CN108091846A - 一种碱性二次电池用氢氧化镍复合正极材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种碱性二次电池用氢氧化镍复合正极材料的制备方法，包括步骤：(1)将氢氧化钠水溶液、EDTA水溶液和混合盐水溶液分别连续滴入到氢氧化镍的悬浊液的反应釜中并搅拌，将所得的产物进行分离，所得固体物质用去离子水清洗，烘干，得到钴、镁掺杂氢氧化镍活性物质；(2)将碳气凝胶、氢氧化钴与钴镁掺杂氢氧化镍、以及纳米锌粉混合均匀，加入上述木素和聚四氟乙烯粘结剂与适量水搅拌均匀即得氢氧化镍复合正极材料。本发明制备的碱性二次电池用氢氧化镍复合正极材料，在维持高能量的密度的同时，提高了其导电性和循环稳定性，因此该材料在用于碱性二次电池时，使得电池具有高的比容量以及较长的使用寿命。

Description

一种碱性二次电池用氢氧化镍复合正极材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种碱性二次电池制造领域，尤其涉及一种碱性二次电池用氢氧化镍复合正极材料的制备方法。
背景技术
随着科技的进步，人们对可移动能源的需求越来越强烈，特别是对于纯电动交通工具的要求随着石油及环境危机的加剧而不断加强。目前能否突破价格低廉、安全、环境友好、性能优越的二次化学电源技术已是制约纯电动交通工具发展的瓶颈。碱性氢镍电池因其能量密度高、循环寿命长、可快速充放电、无记忆效应、无污染等优异的综合特性，被誉为首选的电动车用动力蓄电池。氢镍电池中，正极活性物质的性能是电池整体综合性能提高的关键，尤其是作为电动车动力蓄电池，镍电极的大电流充放电性能还需进一步提高。氢氧化镍是一种具有半导体性质的材料，其颗粒内部和颗粒之间的电阻很大，导致氢氧化镍作为活性物质组装电池的性能不是很理想。
目前，研究人员主要通过对其正极活性材料氢氧化镍进行内部金属离子取代掺杂，对其表面进行包覆等手段来进一步提高氢镍电池的性能，其主要作用是增强其导电性、提高析氧电位、改善高温充放电效率等。然而，在大电流充放电条件下，电化学反应主要集中在氢氧化镍颗粒的表层进行，因氢氧化镍的电阻很大，其颗粒内部深处的的活性物质在此种条件下很难得到充分的利用，因而充放电的比容量降低。
为了进一步完善MH/Ni电池的性能，在对其正极活性材料Ni(OH)2的改进过程中，研究人员一方面是在成熟的球形氢氧化镍基础上，通过对其进行内部掺杂、表面修饰等手段来改善其性能，另一方面则是通过制备不同尺寸、形貌的新型的氢氧化镍来提高其性能。
发明内容
为克服上述不足，本发明提供一种碱性二次电池用氢氧化镍复合正极材料的制备方法，使用该方法制备的球形氢氧化镍材料，具有良好的导电性能以及循环稳定性。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案
本发明的第一个方面是提供一种碱性二次电池用氢氧化镍复合正极材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)制备钴、镁掺杂氢氧化镍活性物质
配制浓度为2-3mol/L的氢氧化钾水溶液，配制浓度控制在0.02-0.04mol/L的EDTA水溶液，配制含有硫酸钴和氯化镁的混合盐溶液，其中钴和镁的摩尔浓度分别控制为1-2mol/L和0.5-1mol/L；氢氧化镍粉与去离子水的重量比1：5-10的比例称取氢氧化镍粉并置入对应量的去离子水中，加热并搅拌，制成氢氧化镍的悬浊液；将配好的氢氧化钠水溶液、EDTA水溶液和混合盐水溶液分别连续滴入到氢氧化镍的悬浊液的反应釜中并搅拌，氢氧化钠水溶液、EDTA水溶液和混合盐水溶液的流速比控制为(20-40)∶(10-20)∶100，Ni元素与钴、镁元素总量的摩尔比为(50-80)∶(1-5)，控制反应釜中的pH值为9-11，反应温度控制为60-70℃，反应时间为3-4小时；将所得的产物转入固液分离器中进行分离，所得固体物质用去离子水清洗至pH小于8，烘干，得到钴、镁掺杂氢氧化镍活性物质；
(2)制备复合正极材料，按如下重量份配料：
将上述碳气凝胶、氢氧化钴与钴镁掺杂氢氧化镍、以及纳米锌粉混合均匀，加入上述木素和聚四氟乙烯粘结剂与适量水搅拌均匀即得本发明的氢氧化镍复合正极材料。
进一步地，在所述的碱性二次电池用氢氧化镍复合正极材料的制备方法中，所述氢氧化镍粉与去离子水的重量比为1：7。
进一步地，在所述的碱性二次电池用氢氧化镍复合正极材料的制备方法中，所述氢氧化钠水溶液、EDTA水溶液和混合盐水溶液的流速比为25∶12∶100。
进一步地，在所述的碱性二次电池用氢氧化镍复合正极材料的制备方法中，按重量份计，所述配料配比为：碳气凝胶2、氢氧化钴7、纳米锌粉2.1-2.6、聚四氟乙烯1.8-2.2、木素0.75、钴镁掺杂氢氧化镍100。
本发明的第二个方面是提供一种上述所述方法制备的碱性二次电池用氢氧化镍复合正极材料的制备方法。
本发明采用上述技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：
本发明制备的碱性二次电池用氢氧化镍复合正极材料，采用了钴和镁对活性物质氢氧化镍进行掺杂改性的同时，还在正极材料的配制时的添加了碳气凝胶，在维持高能量的密度的同时，提高了其导电性和循环稳定性，因此该材料在用于碱性二次电池时，使得电池具有高的比容量以及较长的使用寿命。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明进行详细和具体的介绍，以使更好的理解本发明，但是下述实施例并不限制本发明范围。
实施例1碱性二次电池用氢氧化镍复合正极材料的制备
(1)制备钴、镁掺杂氢氧化镍活性物质
配制浓度为2mol/L的氢氧化钾水溶液，配制浓度控制在0.02mol/L的EDTA水溶液，配制含有硫酸钴和氯化镁的混合盐溶液，其中钴和镁的摩尔浓度分别控制为1mol/L和0.5mol/L；氢氧化镍粉与去离子水的重量比1：5的比例称取氢氧化镍粉并置入对应量的去离子水中，加热并搅拌，制成氢氧化镍的悬浊液；将配好的氢氧化钠水溶液、EDTA水溶液和混合盐水溶液分别连续滴入到氢氧化镍的悬浊液的反应釜中并搅拌，氢氧化钠水溶液、EDTA水溶液和混合盐水溶液的流速比控制为20∶10∶100，Ni元素与钴、镁元素总量的摩尔比为50∶1，控制反应釜中的pH值为9，反应温度控制为60℃，反应时间为4小时；将所得的产物转入固液分离器中进行分离，所得固体物质用去离子水清洗至pH小于8，烘干，得到钴、镁掺杂氢氧化镍活性物质。
(2)制备复合正极材料，按如下重量份配料：
将上述碳气凝胶、氢氧化钴与钴镁掺杂氢氧化镍、以及纳米锌粉混合均匀，加入上述木素和聚四氟乙烯粘结剂与适量水搅拌均匀即得本发明的氢氧化镍复合正极材料。
实施例2碱性二次电池用氢氧化镍复合正极材料的制备
(1)制备钴、镁掺杂氢氧化镍活性物质
配制浓度为3mol/L的氢氧化钾水溶液，配制浓度控制在0.04mol/L的EDTA水溶液，配制含有硫酸钴和氯化镁的混合盐溶液，其中钴和镁的摩尔浓度分别控制为2mol/L和1mol/L；氢氧化镍粉与去离子水的重量比1：10的比例称取氢氧化镍粉并置入对应量的去离子水中，加热并搅拌，制成氢氧化镍的悬浊液；将配好的氢氧化钠水溶液、EDTA水溶液和混合盐水溶液分别连续滴入到氢氧化镍的悬浊液的反应釜中并搅拌，氢氧化钠水溶液、EDTA水溶液和混合盐水溶液的流速比控制为40∶20∶100，Ni元素与钴、镁元素总量的摩尔比为80∶5，控制反应釜中的pH值为11，反应温度控制为70℃，反应时间为3小时；将所得的产物转入固液分离器中进行分离，所得固体物质用去离子水清洗至pH小于8，烘干，得到钴、镁掺杂氢氧化镍活性物质。
(2)制备复合正极材料，按如下重量份配料：
将上述碳气凝胶、氢氧化钴与钴镁掺杂氢氧化镍、以及纳米锌粉混合均匀，加入上述木素和聚四氟乙烯粘结剂与适量水搅拌均匀即得本发明的氢氧化镍复合正极材料。
比较例
将氢氧化钠加入硫酸镁和硫酸镍的混合溶液中，反应至生成结晶；固液分离后洗涤，干燥，即得所述掺杂Mg的β-Ni(OH)2；所述加入的镍盐、硫酸镁和氢氧化钠的摩尔比为2:0.1:2；将制得的掺杂Mg的β-Ni(OH)2以90％的质量百分比与质量百分比为8％的镍粉混合均匀后，加入质量百分比为2％的粘结剂(质量比为1:1的HPMC和PTFE)搅拌均匀制成浆状。
将上述实施例一、二以及比较例所得产物填涂在1cm×1cm的泡沫镍基体上，并在60℃下真空干燥3小时。干燥后的极片在5MPa下压制成片，制得电池正极。将制得的正极与过量的Cd电极组装成镉镍模拟电池，电解液为7mol/L KOH+15g/L LiOH溶液。在测试温度为25℃下进行电性能测试，经测试该实施例一和二的的材料与比较例的产物相比，比容量提高了35-42％，使用寿命提高1.5倍以上。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (5)

1.一种碱性二次电池用氢氧化镍复合正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)制备钴、镁掺杂氢氧化镍活性物质
配制浓度为2-3mol/L的氢氧化钾水溶液，配制浓度控制在0.02-0.04mol/L的EDTA水溶液，配制含有硫酸钴和氯化镁的混合盐溶液，其中钴和镁的摩尔浓度分别控制为1-2mol/L和0.5-1mol/L；氢氧化镍粉与去离子水的重量比1：5-10的比例称取氢氧化镍粉并置入对应量的去离子水中，加热并搅拌，制成氢氧化镍的悬浊液；将配好的氢氧化钠水溶液、EDTA水溶液和混合盐水溶液分别连续滴入到氢氧化镍的悬浊液的反应釜中并搅拌，氢氧化钠水溶液、EDTA水溶液和混合盐水溶液的流速比控制为(20-40)∶(10-20)∶100，Ni元素与钴、镁元素总量的摩尔比为(50-80)∶(1-5)，控制反应釜中的pH值为9-11，反应温度控制为60-70℃，反应时间为3-4小时；将所得的产物转入固液分离器中进行分离，所得固体物质用去离子水清洗至pH小于8，烘干，得到钴、镁掺杂氢氧化镍活性物质；
(2)制备复合正极材料，按如下重量份配料：
将上述碳气凝胶、氢氧化钴与钴镁掺杂氢氧化镍、以及纳米锌粉混合均匀，加入上述木素和聚四氟乙烯粘结剂与适量水搅拌均匀即得本发明的氢氧化镍复合正极材料。
2.根据权利要求1所述的碱性二次电池用氢氧化镍复合正极材料的制备方法，其特征在于，所述氢氧化镍粉与去离子水的重量比为1：7。
3.根据权利要求1所述的碱性二次电池用氢氧化镍复合正极材料的制备方法，其特征在于，所述氢氧化钠水溶液、EDTA水溶液和混合盐水溶液的流速比为25∶12∶100。
4.根据权利要求1所述的碱性二次电池用氢氧化镍复合正极材料的制备方法，其特征在于，按重量份计，所述配料配比为：碳气凝胶2、氢氧化钴7、纳米锌粉2.1-2.6、聚四氟乙烯1.8-2.2、木素0.75、钴镁掺杂氢氧化镍100。
5.一种如权利要求1-4任一项所述方法制备的碱性二次电池用氢氧化镍复合正极材料的制备方法。
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