CN1462079A - 一次碱性电池正极材料β－NiOOH及其制备工艺 - Google Patents

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徐庆
周汉章
何金华
陈韶峰
刘明军
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陈韶峰
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Abstract

本发明涉及电池正极材料及化学工程领域，是一次碱性电池正极材料β－NiOOH及其制备工艺。它是针对目前Zn－Mn电池工作电压低，1.1伏以上放电容量差，而设计的一种新的正极材料。特点是电池正极材料β－NiOOH中的钴、锌分别占活性材料物质总量的1－5％、0－6％，是球形β－NiOOH，在球形Ni(OH)2内部含有0－10％Co和Zn。制备工艺步骤：氧化前，球形氢氧化镍与水的质量比为1∶4－10；氧化过程中，逐加5－10MNaOH溶液，控制pH7－14；氧化温度控制在30－70℃，氧化时间8－24小时；强氧化剂用量是球形Ni(OH)21.5－4.5倍。能量密度是Zn－Mn电池的3－5倍，性能属国际先进水平，是数码相机、MP3、MD等大电流放电专用电池的原材料，有较高的应用价值。

Description

一次碱性电池正极材料β-NiOOH及其制备工艺
所属技术领域
本发明涉及电池正极材料及化学工程领域。
背景技术
近年来，随着电池应用领域的进一步发展与扩大，对一次碱性Zn-Mn电池提出了更高的要求，尤其是电池的放电电压与放电容量的要求。而Zn-Mn电池工作电压低，1.1伏以上放电容量差，已不能满足更广阔的市场需求。因此，需要一种新的正极材料来代替。据悉，目前国外研究开发新型材料β-NiOOH代替MnO2作正极材料只是刚刚起步；国内目前研究这种新型材料还处于初步研究阶段，尚未见到该方面更深一层的资料报道。
发明内容
本发明的目的是提供一次碱性电池正极材料及其制备工艺，碱性电池正极材料代替二氧化锰作正极，其电池的能量密度是Zn-Mn电池的3-5倍，通过化学氧化法对球形β-Ni(OH)2进行氧化，制备β-NiOOH。其特征是一次碱性电池正极材料β-NiOOH中的钴、锌分别占活性材料物质总量的1-5％、0-6％，它是球形β-NiOOH，所用的球形Ni(OH)2含有0-10％Co和Zn。
所述的制备工艺，其特征是制备工艺包括下列步骤：
(1)氧化前，球形氢氧化镍与水的质量比为1∶4-10；
(2)氧化过程中，逐加5-10M NaOH溶液，控制PH7-14；
(3)氧化温度控制在30-70℃，氧化时间8-24小时；
(4)强氧化剂用量是球形Ni(OH)2重量1.5-4.5倍。
所述的制备工艺中Co含量不同于其他机械方法混合，而是采用共沉的方法。其特征是制备工艺中的Co是共沉后再氧化成羟基氧化钴，氧化过程中PH值是通过逐加入5-10M的氢氧化钠来控制。
本发明步骤是将β球形Ni(OH)2在强氧化剂作用下，通过调节PH值与温度至工艺范围逐步氧化而成。其Co含量为活性物质1-5％。氧化时，各物质量配比如下：
β-Ni(OH)2                  1
H2O                         4-10
强氧化剂                     1.5-4.5
所用溶液浓度如下：
氢氧化钠溶液浓度   5-10moL/L
氧化10-24小时后，经陈化、洗涤、烘干、过筛、包装得产品。
本发明的特点是用球形氢氧镍直接氧化β-NiOOH，并通过共沉钴经氧化得羟基氧化钴，提高材料的导电性能。通过共沉锌，提高材料在电池中的稳定性，减少自放电。因此，使用本发明的工艺方法，可以增大正极放电容量，提高活性物质的利用率，提高电池的储存性和稳定性；而且工艺简单，生产成本低。
具体实施方式
实施例1：将未含Co、Zn球形Ni(OH)2 5Kg放入盛有40L 1MNa(OH)2溶液反应釜中，溶液温度控制在60℃，加入强氧化剂40Kg，当反应溶液PH值降到13时，逐加10M NaOH溶液，控制反应溶液PH值13-14，反应24小时。经陈化、洗涤、烘干、过筛得产品，编号1#。
实施例2：含Co 4.0％、Zn 4.0％球形Ni(OH)2 5Kg放入盛有40L 1M Ni(OH)2溶液反应釜中，溶液温度控制在60℃，加入强氧化剂40Kg，当反应的溶液PH值降到13时，逐加10M NaOH溶液，控制反应溶液PH值13-14，反应24小时。经陈化、洗涤、烘干、过筛得产品，编号2#。
实施例3：含Co 1.5％、Zn 4.0％球形Ni(OH)2 5Kg放入盛有40L 1M Na(OH)2溶液反应釜中，溶液温度控制在60℃，加入强氧化剂40Kg，当反应的溶液PH值降到13时，逐加10M NaOH溶液，控制反应溶液PH值13-14，反应24小时。经陈化、洗涤、烘干、过筛得产品，编号3#。
实施例4：将含Co 4.0％、球形Ni(OH)2 5Kg放入盛有40L 1MNa(OH)2溶液反应釜中，溶液温度控制在60℃，加入强氧化剂40Kg，当反应的溶液PH值降到13时，逐加10M NaOH溶液，控制反应溶液PH值13-14，反应24小时。经陈化、洗涤、烘干、过筛得产品，编号4#。
实施例5：含Co 6.0％、Zn 4.0％球形球形Ni(OH)2 5Kg放入盛有40L 1M Na(OH)2溶液反应釜中，溶液温度控制在60℃，加入强氧化剂40Kg，逐加10M NaOH溶液，控制反应溶液PH值13-14，反应24小时。经陈化、洗涤、烘干、过筛得产品，编号5#。
实施例6：含Co 4.0％、Zn 4.0％球形Ni(OH)2 5Kg放入盛有40L 1M  Na(OH)2溶液反应釜中，溶液温度控制在60℃，加入强氧化剂40Kg，逐加10M NaOH溶液，控制反应溶液PH值13-14，反应10小时，经陈化、洗涤、烘干、过筛得产品，编号6#。
通过某电池厂家试用，作成电池后，放入数码相机应用比较，结果如下：
正极材料名称 1.1V放电次数 0.9V放电次数       60℃存放7天后
1.1V放电次数 0.9V放电次数
二氧化锰     22     40     21     38
1#正极材料     75     90     30     51
2#正极材料     98     106     94     100
3#正材极料     86     90     83     86
4#正材极料     90     110     74     86
5#正极材料     97     106     95     100
6#正极材料     94     106     92     99
综上比较本发明研究出用化学氧化法制备新型材料β-NiOOH代替MnO2制碱性电池，其性能处于国际领先水平。通过Zn-Mn电池生产厂家试用检测表明，可有效地提高电池的能量密度和大电流放电的比例，其大电流的能量密度是Zn-Mn电池的3-5倍，有较高的应用价值。

Claims (2)

1、一次碱性电池正极材料β-NiOOH及其制备工艺，其特征是一次碱性电池正极材料β-NiOOH中的钴、锌分别占活性材料物质总量的1-5％、0-6％，它是球形β-NiOOH，所用的球形Ni(OH)2含有0-10％Co和Zn；制备工艺包括下列步骤：
(1)氧化前，球形氢氧化镍与水的质量比为1∶4-10；
(2)氧化过程中，逐加5-10 M NaOH溶液，控制PH7-14；
(3)氧化温度控制在30-70℃，氧化时间8-24小时；
(4)强氧化剂用量是球形Ni(OH)2重量的1.5-4.5倍。
2、根据权利要求1所述的一次碱性电池正极材料β-NiOOH及其制备工艺，其特征是制备工艺中的Co是共沉后再氧化成羟基氧化钴，氧化过程中PH值是通过逐加入5-10M的氢氧化钠来控制。
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