下烘该混合物12-20小时；在8-12MPa的压力下，压成半径为0.8-1.2cm，厚度为0.2-0.5cm的圆柱片；再在温度为500-680℃条件下烧结8-12h；冷却取出后用粉碎机粉碎，再用研钵磨成粉状，过60-100目筛，得到细粉，该粉粒堆积密度为1.0-1.1g/cm³。按粉重的5％加入聚四氟乙烯乳液(密度1.50g/cm³，含量60％)，再加入乙醇溶液混合成团状，在80-100℃下，用对辊热辊压成0.3-0.6cm厚的薄膜，在16-24MPa条件下，用同上温度热压40×70mm的电极于镍编织网上。以该电极为正极，镍电极为辅助电极在20-40℃的6NKOH溶液中充放电转化2-4次，更换电解液后即得所制电极。

如碳材料选用乙炔黑，将按C₁₂∶NiCl₂摩尔比称得的氧化镍配制成约和乙炔黑等体积的溶液，加少量乙醇溶液，使乙炔黑易浸润于溶液中，混合均匀后先在100-140℃条件下烘去水份，其余同以石墨为原料。因乙炔黑颗粒较细，烧结后过筛选160-240目筛，粉粒堆积密度约为0.5-0.8g/cm³。

本发明与现有技术相比有如下优点

1、具有良好的导电性。NiCl₂插入石墨层间，再转化为Ni(OH)₂，形成石墨层间化合物，为“合成金属”，已不再是半导体性质，勿需添加导电材料。

2、镍盐用量少，活性物质合成成本低。

3、镍离子插于石墨层间，镍电极的充放电循环可在Ni(II)与Ni(IV)间进行，理论容量成倍提高，实际电极放电容量可达每克活性物质400mAH左右，且放电电压比普通或高密度Ni(OH)2高30-80mV。

4、镍离子插于石墨晶格间，不仅利于电子与质子的传导，且电极不易发生膨胀或收缩等机械形变。

下面是本发明一种高性能价格比镍电极活性物质的制备方法的最佳实施例：将含碳量大于98％的磷片石墨，按C₁₂∶NiCl₂的摩尔计量比与一定量的NiCl₂·6H₂O混合，通过粉碎机粉碎搅拌和研钵研磨至混合均匀后过40目筛，上述过程要在干燥条件下迅速完成。以防止潮解而难以过筛。首先在100-140℃下烘该混合物12-20小时；在8-10MPa的压力下，压成半径为0.8-1.2cm，厚度为0.2-0.5cm的圆柱片；再在温度为500-680℃条件下烧结8-12小时；冷却取出后用粉碎机粉碎，再用研钵磨成粉状，过60-100目筛，得到堆积密度为1.0-1.1g/cm³细粉，按粉重的5％加入聚四氟乙烯乳液(密度1.50，含量60％)，再加入乙醇溶液混合成团状，在80-100℃下，用对辊热辊压成0.3-0.6cm厚的薄膜，在16-24MPa条件下，用同上温度热压40×70mm的电极于镍编织网上。以该电极为正极，镉电极为辅助电极在20-40℃的6NKOH溶液中充放电转化2-4次，更换电解液后即得所制电极。按含Ni(OH)₂量计算，该电极每克Ni(OH)₂放电容量约为36-400mAH。

如碳材料选用乙炔黑，因其密度低，将按C₁₂∶NiCl₂摩尔比称得的氯化镍配制成约和乙炔黑等体积的溶液，加少量乙醇溶液，使乙炔黑易浸润于溶液中，混合均匀后先在100-140℃条件下，烘去水份，其余同以石墨为原料。因乙炔黑颗粒较细，烧结后过筛选160-240目筛，粉粒堆积密度为0.5-0.8g/cm³。该电极每克Ni(OH)₂放电容量约为420-500mAH。