CN101651208A - 低自放电铁电极材料 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种低自放电铁电极材料,其特征在于该铁电极材料由活性物质和添加剂组成。活性物质的成分是铁或铁的化合物,包括Fe3O4,Fe(OH)2,Fe(OH)3,Fe2O3,还原铁粉,羰基铁粉中的一种或几种;添加剂包括:1)含量为0.02-0.15%的铟或铟的化合物,包括In、In2O3、In2(SO4)3、In(OH)3、InCl3等中的一种或几种,2)含量为2-8%的锡或锡的化合物,包括Sn、SnO、SnO2、SnCl2、SnCl4及锡酸盐中的一种或几种,3)含量为1-7%的铋或铋的化合物,包括Bi、Bi2O3、Bi(NO3)3等中的一种或几种,4)含量为5-10%的石墨粉。这种铁电极材料的优点是:1)不用添加有毒的重金属(如Hg、Cd、Pb等),是一种环保型的电极材料;2)电极成本很低;3)电极在20℃条件下28天后电极的自放电率小于20%。该材料用于制造环保型铁镍蓄电池。
Description
技术领域
本发明涉及一种铁电极材料,特别是涉及一种低自放电铁电极材料,该电极材料用于制造环保型铁镍电池。
背景技术
铁镍电池是爱迪生在1900年发明的。在1910至1960年之间,铁镍电池广泛用于牵引机车作为动力电源。但1960年以后,人们对铁镍电池的研究有所减少,主要原因是镉镍电池具有比铁镍更好的性能。随着社会的不断进步,人们对环境保护的要求也越来越高,原来采用的有重金属污染的镉镍电池及铅酸电池将被环保型的电池取代,铁镍电池正好满足了这一要求。
铁镍电池属于绿色环保二次电池,该电池是以铁或铁的化合物作为负极活性物质,氢氧化亚镍为正极活性物质,氢氧化钠(钾)水溶液为电解质。按照电极的制备工艺不同,铁镍电池分为袋式电池和板式电池两种类型。袋式电池的特点是寿命很长,但比能量较低,而板式电池正好相反,寿命相对袋式来说要低一些,但比能量较高。与传统的铅酸电池和镉镍电池相比,铁镍电池具有明显的优点:(1)对环境没有污染。铁镍电池所用的材料均不含汞、铅和镉等有毒的重金属元素,生产过程中也无有毒的气体和水产生。(2)寿命很长。镉镍电池的寿命为大于500次,铅酸电池的寿命为大于250次,袋式铁镍电池的寿命可达到2000-4000次,使用时间可达10-25年。(3)理论比能量高。铁镍电池的正极与镉镍电池和氢镍电池的正极相同,但铁电极的理论容量高达1280mAh/g,是镉电极理论容量的2.67倍,是氢电极理论容量的3.56倍。(4)价格适中。在所有的电极材料中,铁的价格是最便宜的。与氢镍电池和锂离子电池相比,铁镍电池还具有价格很低的特点。与铅酸电池相比,铁镍电池的价格虽然稍高,但其超长的寿命完全可以弥补高出的这部分价格。但铁镍电池也还存在一些问题,包括:(1)电池的自放电大,在20℃条件下28天后电极的自放电率大约为50%(2)大电流放电和低温放电性能较差。(3)电池的充电效率较低。(4)铁电极的活性物质利用率低。一般只有10-20%。这就极大地限制了铁镍电池比能量的提高。这些问题都是由于铁电极引起的。
发明内容
本发明目的在于解决铁电极自放电大的问题,提供一种低自放电的铁电极材料,充电态铁电极在在20℃下搁置28天后,电极的自放电率低于20%,且具有成本很低和没有重金属的污染的优点。
本发明低自放电铁电极材料由活性物质及和添加剂组成。活性物质的成分是铁或铁的化合物,包括Fe3O4,Fe(OH)2,Fe(OH)3,Fe2O3,还原铁粉,羰基铁粉中的一种或几种;添加剂包括:1)含量为0.02-0.15%的铟或铟的化合物,包括In、In2O3、In2(SO4)3、In(OH)3、InCl3等中的一种或几种,2)含量为2-8%的锡或锡的化合物,包括Sn、SnO、SnO2、SnCl2、SnCl4及锡酸盐中的一种或几种,3)含量为1-7%的铋或铋的化合物,包括Bi、Bi2O3、Bi(NO3)3等中的一种或几种,4)含量为5-10%的石墨粉。由于直接购买的铁化合物杂质含量较高,活性很差,因此一般需要自行制备。举例说明活性物质Fe3O4的制备方法:(1)用净化水和工业级硫酸亚铁配制密度为1.24-1.26g/cm3的硫酸亚铁溶液。(2)用净化水和工业级氢氧化钠配制密度为1.13-1.15g/cm3的氢氧化钠溶液。(3)将硫酸亚铁溶液加热至90-98℃,将氢氧化钠以喷淋的方式加入到硫酸亚铁溶液中,同时在溶液中鼓入空气。(4)待氢氧化钠加完后,加入硫酸亚铁含量1-5%的乙炔黑,再鼓入空气半小时。(5)用化纤帆布过滤所得的浆料,并用净化水洗涤沉淀至不含硫酸根。(6)将沉淀烘干后,放到780-880℃的条件下还原。(7)将还原后的物质粉碎至过20目筛,得到所需要的铁电极活性物质。
与普通的铁电极相比,本发明铁电极的优点是自放电低。
附图说明
图1:低自放电铁电极与普通铁电极材料20℃下0.2C(60mA/g)放电曲线。
具体实施方式
实施例:本发明高容量铁电极材料的化学组成为:
按上述方制得的Fe3O4含量为82-90%,In2O3的含量为0.05-0.07%.,SnO含量为3-5%,Bi2O3的含量为2-4%,石墨粉的含量为6-8%。
铁电极的制备方法是:(1)称取一定量的Fe3O4,按Fe3O4的量加入0.05-0.07%的In2O3,3-5%的SnO,2-4%的Bi2O3。7-8%的石墨粉。(2)再加放一定量的浓度为5-10%PVA粘结剂,搅拌均匀后,将浆料涂在负极集流体上(集流体是泡沫镍、泡沫铁或钢带中的一种)。(3)将电极烘干后,在液压机上用24MPa的压力将电极压成型。
铁电极的充放电试验:将上述制得到的铁电极作为工作电极,烧结式氢氧化亚镍电极为辅助电极,且辅助电极的容量远远超过铁电极的容量,因此可将辅助电极作为参比电极,电解液为6mol/L KOH溶液(其中含有15g/L的LiOH.H2O),隔膜为聚丙烯毡。电化学性能测试设备为国产DC-5型电池性能测试仪。活化制度是先用0.2C活化6次,环境温度为25℃。0.2C活化时,充电电流均为100mA·g-1,充电6h,放电电流为60mA·g-1,放电截止电位均为1.0V。第6次的放电容量即为电极的初始容量Q0。自放电的测试方法是:将电极按上述方法充好电后,在20℃的条件下搁置28后,再以同样的条件放电,所得容量为Q1。自放电率的计算方法为:自放电率=(O0-Q1)/Q0。
从图1可以看出,本发明铁电极材料在20℃下搁置28天后,自放电率小于20%,而普通铁电极材料的自放电率约为50%。
Claims (6)
1、一种低自放铁电极材料,其特征在于:该铁电极材料由活性物质和添加剂组成。活性物质的成分是铁或铁的化合物。添加剂包括:1)含量为0.02-0.15%的铟或铟的化合物,2)含量为2-8%的锡或锡的化合物,3)含量为1-7%的铋或铋的化合物,4)含量为5-10%的石墨粉。
2、根据权利要求1所述的低自放铁电极材料,其特征在于:活性物质可以是Fe3O4,Fe(OH)2,Fe(OH)3,Fe2O3,还原铁粉,羰基铁粉中的一种或几种。
3、根据权利要求1所述的低自放铁电极材料,其特征在于:铟或铟的化合物包括In、In2O3、In2(SO4)3、In(OH)3、InCl3等中的一种或几种。
4、根据权利要求1所述的低自放铁电极材料,其特征在于:锡或锡的化合物包括Sn、SnO、SnO2、SnCl2、SnCl4及锡酸盐等中的一种或几种。
5、根据权利要求1所述的低自放铁电极材料,其特征在于:铋或铋的化合物,包括Bi、Bi2O3、Bi(NO3)3等中的一种或几种。
6、根据权利要求1所述的低自放铁电极材料,其特征在于:其所用的电解液为6mol/L的KOH水溶液,其中加有15g/L的LiOH.H2O。
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