CN102820453A - 一种镍基碱性二次电极的正极材料制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种镍基碱性二次电池正极材料制备方法包括如下步骤：（1）将硫酸镍、硫酸镁和硝酸金用水溶解配成镍离子浓度为反应溶液，与氢氧化钠碱性沉淀剂溶液反应，得到金掺杂纳米α-氢氧化镍沉淀，洗涤烘干得到金掺杂纳米α-氢氧化镍活性物质；（2）将得到金掺杂纳米α-氢氧化镍正极活性物质、纳米炭黑导电剂、镍粉、纳米氧化钇及氢氧化钙混合均匀，过筛，得到含添加剂的正极材料混合物；（3）将过筛后的正极材料混合物粉末转入搅拌机中，加入二次蒸馏水、粘接剂以及增稠剂，搅拌、混合，制成正极浆料，作为正极材料备用。本发明制备的正极材料，经电池厂家的试用，与市场上的其它正极材料相比，正极的导电性明显增加，电池容量得到改善，使用寿命得到有效的延长。

Description

一种镍基碱性二次电极的正极材料制备方法
技术领域
本发明涉及一种二次电极的正极材料制备方法，尤其涉及一种镍基碱性二次电极的正极材料制备方法。
背景技术
常见的Ni/Zn、Ni/MH及Ni/Fe等二次镍基碱性电池，其正极材料都是以β-晶体结构的氢氧化镍或者以掺杂了Co、Cd、Mn等元素的化合物的球形β-氢氧化镍为活性物质的。
Ni(OH)2在制做或充放电过程中，总有一些未被还原的三价镍离子，在半导体术语中称之为电子缺陷，也总有一些按化学计算量而言过剩的O2-离子，称之为质子缺陷。因此，Ni(OH)2晶格中某一数量的OH-离子被氧离子O2-离子所代替。这种半导体的导电性不仅决定于电子缺陷的运动性和晶格中电子缺陷的浓度，还依赖于晶格中存在的上述缺陷。因为这些原因使得氢氧化镍的导电性比较差，在充电后不久就会析出氧气透过隔膜至负极被吸附。伴随电子移动设备的推广，对其内使用的环境污染低、可多次循环使用的镍基碱性二次电池的需求也越来越大；除了对电池容量的需求变高以外，对电池的使用寿命也提出了较高的要求。因此，迫切需要提高正极材料的活性物质的利用率，实现理想化的导电效果，提升镍基碱性二次电池容量，延长使用寿命长的正极材料。
发明内容
本发明的目的是提供一种镍基碱性二次电池正极材料制备方法，使用该方法制备的正极材料的镍基碱性二次电池具有导电效果佳，电池容量大，使用寿命长的特点。
为了实现上述目的，本发明提供的一种镍基碱性二次电池正极材料制备方法包括如下步骤：
步骤1，制备金掺杂α-Ni(OH)2活性物质
a）将镍、镁和金摩尔比为100∶5-8∶0.01-0.2的硫酸镍、硫酸镁和硝酸金，用水溶解配成镍离子浓度为2-6mol/L的反应溶液；用氢氧化钠配制OH-浓度为3-5mol/L的碱性沉淀剂溶液；
b）在搅拌和超声波分散的条件下，将含OH-摩尔量为镍、镁和金总摩尔量的3-4倍的上述碱性沉淀剂溶液滴加到所述的含有镍、镁和金的反应溶液中，控制沉淀剂的加入速度，使得反应体系的pH值保持在9-12之间，控制反应温度为30-50℃，30-80分钟滴完后，停止搅拌，继续超声波分散20-40min，得到金掺杂纳米α-氢氧化镍沉淀；
c）将得到金掺杂纳米α-氢氧化镍沉淀过滤出来，用水洗涤至洗出液与洗涤用水的pH值相同，再在60-75℃温度条件下烘干至恒重，得到金掺杂纳米α-氢氧化镍活性物质；
步骤2，配制含添加剂的正极材料混合物
将步骤1获得的金掺杂纳米α-氢氧化镍正极活性物质、纳米炭黑导电剂、镍粉、纳米氧化钇及氢氧化钙添加剂按照质量比分别为50-80∶6-12∶10-20∶3-6∶2-4配制为混合物，置于球磨机中球磨5-8小时，混合均匀，用200目筛子过筛，得到含添加剂的正极材料混合物；
步骤3，形成正极材料浆料
将过筛后的正极材料混合物粉末转入搅拌机中，向混合物中分别依次加入占混合物总质量40-50％的二次蒸馏水、10-15％的粘接剂以及6-10％的增稠剂，搅拌、混合，制成正极浆料，作为正极材料备用。
其中，步骤1的b）中，反应体系pH值优选保持在10～11。
其中，步骤3中，所述粘结剂优选为PVDF固含量为10-20％的PVDF溶液。
其中，步骤3中，所述增稠剂优选为60wt％的聚四氟乙烯乳液。
本发明制备的正极材料，经电池厂家的试用，与市场上的其它正极材料相比，正极的导电性明显增加，电池容量得到改善，使用寿命得到有效的延长。
具体实施方式
实施例一
制备金掺杂α-Ni(OH)2活性物质
a、将镍、镁和金摩尔比为100∶5∶0.01的硫酸镍、硫酸镁和硝酸金，用水溶解配成镍离子浓度为2mol/L的反应溶液；用氢氧化钠配制OH-浓度为3mol/L的碱性沉淀剂溶液；
b、在搅拌和超声波分散的条件下，将含OH-摩尔量为镍、镁和金总摩尔量的3倍的上述碱性沉淀剂溶液滴加到所述的含有镍、镁和金的反应溶液中，控制沉淀剂的加入速度，使得反应体系的pH值保持在9，控制反应温度为30℃，30分钟滴完后，停止搅拌，继续超声波分散20min，得到金掺杂纳米α-氢氧化镍沉淀；
c、将得到金掺杂纳米α-氢氧化镍沉淀过滤出来，用水洗涤至洗出液与洗涤用水的pH值相同，再在60℃温度条件下烘干至恒重，得到金掺杂纳米α-氢氧化镍活性物质。
配制含添加剂的正极材料混合物
将获得的金掺杂纳米α-氢氧化镍正极活性物质、纳米炭黑导电剂、镍粉、纳米氧化钇及氢氧化钙添加剂按照质量比分别为50∶6∶10∶3∶2∶1配制为混合物，置于球磨机中球磨5小时，混合均匀，用200目筛子过筛，得到含添加剂的正极材料混合物；
形成正极材料浆料
将过筛后的正极材料混合物粉末转入搅拌机中，向混合物中分别依次加入占混合物总质量40％的二次蒸馏水、10％的PVDF固含量为10％的PVDF溶液粘接剂以及6％聚四氟乙烯乳液增稠剂，搅拌、混合，制成正极浆料，作为正极材料备用。
以本实施例所得的正极材料制作正极、以工业锌膏为负极、5M的NaOH水溶液为电解质所制造的镍/锌试验电池进行测定，测得其0.2C倍率充放电条件下的最高放电比容量为452mAh/g；400次充放电循环的第400次循环的放电比容量为399mAh/g，容量保持率为88.2％；5C倍率充放电条件下的最高充放电比容量为425mAh/g。
实施例二
制备金掺杂α-Ni(OH)2活性物质
a、将镍、镁和金摩尔比为100∶8∶0.2的硫酸镍、硫酸镁和硝酸金，用水溶解配成镍离子浓度为6mol/L的反应溶液；用氢氧化钠配制OH-浓度为5mol/L的碱性沉淀剂溶液；
b、在搅拌和超声波分散的条件下，将含OH-摩尔量为镍、镁和金总摩尔量的4倍的上述碱性沉淀剂溶液滴加到所述的含有镍、镁和金的反应溶液中，控制沉淀剂的加入速度，使得反应体系的pH值保持在12之间，控制反应温度为50℃，80分钟滴完后，停止搅拌，继续超声波分散40min，得到金掺杂纳米α-氢氧化镍沉淀；
c、将得到金掺杂纳米α-氢氧化镍沉淀过滤出来，用水洗涤至洗出液与洗涤用水的pH值相同，再在75℃温度条件下烘干至恒重，得到金掺杂纳米α-氢氧化镍活性物质。
配制含添加剂的正极材料混合物
将获得的金掺杂纳米α-氢氧化镍正极活性物质、纳米炭黑导电剂、镍粉、纳米氧化钇及氢氧化钙添加剂按照质量比分别为80∶12∶20∶6∶4∶2配制为混合物，置于球磨机中球磨8小时，混合均匀，用200目筛子过筛，得到含添加剂的正极材料混合物；
形成正极材料浆料
将过筛后的正极材料混合物粉末转入搅拌机中，向混合物中分别依次加入占混合物总质量50％的二次蒸馏水、15％的PVDF固含量为20％的PVDF溶液粘接剂以及10％聚四氟乙烯乳液增稠剂，搅拌、混合，制成正极浆料，作为正极材料备用。
以本实施例所得的正极材料制作正极、以工业锌膏为负极、5M的NaOH水溶液为电解质所制造的镍/锌试验电池进行测定，测得其0.2C倍率充放电条件下的最高放电比容量为463mAh/g；400次充放电循环的第400次循环的放电比容量为411mAh/g，容量保持率为88.7％；5C倍率充放电条件下的最高充放电比容量为433mAh/g。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的技术方案内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更改或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做出的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (4)

1.一种镍基碱性二次电池正极材料制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，制备金掺杂α- Ni(OH)2活性物质
a）将镍、镁和金摩尔比为100∶5-8∶0.01-0.2的硫酸镍、硫酸镁和硝酸金，用水溶解配成镍离子浓度为2-6mol/L的反应溶液；用氢氧化钠配制OH-浓度为3-5mol/L的碱性沉淀剂溶液； 
b）在搅拌和超声波分散的条件下，将含OH-摩尔量为镍、镁和金总摩尔量的3-4倍的上述碱性沉淀剂溶液滴加到所述的含有镍、镁和金的反应溶液中，控制沉淀剂的加入速度，使得反应体系的pH值保持在9-12之间，控制反应温度为30-50℃，30-80分钟滴完后，停止搅拌，继续超声波分散20-40min，得到金掺杂纳米α-氢氧化镍沉淀； 
c）将得到金掺杂纳米α-氢氧化镍沉淀过滤出来，用水洗涤至洗出液与洗涤用水的pH值相同，再在60-75℃温度条件下烘干至恒重，得到金掺杂纳米α-氢氧化镍活性物质；
步骤2，配制含添加剂的正极材料混合物
将步骤1获得的金掺杂纳米α-氢氧化镍正极活性物质、纳米炭黑导电剂、镍粉、纳米氧化钇及氢氧化钙添加剂按照质量比分别为50-80∶6-12∶10-20∶3-6∶2-4配制为混合物，置于球磨机中球磨5-8小时，混合均匀，用200目筛子过筛，得到含添加剂的正极材料混合物；
步骤3，形成正极材料浆料
将过筛后的正极材料混合物粉末转入搅拌机中，向混合物中分别依次加入占混合物总质量40-50%的二次蒸馏水、10-15%的粘接剂以及6-10%的增稠剂，搅拌、混合，制成正极浆料，作为正极材料备用。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1的b）中，反应体系pH值保持在10~11。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3中，所述增稠剂为60wt%的聚四氟乙烯乳液。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3中，所述粘结剂为PVDF固含量为10-20%的PVDF溶液。
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