DE3129189A1 - Herstellungsverfahren fuer nickel(ii)-hydroxid als positives elektrodenmaterial fuer galvanische elemente - Google Patents
Herstellungsverfahren fuer nickel(ii)-hydroxid als positives elektrodenmaterial fuer galvanische elementeInfo
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Description
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- Herstellunosverfahren für NicI<el(II)-hydroxid als positives Elek
- trodenmaterial für oalvanische Elemente.
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Nickel(I#)-hydroxid als aktives Elektrodenmaterial für galvanische Sekundärelemente mit alkalischem Elektrolyten» insbesondere #nopfzellen.
- In den Knopfzellen des wiederaufladbaren Nickel /Cadmi um-Systems besteht die positive Elektrode aus einer Mischung von Graphit und Nickelhydroxid, das im entladenen Zustand die Formel Ni(OH)2, im geladenen Zustand die Formel Ni00H besitzt. Das Porensystem dieser Masse ist mit dem alkalischen Elektrolyten (KOH, NaOH oder LiOH) gefüllt. Alkalimetallionen werden bei der Oxidation mit in das Gitter des Nickelhydroxids eingebaut.
- Wie allgemein bekannt, wird das Nickel hydroxid mit Lauge aus einer Nickelnitrat- oder Nickelsulfat-Lösung als Ni(OH)2 gefällt. Nach dem Waschen und Trocknen erhält man ein feines Pulver mit unterschiedlicher spezifischer Kapazität, das sowohl bei Wasserzugabe als auch bei Laugezugabe mehr oder weniger stark quillt. Die Quellung ist oft so stark, daß nach Verarbeitung zur Elektrode das Nickelgewebekörbchen zerstört wird.
- Als weiterer Nachteil kommt hinzu» daß sich das gefällte und gewaschene Nickel hydroxid außerordentlich schwer filtrieren läßt und die Aufarbeitung zum trocknen Pulver somit viel Zeit und Energie kostet.
- Die bekannten ungünstigen Erfahrungen machen eine wirtschaftlichere Fertigung des Nickelhydroxids bzw. der positiven Knopfzellenmasse wünschenswert.
- Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Herstellungsverfahren für Nickel(II)-hydroxid anzugeben, welches bei einem Minimum an Prozeßschritten in kürzester Zeit, mit geringem apparativen Aufwand, minimalem Verbrauch an Chemikalien und Waschwasser, sowie mit minimalem Verbrauch an Energie ein Produkt liefert, das der mit Lauge getränkten Masse im Gewebekörbchen der Elektrode entspricht.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
- Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
- Die Verfahrensweise wird durch das Schema der Figur verdeutlicht.
- Die mit den Bezugsnummern 1 - 8 gekennzeichneten Arbeitsschritte beginnen mit der Fällung 1 des Nickelhydroxids, die erfindungsgemäß unter weitmöglichem Ausschluß freier Flüssigkeitsmengen vorgenommen werden soll. Dies gelingt durch Behandeln eines festen Nickel(II)-salzes, vorzugsweise von NiS04 oder Ni(N03)2, mit solchen Mengen an Alkalilauge, die für die Umsetzung der Nickel salze zum Ni(OH)2 im Sinne einer topochemischen Fällungsreaktion, ohne daß eine Lösungsphase mit Ni Ionen in nennenswertem Umfang entsteht, gerade notwendig sind. Gute Ergebnisse werden auch erzielt, wenn das Nickelsalz in möglichst geringen Mengen H20 gelöst ist. In jedem Fall können dabei Graphit oder andere Zuschlagstoffe bereits mit dem Nickelsalz vermischt oder in Suspension zugegen sein. Als Fällauge wird die aus der ersten Auswaschstufe (Arbeitsschritt 3) stammende, mit Na2 SO4 (bzw. NaNO3) bereits stark verunreinigte Waschlauge verwendet.
- Der Arbeitsschritt 2 besteht in der Abtrennung des gefällten Ni(DH)2 von der Fällauge nicht durch Filtrieren, sondern durch Pressen. Es wurde nämlich gefunden, daß Nickel-hydroxid bei hinreichendem Druck filterpressenartig entwässert werden kann, wobei die Mutterlauge oder das Waschwasser bis auf einem im Porensystem festgehaltenen Flüssigkeitsrest von etwa 19% entfernt werden kann.
- Der erhaltene Preßkuchen wird im Arbeitsschritt 3 im Festbettverfahren oder durch Aufruhen mit einer Lauge gewaschen, die aus der zweiten Auswaschstufe (Arbeitsschritt 5) stammt und weniger stark mit Salzen verunreinigt ist als die Fällauge fUr Arbeitsschritt 1, als welche sie den im Arbeitsschritt 4 abgepreßten Kuchen verläßt.
- In Position 5 wiederholt sich die Laugewäsche von Position 3D diesmal jedoch mit einer aus der dritten Auswaschstufe (Arbeitso schritt 7) stammenden und damit noch weniger verunreinigten Lauge in Position 6 folgt eine erneute Abpressung als Wiederholung der Arbeitsschritte 2 und 4.
- Es liegt im Rahmen der Erfindung» die Schritte des Waschens und Abpressens erforderlichenfalls mehrfach zu wiederholen9 obgleich es in der Praxis Ziel sein sollte, das Verfahren auf möglichst wenige Arbeitsgänge zu beschränken.
- In dem Beispiel der Figur folgt auf die Abpressung 6 mit Arbeitsschritt 7 die dritte und zugleich letzte Laugewäsche, für welche reine Alkalilauge» vorzugsweise Natronlauge eingesetzt wird. In diesem Prozeßstadium besitzen sowohl das Herstellungsprodukt als auch die Waschflüssigkeit den höchsten Reinheitsgrad.
- Mit dem Arbeitsschritt 8 erfolgt dann die Abtrennung des fertigen Nickelhydroxids von der Waschlauge wiederum durch Abpressein, wobei die Ablauge der zweiten bzw. vorletzten Auswaschstufe» d.h. dem Arbeitsschritt 5, zugeleitet wird.
- Das erfindungsgemäbe Verfahren stellt sich somit dar als eine weitgehende in situ-Umwandlung von festem Nickel salz in Nickelhydroxid, gefolgt von wiederholten Vorgängen des Abpressens und Waschens mit Lauge, wobei jeder Waschstufe-eine Waschlauge höherer Konzentration bzw. geringerem Salzgehalts als bei der vorhergehenden Waschstufe zugeordnet ist. Dies wird durch die Zuführung von reiner Natronlauge im Gegenstrom erreicht. Die Pfeile in der Figur 1 deuten jedoch keinesfalls einen kontinuierlichen Laugeflub durch die verschiedenen Prozeßstadien an, denn das erfindungsgemäße Verfahren wird in diskreten Arbeitsschritten diskontinuierlich geführt.
- Der durch die Pfeile unterstrichene "Gegenstrom" nimmt lediglich auf die Richtung Bezug, in welcher Lauge und Fällungsprodukt relativ zueinander geführt werden.
- Das erfindungsgemäß gewonnene Nickel hydroxid und die daraus hergestellte aktive Masse müssen gegen CO2 -Aufnahme abgesichert werden. Allerdings wird Co2 zunächst von der Alkalilauge in den Poren als Carbonat gebunden, so daß es leicht durch Diffusion bei der Entcarbonatisierung ausgetauscht werden kann, statt daß es als Nickelcarbonat gebunden würde.
- Zur Abtrennung nach den einzelnen Waschstufen können statt Filterpressen auch Trennzentrifugen eingesetzt werden. Nur in der letzten Stufe ist Abpressen erforderlich.
- Ein vorteilhafter Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens gründet sich auf den Befund, daß man die Quellung von getrocknetem Nickelhydroxid durch Zugabe von ca. 15 Gew. 6 normaler Natronlauge zur Masse vorwegnehmen kann und daß das so konditionierte Pulver auf Dosierpressen verarbeitbar ist.
- Da im Preßkuchen des erfindungsgemäß hergestellten Nickelhydroxids diese Bedingungen erfüllt sind, macht das erfindungsgemäße Verfahren eine Entkopplung von spezifischer Kapazität und Quellung möglich, wobei es allein auf eine Optimierung der spezifischen Kapazität ausgerichtet ist.
- Die übrigen Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens liegen auf der Hand: Die Fällreaktion kann optimiert werden hinsichtlich der Temperatur und der Zeit. Hohe Volumenkonzentrationen sichern mit kurzen Reaktionszeiten effektiven Einsatz der Apparate. Die kombinierte Fällung mit der Gegenstrom-Laugewäsche verhilft zur maximalen Ausnutzung der Chemikalien; das Abfallprodukt, die alkalische Na2SO4-Lösung, läßt sich leicht neutralisieren und dann eindampfen.
- Schließlich sei erwähnt, daß bei diesem Verfahren keine Abwässer anfallen, die mühsam gereinigt werden müßten und Geld kosten. Die Umgehung der Trocknung erbringt eine erhebliche Energieeinsparung.
- Zum Schluß sei vermerkt, daß man eine definierte Konzentration der Porenflüssigkeit über die Einstellung des Dampfdrucks bei definierter Temperatur in an sich bekannter Weise einstellen kann. Leerseite
Claims (5)
- Patentansprüche W Verfahren zur Herstellung von Nickel(II) hydroxid als aktives Elektrodenmaterial für galvanische Sekundärelemente mit al kalischem Elektrolyten, insbesondere Knopfzellen, dadurch gekennzeichnet, daß in Verbindung mit einer mehrstufigen Laugewäsche im Gegenstrom, bei welcher in der letzten Waschstufe frische Alkalilauge zugefUhrt wird, Ni(OH)2 aus festem oder konzentriert gelöstem Nickel (II)-salz mit Alkalilauge der 1.Waschstufe unter geringem Anfall von Flüssigkeit ausgefällt wird9 daß das Fällungsprodukt von der Fallösung durch Abpressen befreit wird, daß der Preßkuchen in situ oder durch Ausrühren mit aus der 2. Waschstufe stammender Alkalilauge gewaschen und abgepreßt wird» und daß der Preßlcuchen nach weiterer Wäsche mit aus der letzten Waschstufe stammender Alkalilauge und Abpressen am Schluß mit reiner Alkalilauge gewaschen und wiederum abgepreßt wird.
- 2. Verfahren nach Anspruch ls dadurch gekennzeichnet9 daß das Ntckel(I#)-salz MSSD, ist.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das Nickel(II)-saltz Ni(NO3)2 ist.
- 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3D dadurch gekennzeichnet, daß die Fällauge NaOH ist.
- 5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Nickel(II)-salz oder seine konzentrierte-Lösung Graphit oder andere Zuschlagstoffe als Beimischung bzw. in Suspension enthält.
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DE19813129189 DE3129189A1 (de) | 1981-07-24 | 1981-07-24 | Herstellungsverfahren fuer nickel(ii)-hydroxid als positives elektrodenmaterial fuer galvanische elemente |
Applications Claiming Priority (1)
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DE19813129189 DE3129189A1 (de) | 1981-07-24 | 1981-07-24 | Herstellungsverfahren fuer nickel(ii)-hydroxid als positives elektrodenmaterial fuer galvanische elemente |
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ID=6137608
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1981
- 1981-07-24 DE DE19813129189 patent/DE3129189A1/de active Granted
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