CZ20004409A3 - Mixed metal hydroxide with brucite structure as active material for rechargeable batteries and process for preparing thereof - Google Patents

Mixed metal hydroxide with brucite structure as active material for rechargeable batteries and process for preparing thereof Download PDF

Info

Publication number
CZ20004409A3
CZ20004409A3 CZ20004409A CZ20004409A CZ20004409A3 CZ 20004409 A3 CZ20004409 A3 CZ 20004409A3 CZ 20004409 A CZ20004409 A CZ 20004409A CZ 20004409 A CZ20004409 A CZ 20004409A CZ 20004409 A3 CZ20004409 A3 CZ 20004409A3
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
hydroxide
nickel
mixed metal
metal hydroxide
mixed
Prior art date
Application number
CZ20004409A
Other languages
Czech (cs)
Inventor
Oskar Glemser
Sven Albrecht
Original Assignee
H. C. Starck Gmbh & Co. Kg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by H. C. Starck Gmbh & Co. Kg filed Critical H. C. Starck Gmbh & Co. Kg
Priority to CZ20004409A priority Critical patent/CZ20004409A3/en
Publication of CZ20004409A3 publication Critical patent/CZ20004409A3/en

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Abstract

Směsný hydroxid kovu s brucitovou strukturou obsahuje hydroxid niklu jako hlavní složku a nejméně jeden trojmocný kov ze skupiny Co, Fe, Al, Ga, In, Sc, Y a La v množství 12 až 30 atomových %, vztaženo na součet kovových složek včetně niklu. Způsob spočívá ve vysrážení směsného hydroxidu s pyroauritovou strukturou z odpovídajících roztoků solí, suspendování vysráženého produktu v nejméně 0,5 molárním alkalickém roztoku, oddělení od tohoto roztoku a vysušení.The brucite-structured metal hydroxide comprises nickel hydroxide as the main component and at least one trivalent metal from the group of Co, Fe, Al, Ga, In, Sc, Y and La in an amount of 12 to 30 atomic%, based on the sum of the metal components including nickel. The process consists in precipitating the mixed hydroxide with the pyroaurite structure from the corresponding salt solutions, suspending the precipitated product in at least 0.5 molar alkaline solution, separating from the solution and drying.

Description

Oblast technikyTechnical field

Předložený vynález se týká aktivního materiálu pro nabíjecí baterie, specielně hydroxidu niklu substituovaného trojmocnými kovovými ionty s brucitovou strukturou, způsobu jeho výroby a rovněž jeho použití jako materiálu pro elektrody pro sekundární baterie.The present invention relates to active material for rechargeable batteries, especially nickel hydroxide substituted with trivalent metal ions with a brucite structure, to a process for its production and also to its use as a material for electrodes for secondary batteries.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Hydroxid niklu se používá jako materiál pro katody alkalických sekundárních baterií jako nikl-kadmiových baterií nebo baterií nikl-kovový hydrid. Rozhodující elektrochemickou veličinou pro technické použití je kapacita vztažená na hmotu. Ta je závislá na obsahu niklu v hydroxidu niklu a využití niklu. Souvislost kapacity Q vztažené na hmotu v Ah/g v závislosti na obsahu niklu v % hmotnostních materiálu katody a využití niklu v EES (jeden elektronový přechod) je následující :Nickel hydroxide is used as a cathode material for alkaline secondary batteries such as nickel-cadmium batteries or nickel-metal hydride batteries. The decisive electrochemical quantity for technical use is the mass-related capacity. This is dependent on the nickel content of the nickel hydroxide and the use of nickel. The correlation of the capacity Q relative to the mass in Ah / g as a function of the nickel content in% by weight of the cathode material and the use of nickel in the EES (one electron transition) is as follows:

Hmotnostní % Ni x %EES x F q = - [mAh/g]% Ni x% EES x F q = - [mAh / g]

58,69 x 3600 x 10 kde značí58.69 x 3600 x 10 where marks

F Faradayova konstantaF Faraday constant

58,69 molekulová hmotnost niklu g/mol58.69 molecular weight of nickel g / mol

3600 přepočítávací faktor ze sekund na hodiny3600 conversion factor from seconds to hours

faktor pro přepočet % v poměru čísel a mA na A.factor for conversion of% in ratio of numbers and mA to A.

Z toho také vyplývá teoretická kapacita vztažená na hmotnost při 100 % EES ve výši 289 mAh/g. Technicky použitelné hydroxidy niklu však obsahují mezi 4 a 6 % modifikujících kovů a rovněž 1 až 2 % vody vztaženo na celkový obsah kovu, takže tyto hydroxidy při 100 % využití niklu vykazují kapacitu vztaženou na hmotnost pouze 252 až 266 mAh/g. 100 % využití niklu u tohoto hydroxidu niklu je spojeno s 1-elektronovým přechodem (a 1-protonovým přechodem) na atom niklu β-Ni (OH) 2 na β-Νί^^^ΟΟΗ při nabíjení baterie.This also results in a theoretical weight-related capacity at 100% EES of 289 mAh / g. However, technically useful nickel hydroxides contain between 4 and 6% of the modifying metals as well as 1 to 2% of water based on the total metal content, so that at 100% nickel utilization these hydroxides have a capacity based on only 252 to 266 mAh / g. The 100% nickel utilization of this nickel hydroxide is associated with a 1-electron transition (and a 1-proton transition) to the nickel atom β-Ni (OH) 2 to β-^ί ^^^ ΟΟΗ while charging the battery.

Při přebíjení baterie dochází k další deprotonizaci a oxidaci části niklu na Nito znamená ke tvorbě garaa-NiOOH. Přitom se ke kompenzaci nabíjení ukládají do mezivrstvy molekuly vody a alkalické ionty. Tvorba gamaNiOOH je tedy spojena se zvětšováním vzdálenosti vrstev niklu v mřížce. Vybíjení gama-NiOOH se děje za odevzdávání alkalických iontů do elektrolytu, přičemž se tvoří a-Ni(0H)2· Přechod alfa-gama je teoreticky spojen s 1,67 elektronového přechodu, to znamená 167 % EES. 1,67-elektronový přechod se ovšem technicky nedá využít, protože a-Ni(0H)2 je v alkalickém elektrolytu nestabilní a stárnutím přechází na β-Ni(OH)2, kdy opět dochází při přechodu β-NiOOH - gama-NiOOH ke zvětšování objemu.When the battery is overcharged, further deprotonation occurs and oxidation of some of the nickel to Nito results in the formation of garaa-NiOOH. In this process, water molecules and alkaline ions are deposited in the interlayer to compensate for charging. Thus, gammaNiOOH formation is associated with increasing the distance of nickel layers in the grid. Discharge of gamma-NiOOH takes place with the release of alkaline ions into the electrolyte, forming α-Ni (OH) 2. The alpha-gamma transition is theoretically associated with 1.67 electron transition, that is 167% EES. However, the 1,67-electron transition is technically not possible, since α-Ni (OH) 2 is unstable in alkaline electrolyte and aging to β-Ni (OH) 2 , which again results in β-NiOOH - gamma-NiOOH increasing volume.

Zavedením trojmocných kovů do hydroxidu niklu se podařilo stabilizovat a-strukturu (pyroaurit). U této pyroauritové struktury jsou ovšem k zajištění nabíjecí neutrality zakotveny mezi vrstvami niklu anionty a molekuly vody, takže mřížka je rozšířena. Sice se s použitím těchto hydroxidů niklu modifikovaných trojmocnými kovy a s pyroau• fl flfl k flfl I k flfl 1By introducing trivalent metals into nickel hydroxide, the α-structure (pyroaurite) has been stabilized. However, in this pyroaurite structure, anions and water molecules are anchored between the nickel layers to ensure charging neutrality, so that the grid is expanded. Although these trivalent metal modified nickel hydroxides are used with pyroauf fll to flfl I to flfl.

I · · 1 » flfl 4 ·« flfl ♦ fl flflfl* «I · 1 flfl 4 flfl fl flflfl

» · fl · ritovou strukturou podařilo realizovat stabilní 1,5-elektronový přechod, nabíjecí kapacita je však redukována jednak elektrochemicky neaktivními trojmocnými ionty a jednak zakotvenými anionty a molekulami vody.»· The graphite structure has succeeded in realizing a stable 1.5-electron transition, but the charging capacity is reduced both by electrochemically inactive trivalent ions and by anchored anions and water molecules.

Nyní bylo objeveno, že se daří suspendováním pyroauritového hydroxidu niklu modifikovaného trojmocnými ionty v ^alkalickém roztoku, oddělením z alkalického roztoku a vysušením s ještě ulpělým alkalickým roztokem převést pyroauritovou strukturu na brucitovou strukturu za získání 1,67-elektronového přechodu. Přitom se z mezivrstvy mřížky odstraňují anionty a voda, takže se redukuje vzdálenost vzdálenost vrstev za zvýšení hustoty nabíjení.It has now been discovered that by suspending trivalent ion pyroaurite hydroxide in an alkaline solution, separating from the alkaline solution and drying with the still alkaline solution, the pyroaurite structure is converted to a brucite structure to give a 1.67-electron transition. In this case, anions and water are removed from the interlayer of the grid, so that the distance between the layers is reduced while increasing the charging density.

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Předmětem předloženého vynálezu je tedy směsný hydroxid kovů s brucitovou strukturou, hydroxidem niklu jako hlavní složkou a nejméně jedním trojmocným kovem ze skupiny Co, Fe, Al, Ga, In, Sc, Y a La v množství 12 až 30 atomových %, vztaženo na součet kovových složek včetně niklu.Accordingly, the present invention provides a mixed metal hydroxide having a brucite structure, a nickel hydroxide as the main constituent and at least one trivalent metal of the group Co, Fe, Al, Ga, In, Sc, Y, and La in an amount of 12 to 30 atomic%. metal components including nickel.

S výhodou je trojmocný kov přítomen v množství 12 až 25 atomových % vztaženo na součet všech kovových složek.Preferably, the trivalent metal is present in an amount of 12 to 25 atomic percent based on the sum of all metal components.

Výhodné trojmocné kovy jsou Co, Fe a Al, obzvláště výhodný j e Al.Preferred trivalent metals are Co, Fe and Al, particularly preferred is Al.

Obzvláště výhodné směsné hydroxidy kovů podle vynálezu s brucitovou strukturou obsahuj i vedle výše uvedené první skupiny trojmocných kovů nejméně jeden z prvků Co, Fe, Mn,Particularly preferred mixed metal hydroxides according to the invention having a brucite structure contain, in addition to the aforementioned first group of trivalent metals, at least one of the elements Co, Fe, Mn,

44444444

44

4 44 4

44444444

4444

4 4 44 4 4

4 4 4 • 4 4 4 44 4 4 4

4 4 44 4 4

4444

Cr, Ti, Zr a Cu, přičemž se prvek této druhé skupiny odlišuje od trojmocného kovu první skupiny a nahrazuje trojmocný kov první skupiny v množství až do 40 atomových %.Cr, Ti, Zr and Cu, the element of the second group being different from the trivalent metal of the first group and replacing the trivalent metal of the first group in an amount of up to 40 atomic%.

Výhodné směsné hydroxidy kovů podle vynálezu obsahuj í Al a Co, přičemž atomový poměr Al ku Co činí až 4, obzvláště výhodně 2,5 až 3,5.Preferred mixed metal hydroxides according to the invention comprise Al and Co, the atomic ratio of Al to Co being up to 4, particularly preferably 2.5 to 3.5.

Směsné hydroxidy kovů podle vynálezu j sou dále určeny odstupem mezi vrstvami od 4,3 do 4,8 Á stanoveným ohybem Rentgenových paprsků. Reflex je rozšířen k menším ťácta-úhlům jedním ramenem, které odpovídá odstupu mřížky od 5,2 do 5,7 Á.The mixed metal hydroxides of the invention are further determined by a layer spacing of from 4.3 to 4.8 Å by the determined X-ray diffraction. The reflex is expanded to smaller 16-angles by one arm, which corresponds to a grid spacing of 5.2 to 5.7 Å.

Předmětem vynálezu je také způsob výroby směsných hydroxidů podle vynálezu současným vysrážením směsných hydroxidů s pyroauritovou strukturou z odpovídajících roztoků kovových solí, suspendováním vysráženého produktu v alkalickém roztoku, odělení od alkalického roztoku a vysušení v přítomnosti ulpělého alkalického roztoku.The present invention also provides a process for preparing the mixed hydroxides of the present invention by co-precipitating the mixed hydroxides with a pyroaurite structure from the corresponding metal salt solutions, suspending the precipitated product in an alkaline solution, separating from the alkaline solution and drying in the presence of an adherent alkaline solution.

S výhodou se použije nejméně 0,5 molární roztok alkalického hydroxidu.Preferably, at least 0.5 molar alkali hydroxide solution is used.

S výhodou se pro alkalické sušení použije nejméně 0,9 molární roztok alkalického hydroxidu, obzvláště výhodně nejméně 1 molární roztok alkalického hydroxidu. Výhodným alkalickým hydroxidem je hydroxid sodný.Preferably, at least 0.9 molar alkali hydroxide solution, particularly preferably at least 1 molar alkali hydroxide solution is used for alkaline drying. A preferred alkaline hydroxide is sodium hydroxide.

Výroba směsných hydroxidů s pyroauritovou strukturou se provádí přípravou vodného roztoku rozpuštěním odpovídajících kovových solí kovových složek rozpustných ve vodě v požadovaném poměru a vysrážením z tohoto roztoku úpravouThe preparation of mixed hydroxides with a pyroaurite structure is carried out by preparing an aqueous solution by dissolving the corresponding metal salts of the water-soluble metal components in the desired ratio and precipitating from this solution by treatment

9999

9 9 99 9 9

9 9 99 9 9

9 9 9 99

9 9 99 9 9

99 •· 999 999 • · 999 8

9 • · • 99

9999 9 hodnoty pH na 10 až 13 přidáním roztoku alkalického hydroxidu. Způsob se může provádět diskontinuálně nebo kontinuálně současným uváděním roztoku kovových solí a roztoku alkalického hydroxidu do jedné reakční nádoby a kontinuálním odváděním vysrážené suspenze. Jako kovové soli jsou vhodné halogenidy, (s výhodou fluoridy nebo chloridy), uhličitany, sírany, dusičnany, octany, oxaláty, boritany a/nebo fosforečnany, pokud tyto soli vykazují dostatečnou rozpustnost.The pH was adjusted to 10-13 by addition of an alkaline hydroxide solution. The process can be carried out batchwise or continuously by simultaneously bringing the metal salt solution and the alkaline hydroxide solution into one reaction vessel and continuously withdrawing the precipitated suspension. Suitable metal salts are halides (preferably fluorides or chlorides), carbonates, sulphates, nitrates, acetates, oxalates, borates and / or phosphates, provided these salts have sufficient solubility.

Aby se dosáhlo oxidace dvojmocných modifikací kovových iontů, případně přítomných ve vysrážené suspenzi na trojmocný stupeň, může být dále účelné přidat k vysrážené suspenzi oxidační prostředek, jako je příkladně kyslík, peroxid vodíku, chlornan nebo peroxodvojsíran.In order to achieve oxidation of the divalent metal ion modifications optionally present in the precipitated suspension to a trivalent stage, it may further be expedient to add an oxidizing agent, such as, for example, oxygen, hydrogen peroxide, hypochlorite or peroxodisulphate to the precipitated suspension.

Jako alkalické roztoky k provádění srážení připadají v úvahu hydroxid amonný, hydroxid lithný, hydroxid draselný nebo hydroxid sodný. Výhodný je hydroxid sodný.Suitable alkaline solutions for the precipitation are ammonium hydroxide, lithium hydroxide, potassium hydroxide or sodium hydroxide. Sodium hydroxide is preferred.

Dále může být účelné v návaznosti na srážení nejprve vyměnit anionty pyroauritové struktury vestavěné ve směsných hydroxidech kovů za uhličitanové ionty. To se může provést zpracováním vysráženého produktu roztokem alkalického uhličitanu nebo alkalického hydrouhličitanu.Further, it may be expedient to replace the anions of the pyro-auritic structure embedded in the mixed metal hydroxides with carbonate ions, following precipitation. This can be accomplished by treating the precipitated product with an alkali carbonate or alkaline bicarbonate solution.

Produkt srážení se po oddělení z matečných louhů a promytí k odstranění zbytku matečného louhu s výhodou bez sušení znovu suspenduje v roztoku alkalického hydroxidu.After separation from the mother liquors and washing to remove residual mother liquor, the precipitation product is preferably resuspended in an alkaline hydroxide solution without drying.

Po oddělení z roztoku alkalického hydroxidu se opatrně vysuší při teplotě nižší než 80 °C, obzvláště nižší než 60 °C, dále s výhodou za sníženého tlaku. Čím nižší se zvolí tlak při sušení, tím vyšší by měla být minimální koncentrace • 9 99 · ·After separation from the alkaline hydroxide solution, it is carefully dried at a temperature below 80 ° C, in particular below 60 ° C, further preferably under reduced pressure. The lower the drying pressure is selected, the higher the minimum concentration should be • 9 99 · ·

• 99 99 • · · » · 9 • 9 9 · · • 9 9 9 9 9• 99 99 • 9 9 9 9 9 9 9 9

9 9 9 99

999 99 99 roztoku alkalického hydroxidu. Příkladně je při tlaku sušení 1 kPa výhodná koncentrace roztoku alkalického hydroxidu nejméně 1,3-mol.Alkaline hydroxide solution. For example, at a drying pressure of 1 kPa, a concentration of at least 1.3 moles of alkali hydroxide solution is preferred.

Směsné hydroxidy kovů s brucitovou strukturou, které se mohou připravit podle vynálezu jsou současně vynikajícím výchozím materiálem pro výrobu lithiových směsných oxidů kovů. Lithiové směsné oxidy kovů se vyrábějí tak, že se směsné hydroxidy kovů smísí s vhodnými lithnými sloučeninami jako je hydroxid lithnýnebo dusičnan lithný a následně se směs vypaluje při teplotách nad 600 °C.Mixed metal hydroxides with brucite structure which can be prepared according to the invention are at the same time an excellent starting material for the production of lithium mixed metal oxides. Lithium mixed metal oxides are produced by mixing the mixed metal hydroxides with suitable lithium compounds such as lithium hydroxide or lithium nitrate, and then firing at temperatures above 600 ° C.

Přehled obrázků na výkresechBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Obrázek 1 představuje ideální znázornění elektronových přechodů, dosažitelných s rozdílnými hydroxidy niklu. Při tom horní čtyři struktury představují o sobě známý Bodediagram.Figure 1 represents an ideal illustration of the electron transitions obtainable with different nickel hydroxides. The top four structures represent the well-known Bodediagram.

Obrázek 2 ukazuje spektrum ohybu Rentgenových paprsků alkalicky vysušených směsných hydroxidů z rozdílných koncentrací roztoku hydroxidu sodného podle následujícího příkladu.Figure 2 shows the X-ray diffraction spectrum of alkali-dried mixed hydroxides from different concentrations of sodium hydroxide solution according to the following example.

Obrázek 3 ukazuje vybíjecí kapacitu směsného hydroxidu brucitového typu v závislosti na počtu cyklů podle následujícího příkladu.Figure 3 shows the discharge capacity of mixed brucite hydroxide depending on the number of cycles according to the following example.

Příklady provedení vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Příklad 1 φ · φφφφ φφφφ • φ φ φExample 1 φ · φφφφ φφφφ • φ φ φ

ΦΦΦΦ

a) Výroba(a) Production

Současné precipitace substituovaných hydroxidů niklu se provádí vkapáním směsného roztoku kovových solí do předlohy s konstantní pH hodnotou. Složení roztoku kovových solí, vyrovnávací louh a násada se zde popisuje pro příklad srážení 0,125 mol hydroxidu niklu o složení kovových iontůSimultaneous precipitation of the substituted nickel hydroxides is carried out by dropping a mixed solution of metal salts into a constant pH value template. The composition of the metal salt solution, the caustic solution, and the feed are described herein for example by precipitation of 0.125 moles of nickel hydroxide with metal ion composition.

složení kovových iontů se přiměřeně upraví složení roztoku kovových solí. Při této velikosti násady se získá asi 10 g vysušeného hydroxidu.the composition of the metal ions is appropriately adjusted to the composition of the metal salt solution. At this batch size, about 10 g of dried hydroxide is obtained.

Roztok soliSalt solution

Celková koncentrace kovových iontů 0,5 M 26,28 g NiSO4 x 6 H20 (= 0,10 mol Ni2+)Total metal ion concentration 0,5 M 26,28 g NiSO 4 x 6 H 2 0 (= 0,10 mol Ni 2+ )

12,48 g A12(SO4)3 x 18 H20 (= 1,88 x 10“2 mol Al3+) 1,76 g CoS04 x 7 H20 (= 6,25 x 10-3 Co2+) demineralizovaná voda do 250 ml12.48 g A1 2 (SO 4 ) 3 x 18 H 2 0 (= 1.88 x 10 " 2 mol Al 3+ ) 1.76 g CoSO 4 x 7 H 2 0 (= 6.25 x 10 -3 Co 2+ ) demineralized water to 250 ml

2. Vyrovnávací louh2. Equalizing liquor

Koncentrace hydroxidových iontů 1,0 M 10 g NaOH pecičkový (99,5 %) demineralizovaná voda do 250 mlConcentration of hydroxide ions 1,0 M 10 g NaOH pellet (99,5%) demineralized water up to 250 ml

3. Násada3. Handle

Koncentrace uhličitanových iontů 0,5 M 26,50 g Na2CO3 demineralizovaná voda do 500 ml před začátkem srážení se po kapkách přidá 8 M NaOH až do pH 12,5Concentration of carbonate ions 0,5 M 26,50 g Na 2 CO 3 demineralized water to 500 ml before the start of precipitation 8 M NaOH is added dropwise until pH 12,5

Násada se před počátkem srážení termostatuje na teplotu 34 °C. Během srážení se měří hodnota pH a měněním »♦ 4499 • 4 9 ··The batch is thermostatized to 34 ° C prior to precipitation. During precipitation, the pH is measured and changed »♦ 4499 • 4 9 ··

9 · • · · · • · · • ·· · 9 ···9 · 9 ···

9 9 9 49 9 9 4

9444 · · * · • 9 4 9 9 99444 · · * · • 9 4 9 9

9 4 4 49 4 4 4

494 44 44 rychlosti přidávání se vyrovnávací louh udržuje konstantní. Rychlost míchání při srážení činí 300 otáček/minutu.494 44 44 the addition liquor is kept constant. The stirring speed during the precipitation is 300 rpm.

Roztok soli se rychlostí 5 ml/minuta nadávkuje membránovým čerpadlem do nása^dy a pH hodnota se přídavkem vyrovnávacího louhu udržuje konstantní.The salt solution is metered into the batch at a rate of 5 ml / minute and the pH is kept constant by the addition of a buffer solution.

Po ukončení srážení se nechá sraženina bez míchání dozrát po dobu 18 hodin při teplotě místnosti.After the precipitation was complete, the precipitate was aged for 18 hours at room temperature without stirring.

Sraženina se pak centrifuguje po dobu 10 minut při 6 000 ot /minuta, odstředěný louh se odstraní a produkt se rozmíchá v 1 litru promývacího louhu (NaOH) k úpravě srážecí hodnoty pH při teplotě místnosti po dobu asi 3 minut a potom se opět centrifuguje. Tento postup se opakuje tolikrát, dokud nejsou dále prokazatelné vymývané aniony.The precipitate is then centrifuged for 10 minutes at 6000 rpm, the centrifuged liquor is removed and the product is stirred in 1 liter of wash liquor (NaOH) to adjust the precipitation pH at room temperature for about 3 minutes and then centrifuged again. This procedure is repeated until eluted anions are no longer detectable.

Po poslední centrifugací se suspenduje promytý gel ve 200 ml roztoku hydroxidu sodného určité koncentrace podle tabulky 1, míchá se 1 hodinu, centrifuguje se a vysuší s ulpělým louhem při teplotě 50 °C při vakuu vodní vývěvy. Tento postup se zde označuje jako alkalické sušení.After the last centrifugation, the washed gel is suspended in 200 ml of a sodium hydroxide solution of a certain concentration according to Table 1, stirred for 1 hour, centrifuged and dried with stuck lye at 50 ° C under water pump vacuum. This process is referred to herein as alkaline drying.

V produktech se zvyšuje stupeň reakce s koncentrací hydroxidu použitého jako suspenzního louhu (obrázek 2). Tak se po vysušení z 0,03 molárního a z 0,1 molárního louhu získá pyroauritový typ, z 0,4 molárního louhu se získá spektrum s nepatrnými podíly brucitu. Při sušení z 0,7 molárního louhu je přeměna na brucitový typ téměř úplná. Vzájemný poměr kovových iontů se tímto zpracováním nemění. Alkalickým sušením se tedy ze substance nevylučuje žádný hliník.In the products, the degree of reaction increases with the concentration of hydroxide used as the suspension liquor (Figure 2). Thus, after drying from 0.03 molar and 0.1 molar caustic, the pyroaurite type is obtained, from 0.4 molar caustic a spectrum with low proportions of brucite is obtained. Upon drying from 0.7 molar lye, the conversion to brucite type is almost complete. The metal ion ratio does not change by this treatment. Thus, no aluminum is precipitated from the substance by alkaline drying.

Získaný brucitový typ se od klasického brucitového «· ·«·· φ « ·· »φ • · Φ ·· ΦΦ 19 9 1The obtained brucite type differs from the classical brucite type 9 · · 9 9 9 9 9 19 9 1

1 1 9 1111 1 9 111

9 1 1 1 9 1 1 99 1 1 1 9 1 1 8

11 1111 1111 Φ ΦΦΦ ΦΦΦ ΦΦ ·· typu odlišuje tím, že reflex 001 je poněkud posunut k nižším d-hodnotám 4,56 Á místo 4,63 Á. Navíc se nevyskytuje žádné rameno reflexu 001 v oblasti 5,20 Á, které naznačuje částečné rozšíření odstupu vrstev oproti normálnímu brucitovému typu. U čistého hydroxidu niklu se po alkalickém sušení tato odchylka od známých brucitových struktur nevyskytuje, peak 001 je při 4,63 Á a při vyšších hodnotách d žádné rameno není .11 1111 1111 Φ ΦΦΦ ΦΦΦ ΦΦ ·· differentiates in that reflex 001 is somewhat shifted to lower d-values of 4.56 Å instead of 4.63 Å. In addition, there is no reflex leg 001 in the 5.20 Å region, which indicates a partial expansion of the layer spacing over the normal brucite type. With pure nickel hydroxide, this deviation from the known brucite structures does not occur after alkaline drying, peak 001 is at 4.63 Å and there is no arm at higher d-values.

Obsah niklu v hydroxidu Νί^ΑΙθ γ^Οοθ 25 se zvyšuje se stoupajícím podílem brucitové struktury (Tabulka 1), rovněž tak pyknometrická hustota.The content of nickel hydroxide in Νί ΑΙθ γ ^ ^ Οοθ 25 increases with increasing proportion brucitové structure (Table 1), as well as pycnometric density.

Tabulka 1Table 1

Hodnoty analyzy pro hydroxid Νί^ΑΙθ 75C0Q 25 s pyroauritovou strukturou (nahoře) a s brucitovou strukturou (dole)Values of analysis for hydroxide Νί ^ ΑΙθ 75C0Q 25 with pyroaurite structure (top) and brucite structure (bottom)

Sušicí louh pro NÍ4A10,75^°0,25Drying liquor for Ni4 Al 0.75 ^ 0.25 Obsah niklu Content nickel Poměr nikl/uhlík Ratio nickel / carbon Poměr nikl/vodík Ratio nickel / hydrogen Pyknometrická hustota Pycnometric density O,O3M-pH12,5 0.13M-pH12.5 45,03 % 45,03% 1 : 0,138 1: 0.138 1 : 3,85 1: 3.85 2,65 g/cm^ 2.65 g / cm 2 0,07 M 0,07 M 46,66 % 46,66% 1 : 0,076 1: 0.076 1 : 3,71 1: 3.71 3,05 g/cm^ 3.05 g / cm 2 1,0 M 1,0 M 49,16 % 49,14% 1 : 0,071 1: 0.071 1 : 3,58 1: 3.58 3,21 g/cm^ 3.21 g / cm @ 2

V hydroxidech niklu pyroauritového typu mají hydroxidové vrstvy v důsledku částečné substituce trojmocnými kationty (Al^+> Co^+ nebo Fe^+) pozitivní náboj. Kvůli nutnému vyrovnání náboje uhličitanovými nebo jinými anionty je odstup hydroxidových vrstev mezi sebou zvýšen na 7,8 Á. Navíc se v mezivrstvě nacházejí molekuly vody. Aby se dosáhlo přeměny na brucitovou strukturu, musí se zrušit pozitivní * « · ·In the pyro-aurite-type nickel hydroxides, the hydroxide layers have a positive charge due to the partial substitution with trivalent cations (Al @ + → Co @ + or Fe @ + ). Due to the necessary charge equalization by carbonate or other anions, the separation of the hydroxide layers between them is increased to 7.8 Å. In addition, there are water molecules in the interlayer. In order to convert to a brucite structure, the positive * «· ·

I 4 4 4 » 4 · e #* 4444 4 4I 4 4 4 »4 · e # * 4444 4 4

9 4 49 999 4 50 99

4 9 44 9 4

4 4 9 · • · · · ···· · ·»« *·· náboj hydroxidových vrstev.4 4 9 · The charge of the hydroxide layers.

Jako mechanismus ke zrušení náboje hlavní vrstvy přijmout částečnou deprotonizaci hydroxidových iontů, proces může probíhat podle následuj ícího schématu :As a mechanism to de-charge the main layer to accept partial deprotonation of hydroxide ions, the process can proceed according to the following scheme:

1. Na kovový ion (III) se deprotonuje jedna hydroxidová skupina hlavní vrstvy1. A single main group hydroxide group is deprotonated onto the metal ion (III)

2. Pozitivní náboj hlavní vrstvy je odstraněním H+-iontů zrušen2. The positive charge of the main layer is removed by removing H + ions

3. Negativní mezivrstva z molekul vody a uhličitanových iontů nyní již není nutná pro elektrickou neutralitu struktury a může se vyloučit3. A negative interlayer of water and carbonate ions is no longer necessary for the electrical neutrality of the structure and can be eliminated

4. Odstup vrstev se sníží ze 7,8 Á na 4,6 Á.4. The layer spacing is reduced from 7.8 Å to 4.6 Å.

Zcela zreagovaný produkt (vysušení z 1,0 M NaOH) má a pyknometrickou hustotu 3,21 g/cm . Čistý hydroxid nikelnatý, který se vyrobí za stejných podmínek srážení, má pykno2 metrickou hustotu 3,57 g/cm . Nahradí li se v tomto čistém hydroxidu nikelnatém ve smyslu vzorce Ní^AIq 75C0Q 25The fully reacted product (dried from 1.0 M NaOH) has a pycnometer density of 3.21 g / cm. Pure nickel hydroxide, which is produced under the same precipitation conditions, has a pycnometer density of 3.57 g / cm. If it is replaced in this pure nickel hydroxide in the sense of the formula N 1 Al 2 O 75 CO 2 25

17,65 % niklových iontů lehčími ionty hliníku, získá se vý-2 počtem hustota 3,23 g/cm v dobré shodě s naměřenou hodnotou 3,21 g/cm^.17.65% of nickel ions by lighter aluminum ions, a density of 3.23 g / cm @ 2 was obtained in good agreement with the measured value of 3.21 g / cm @ 2.

b) Šetření chování při průběhu cyklůb) Investigation of behavior during cycles

K vyšetření elektrochemických vlastností se provedou galvanostatická nabíjení a vybíjení. Jako elektrolyt slouží 10 Μ KOH, 100 mg aktivní/ho materiálu se smíchá s 50 mg grafitu a 3 mg prášku PTFE, utřou se na suchou pastu a zapraculzeGalvanostatic charges and discharges are performed to investigate electrochemical properties. The electrolyte is 10 Μ KOH, 100 mg of active material is mixed with 50 mg of graphite and 3 mg of PTFE powder, wiped on a dry paste and incorporated.

Tento ···· • · «This ···· • · «

Φ ♦ « « A • Φ «!♦* 0Φ ♦ «« A • Φ «! ♦ * 0

ΦΦΦΦ

Uf φφφUf φφφ

ΦΦ · • 0 0 Φ • 9 0 Φ φ · β « · • · « φ φφ φφ jí se do niklové pěny. Formování se provádí 14 hodin při proudu 5 mA, další nabíjení pak 12 hodin při stejné síle proudu. Vybíjení se provádí proudem 2,5 mA až do konečného napětí vybíjení 0,9 V pro Cd/Cd(0H)2 případně 0 v pro Hg/HgO. Při provádění cyklů brucitu Νί^ΑΙθ 75C0Q 25 v ^0 M KOH, kdy brucit se vyrobí vysušením z 0,7 M NaOH je maximální využití niklu nad 147 %. To odpovídá maximální kapacitě vztažené na hmotnost 313 mAh/g (obrázek 2). Obsah niklu tohoto materiálu činí 46,7 %.Jí • 0 0 9 9 φ 9 9 9 9 jí jí jí jí jí jí jí jí jí jí jí jí jí jí jí jí jí jí jí jí jí jí jí jí jí jíφ jí jí jí jí jí jí jí jí jí φ jí jí jí jí jí jí jí jí jí jí jí jí jí φ jí. The molding is carried out for 14 hours at a current of 5 mA, further charging for 12 hours at the same current strength. The discharge is carried out with a current of 2.5 mA up to a final discharge voltage of 0.9 V for Cd / Cd (0H) 2 or 0 v for Hg / HgO. When carrying out cycles of brucite Νί ^ ΑΙθ 75C0Q 25 in 00 M KOH, when brucite is produced by drying from 0.7 M NaOH, the maximum utilization of nickel is above 147%. This corresponds to a maximum capacity based on a mass of 313 mAh / g (Figure 2). The nickel content of this material is 46.7%.

Maximální využití niklu v Νί4Α1θ 750ο0 25 brucitového typu činí 147 % s obdobnou hodnotou pro Νί^ΑΙθ 750οθ 2$ PY“ roauritového typu ve výši 144 %. Protože ale obsah niklu v brucitovém typu je s hodotou 46,7 % o 6,1 % vyšší než u pyroauritového typu se 44,0 %, je také jeho kapacita vztažená na hmotnost ve výši 310 mAh/g vyšší než u pyroauritového typu se 290 mAh/g.The maximum utilization of nickel in bί 4 Α1θ 75 0ο 0 25 of the brucite type is 147%, with a similar value for 144% roaurite type 75ί ^ ΑΙθ 75 0οθ 2 $ PY “. However, since the nickel content of the brucite type is 6.1% higher than the pyroaurite type of 44.0% at 46.7%, its 310mAh / g weight capacity is also higher than the pyroaurite type of 290 mAh / g.

• · » · »· ·_ ·• »» _ _

7>7>

• · · · • 9 9 9 • · · 9 ♦ · · · · /V ύίκ/ϋ - waf• · 9 9 9 • 9 9 · V / w wίκ / ϋ - waf

Claims (11)

PATENTOVÉ NÁROKYPATENT CLAIMS 1. Směsný hydroxid kovů s brucitovou strukturou, obsahující hydroxid niklu jako hlavní složku a nejméně jeden troj mocný kov ze skupiny Co, Fe, Al, Ga, In, Sc, Y a La v množství 12 až 30 atomových %, vztaženo na součet kovových složek včetně niklu.Mixed metal hydroxide with a brucite structure, comprising nickel hydroxide as the main component and at least one trivalent metal of the group Co, Fe, Al, Ga, In, Sc, Y and La in an amount of 12 to 30 atomic%, based on the sum of the metals components including nickel. 2. Směsný hydroxid kovů podle nároku 1, obsahující navíc nejméně jeden z prvků Co, Fe, Mn, Cr, Ti, Zr nebo Cu, který se odlišuje od trojmocného kovu, v množství až do 15 % atomových, vztaženo na součet všech kovových složek.Mixed metal hydroxide according to claim 1, further comprising at least one of Co, Fe, Mn, Cr, Ti, Zr or Cu which differs from the trivalent metal in an amount of up to 15% atomic, based on the sum of all metal components . 3. Směsný hydroxid kovů podle nároku 1 nebo 2, obsahující 12 až 25 % atomových hliníku.Mixed metal hydroxide according to claim 1 or 2, containing 12 to 25% atomic aluminum. 4. Směsný hydroxid kovů podle některého z nároku 1 až 3, obsahující 4 až 9 % atomových Co.Mixed metal hydroxide according to any one of claims 1 to 3, containing 4 to 9% atomic Co. 5. Směsný hydroxid kovů podle některého z nároku 1 až 4, s odstupem vrstev niklu 4,3 až 4,8 Á, stanoveným ohybem Rentgenových paprsků.Mixed metal hydroxide according to any one of claims 1 to 4, with a spacing of nickel layers of 4.3 to 4.8 Å, as determined by X-ray diffraction. 6. Opakovaně nabíjecí baterie obsahující směsný hydroxid kovů podle některého z nároků 1 až 5 jako elektrochemicky aktivní materiál.A rechargeable battery comprising the mixed metal hydroxide of any one of claims 1 to 5 as an electrochemically active material. 7. Způsob výroby směsných hydroxidů podle některého z nároků 1 až 6 vysrážením směsného hydroxidu s pyroauritovou strukturou z odpovídajících roztoků kovových solí, suspendováním vysráženého produktu v nejméně 0,5 molárním alkalickém roztoku, odělení od alkalického roztoku a vysušení v přitom• · · nosti ulpělého alkalického roztoku.Process for producing mixed hydroxides according to any one of claims 1 to 6, precipitating a mixed hydroxide with a pyroaurite structure from the corresponding metal salt solutions, suspending the precipitated product in at least 0.5 molar alkaline solution, separating from the alkaline solution and drying in adhering condition. alkaline solution. 8. Způsob podle nároku 7, při kterém se použije nejméně 0,9 molární roztok hydroxidu sodného.The process according to claim 7, wherein at least 0.9 molar sodium hydroxide solution is used. 9. Způsob podle nároku 7 nebo 8, při kterém se srážení provádí v přítomnosti oxidačního prostředku.The process according to claim 7 or 8, wherein the precipitation is carried out in the presence of an oxidizing agent. 10. Způsob podle některého z nároků 7 až 9, při kterém se vysrážený hydroxid niklu před suspendováním v alkalickém roztoku suspenduje v uhličitanovém roztoku, oddělí se od něj a promyj e.The process according to any one of claims 7 to 9, wherein the precipitated nickel hydroxide is suspended in the carbonate solution before being suspended in the alkaline solution, separated therefrom and washed. 11. Sekundární baterie obsahující směsný hydroxid kovu podle některého z nároků 1 až 6.A secondary battery comprising a mixed metal hydroxide according to any one of claims 1 to 6.
CZ20004409A 2000-11-27 2000-11-27 Mixed metal hydroxide with brucite structure as active material for rechargeable batteries and process for preparing thereof CZ20004409A3 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ20004409A CZ20004409A3 (en) 2000-11-27 2000-11-27 Mixed metal hydroxide with brucite structure as active material for rechargeable batteries and process for preparing thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ20004409A CZ20004409A3 (en) 2000-11-27 2000-11-27 Mixed metal hydroxide with brucite structure as active material for rechargeable batteries and process for preparing thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CZ20004409A3 true CZ20004409A3 (en) 2001-07-11

Family

ID=5472648

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ20004409A CZ20004409A3 (en) 2000-11-27 2000-11-27 Mixed metal hydroxide with brucite structure as active material for rechargeable batteries and process for preparing thereof

Country Status (1)

Country Link
CZ (1) CZ20004409A3 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5753202A (en) Method of preparation of lithium manganese oxide spinel
JP4826147B2 (en) Aluminum-containing nickel hydroxide particles and method for producing the same
CN109962234A (en) Monocrystalline positive electrode of concentration gradient and preparation method thereof
CZ20012304A3 (en) Nickel mixed hydroxide, method for preparing the same, and use thereof as a cathode material in alkaline batteries
US6620549B2 (en) Alkaline storage battery
US6958139B1 (en) Active material for rechargeable batteries
JP3205276B2 (en) Method for producing positive electrode active material for alkaline secondary battery, paste-type nickel electrode, alkaline secondary battery and method for producing the same
KR100575173B1 (en) Nickel Hydroxide Coated with Cobaltous Hydroxide
CZ20004409A3 (en) Mixed metal hydroxide with brucite structure as active material for rechargeable batteries and process for preparing thereof
CN100438148C (en) Alloy powder surface treatment method
US20010054458A1 (en) Hydrogen-absorbing alloy for battery, method for producing the same, and alkaline storage battery using the same
CN111422917B (en) High-nickel low-cobalt carbonate precursor with sandwich structure and preparation method and application thereof
CN101667641A (en) Alkaline battery silver oxide powder
JPH10188975A (en) Positive electrode material for silver oxide battery and its manufacture
JP5250173B2 (en) Method for producing nickel hydroxide
JP4552319B2 (en) Method for producing positive electrode active material for alkaline storage battery
JPH02234356A (en) Sealed-type alkali battery
JPH10326617A (en) Manufacture of positive electrode active material for alkaline secondary battery, paste type nickel electrode and alkaline secondary battery
JP2004516607A5 (en)
JP3263601B2 (en) Non-sintered nickel electrode for alkaline storage batteries
KR20230022478A (en) Recycling method of positive electrode material for secondary batteries and device using the same
KR19990051812A (en) Method for producing positive electrode slurry of alkaline secondary battery
JP2000154024A (en) PRODUCTION OF Li-Co COMPLEX OXIDE
JPH09259878A (en) Non-sintered nickel electrode for alkaline storage battery
JPH10340721A (en) Production of positive electrode active material for alkaline secondary battery and paste-type nickel electrode and alkaline secondary battery