[发明专利]具有表面缺陷的球形氢氧化镍制造方法及装置

说明书

本发明涉及一种氢氧化镍的制造方法和装置。具体地说是一种制造具有缺陷构造的具有高活性、高密度氢氧化镍的方法和装置。

氢氧化镍用做非烧结式镍氢电池的正极活性物质，它直接决定镍氢、镍镉电池的容量大小与使用性能。自八十年代以来，世界各国围绕如何提高氢氧化镍的密度、改善其活性进行了大量研究。究其制造方法有二类，一类是简单水解沉淀法，该法是在水溶液中，让镍离子与碱金属氧化物作用，水解生成氢氧化镍。日本松下电器工业株式会社申请的欧洲专利：EP0523284A2(1993)，提出了制造高活性高密度球形氢氧化镍的方法，将含有钴、锌的硫酸镍与氢氧化钠水溶液反应，通过控制加料速度来制备由球形、类球形及部分非球形颗粒组成的氢氧化镍，平均粒径为10～15微米。这种氢氧化镍振实时，其密度可达2.0克/毫升以上，最高可达2.3克/毫升，并使孔径大于30的微孔占所有微孔的20～70％，但缺点是工业上如何准确控制球形、非球形和类球形的生成比例，以及如何控制结晶粒子的内部孔隙非常艰难。

另一类是镍氨络合水解沉淀法：中国专利公开：CN1107442A，公布了镍氨络合水解沉淀制取氢氧化镍的方法，该专利特点是预先将镍盐溶液加入氨水溶液中，连续同时加入到反应器中，控制反应体系的温度、PH值，形成颗粒为2～50微米的球形氢氧化镍，其最大缺点是氨的加入量太大，致使生产环境严重恶化，难以达到环保要求。中国专利公开CN1075697A也公布了利用镍氨络合水解沉淀来制取球形氢氧化镍的方法，它是控制反应体系中氨的摩尔量为镍摩尔量的0.3～0.4。这种方法可以得到球形氢氧化镍产品，松装密度是1.4～1.8克/毫升，振实密度1.8～2.2克/毫升。这种方法虽然减少了氨水用量，但即使在反应器、管道高度密闭情况下，也难避免氨气逸出，达不到环保要求。这种产品虽然填充密度大，但电化活性却较低，一般在200毫安小时/克以下，无法满足当代镍氢、镍镉电池工业的要求。此外，日本特许公开，特开平66-340427，报导了在稳定氨、铵存在下，通过控制游离镍离子浓度10～100毫克/升，来调节镍液、碱液的加入速度，但是仍解决不了环保问题，且通过控制镍离子来控制反应工艺条件，实现困难。

本发明的目的在于避免现有的缺欠，提出一种能同时生产高密度和高活性的，无环境污染的具有缺陷结构的球形氢氧化镍的制造方法及其装置。

本发明可以用如下方法实现，制造具有表面缺陷的球形氢氧化镍是由掺杂的镍盐和碱反应生成，产物经分离、洗涤和干燥处理得产品。掺杂物质为锌、钴、镉、镁、锰、钇、铂、钯、铑、铟、镓、金、镧、钕、钐、铕、镱、银元素的一种或几种水溶性化合物，镍盐为硫酸镍或硝酸镍或氯化镍，共同加水配制成镍盐溶液，其掺杂物浓度为镍盐溶液的0.01～10.00％，镍盐浓度为20～200克/升，镍盐溶液喷液速度为10～400升/时。碱选用氢氧化钠或氢氧化钾，碱液浓度为1～15摩尔/升，喷液速度为5.0～200升/时，反应温度为10～70℃，以碱的加入量控制PH值为8.0～14.0，反应在搅拌下进行，搅拌速度为20～150转/分，反应生成物在真空下干燥，干燥温度为50～120℃，时间为2～4小时。

制取具有表面缺陷的球形氢氧化镍的装置，由加料槽、反应釜、离心机和干燥箱构成，原料镍盐和碱液分别装入加料槽，加压后送入具有夹套加热的反应釜中进行反应，反应产物经离心机分离并洗涤，之后产物加入干燥箱干燥，最后得到产品球形氢氧化镍。反应釜加料口为喷头结构，反应釜中心置有搅拌器，反应产物的出料口开在原料入口喷头的上方。

本发明还可以用如下的方法来实现：所用掺杂物的加入量为：钴盐：1.8～2克/升，和/或钇盐：0.5～0.6克/升，和/或铟盐：0.2～0.3克/升，和/或锌盐：3～5克/升，和/或镉盐：3～5克/升。

原料加料喷雾压力为1～20千克/厘米²。反应应控制一个稳定的PH值，在反应的前15个小时控制PH值范围为8～10，后15小时，控制PH值可选为11～14，此30小时为第一反应周期。之后，每隔40～60小时，重复第一反应周期的PH值控制数值。反应物在反应釜中存留时间为5～100小时，最佳时间为50～76小时。

干燥进行梯度控制，在50～60℃干燥1～2小时，120℃干燥1～3小时。

反应所用装置中，镍盐和碱液加料口分别置于反应釜内，碱液加料喷头在反应釜内的上方，镍盐溶液加料喷头在反应釜的下方。喷雾结构采用圆锥喷头式和/或多孔管，和/或多孔盘管结构。搅拌器由上下两部分构成，上部为螺旋浆式，下部为锚式。