CN110931771A - 一种碱性二次电池高活性负极材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种碱性二次电池高活性负极材料的制备方法，具体过程为：将氧化铁、氧化锌、锡氧化物、铜氧化物按比例混合均匀后，在惰性或还原气氛中于700~1050℃烧结1~10h制得碱性二次电池尖晶石结构的高活性负极材料，用于二次电池负极活性物质或添加剂；锌有助于充电时提高铁镍二次电池负极材料的析氢过电位，提高铁镍二次电池的充电效率；放电时利用锌离子与放电产物氢氧化铁的作用，减弱了钝化现象，阻止了内阻的增大，从而提高了铁镍二次电池的放电效率和放电平台，加入锡的目的是提高充电效率和大电流放电性能，加入铜的目的是可提高低温放电性能。

Description

一种碱性二次电池高活性负极材料的制备方法
技术领域
本发明属于铁镍二次电池铁负极材料的制备技术领域，具体涉及一种碱性二次电池高活性负极材料的制备方法。
背景技术
当前可供使用的方形二次电池主要有铅酸蓄电池和锂离子电池，其中铅酸蓄电池比能量低，一般只能达到30~35Wh/Kg，循环寿命在300~350次左右，需要较长的充电时间，同时铅是有毒重金属，生产过程和回收过程如果处理不当会对环境造成严重污染，已被世界各国限制生产和使用。而锂离子电池的比能量相对较高，但是锂离子电池存在大容量、高电压使用环境下安全性能差，同时面临废旧锂离子电池回收困难造成环境污染等一系列问题。碱性二次电池中的氢镍电池用到稀土等贵金属，使用成本较高，大规模推广使用较为困难；锌镍二次电池有较高的比能量和比功率，但是锌负极材料在使用时易产生锌枝晶，造成锌镍二次电池的使用寿命缩短，并且存在大容量电池制造困难等问题；铁镍二次电池使用寿命较长，安全环保，但是铁负极电位较正容易析氢，存在失水等问题。
发明内容
本发明结合铁镍二次电池的高循环寿命和锌镍二次电池高功率等特性，提供了一种能够有效提高析氢过电位及提高电池克容量的碱性二次电池高活性负极材料的制备方法，该方法制得的碱性二次电池高活性负极材料利用锌和锡相对较高的析氢过电位来抑制充电时铁负极析氢反应，利用铜的导电性改善了低温性能，有效提高了碱性二次电池充电效率及放电特性。
本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种碱性二次电池高活性负极材料的制备方法，其特征在于具体过程为：将氧化铁、氧化锌、锡氧化物和铜氧化物按比例混合均匀后，在惰性气氛或还原性气氛中于700~1050℃烧结1~10h制得碱性二次电池Zn0.5- 1Sn0-0.5Cu0-0.5Fe2O4尖晶石结构的高活性负极材料。由该尖晶石结构制成的负极活性物质或添加剂，在充电时可提高负极材料的析氢过电位，进而提高充电效率；放电时利用锌离子和锡离子与放电产物氢氧化铁的相互作用，减弱了钝化现象，阻止了内阻的增大，从而提高了电池的放电效率和放电平台。
优选的，依据ZnxSnyCuzFe2O4尖晶石结构，按物质的量x+y+z=1，其中x≥0.5，y≤0.5，z≤0.5进行优化增减。
优选的，所述铜氧化物为氧化铜或氧化亚铜 。
优选的，所述锡氧化物为二氧化锡或氧化亚锡。
优选的，所述烧结过程为以10℃/min的升温速率升温至850℃烧结5h。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：本发明制得的高活性负极材料能够用于电池负极活性物质或添加剂，与常规铁镍二次电池单独使用四氧化三铁或铁粉作为负极材料相比，能够有效提高电池的比容量、减小电极膨胀、减少析气量及延长电池的使用寿命。充电时锌有助于提高负极材料的析氢过电位，进而提高电池的充电效率；放电时利用锌离子和锡离子与放电产物氢氧化铁的作用，减弱了钝化现象，阻止了内阻的增大，从而提高了电池的放电效率和放电平台。
附图说明
图1是实施例1制得ZnFe2O4负极材料与一般铁粉负极材料的充放电对比曲线。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
将三氧化二铁和氧化锌按照元素摩尔比Fe：Zn=2:1的比例在球磨机中混合球磨2h，然后将混合均匀后的物料置于烧结炉中，在氮气气氛下以10℃/min的升温速率升温至850℃烧结5h制得碱性二次电池铁负极材料ZnFe2O4尖晶石结构晶体，用于电池负极活性物质或添加剂。
实施例2
将三氧化二铁、氧化锌和二氧化锡按照元素摩尔比Fe：Zn：Sn=2:0.5:0.5的比例在球磨机中混合球磨2h，然后将混合均匀后的物料置于烧结炉中，在氢气和氮气的混合气氛下以10℃/min的升温速率升温至850℃烧结3h制得碱性二次电池负极材料Zn0.5Sn0.5Fe2O4尖晶石结构晶体，用于电池负极活性物质或添加剂。
实施例3
将三氧化二铁、氧化锌和氧化铜按照元素摩尔比Fe：Zn：Cu=2:0.5:0.5的比例在球磨机中混合球磨2h，然后将混合均匀后的物料置于烧结炉中，在氢气和氮气的混合气氛下以10℃/min的升温速率升温至850℃烧结3h制得碱性二次电池铁负极材料Zn0.5Cu0.5Fe2O4尖晶石结构晶体，用于二次电池负极活性物质或添加剂。
实施例4
将三氧化二铁、氧化锌、氧化铜、二氧化锡按照元素摩尔Fe:Zn:Cu:Sn=2:0.5:0.25:0.25的比例在球磨机中混合球磨2h，然后将混合均匀后的物料置于烧结炉中，在氢气和氮气的混合气氛下以10℃/min的升温速率升温至800℃烧结3h制得碱性二次电池负极材料Zn0.5Cu0.25Sn0.25Fe2O4尖晶石结构晶体，用于二次电池负极活性物质或添加剂。
通过充电曲线的对比，本发明制得的碱性二次电池负极材料ZnFe2O4尖晶石结构晶体和常规铁负极材料铁粉相比，有效降低了充电电压、提高了克容量、提升了化成速度和放电平台；本发明制得的以铁、锌尖晶石结构为主的晶体，锌有助于充电时提高铁镍二次电池负极材料的析氢过电位，提高铁镍二次电池的充电效率；放电时利用锌离子与放电产物氢氧化铁的作用，减弱了钝化现象，阻止了内阻的增大，从而提高了铁镍二次电池的放电效率和放电平台，加入锡的目的是提高充电效率和大电流放电性能，加入铜的目的是可提高低温放电性能。
以上显示和描述了本发明的基本原理，主要特征和优点，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围。

Claims (2)

1.一种碱性二次电池高活性负极材料的制备方法，其特征在于具体过程为：将氧化铁、氧化锌、锡氧化物和铜氧化物按比例混合均匀后，在惰性气氛或还原性气氛中于700~1050℃烧结1~10h制得碱性二次电池Zn0.5-1Sn0-0.5Cu0-0.5Fe2O4尖晶石结构的高活性负极材料。
2.根据权利要求1所述的碱性二次电池高活性负极材料的制备方法，其特征在于：所述锡氧化物为氧化亚锡或二氧化锡中的一种或多种；所述铜氧化物为氧化铜或氧化亚铜中的一种或多种。
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