專利名稱：高容量鐵電極材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鐵電極材料，特別是涉及一種高容量鐵電極材料，該電極材料 用于制造高能量環(huán)保鐵鎳電池。
背景技術(shù)：
鐵鎳電池是愛(ài)迪生在1900年發(fā)明的。在1910至1960年之間，鐵鎳電池廣泛用 于牽引機(jī)車作為動(dòng)力電源。但I(xiàn)960年以后，人們對(duì)鐵鎳電池的研究有所減少，主要原因是鎘 鎳電池具有比鐵鎳更好的性能。隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，人們對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求也越來(lái)越高， 原來(lái)采用的有重金屬污染的鎘鎳電池及鉛酸電池將被環(huán)保型的電池取代，鐵鎳電池正好滿足 了這一要求。
鐵鎳電池屬于綠色環(huán)保二次電池，該電池是以鐵或鐵的化合物作為負(fù)極活性物質(zhì)，氫氧 化亞鎳為正極活性物質(zhì)，氫氧化鈉(鉀)水溶液為電解質(zhì)。按照電極的制備工藝不同，鐵鎳 電池分為袋式電池和板式電池兩種類型。袋式電池的特點(diǎn)是壽命很長(zhǎng)，但比能量較低，而板 式電池正好相反，壽命相對(duì)袋式來(lái)說(shuō)要低一些，但比能量較高。與傳統(tǒng)的鉛酸電池和鎘鎳電 池相比，鐵鎳電池具有明顯的優(yōu)點(diǎn)(1)對(duì)環(huán)境沒(méi)有污染。鐵鎳電池所用的材料均不含汞、 鉛和鎘等有毒的重金屬元素，生產(chǎn)過(guò)程中也無(wú)有毒的氣體和水產(chǎn)生。(2)壽命很長(zhǎng)。鎘鎳電 池的壽命為大于500次，鉛酸電池的壽命為大于250次，而板式鐵鎳電池的壽命可超過(guò)900 次，袋式鐵鎳電池的壽命可達(dá)到2000-4000次，使用時(shí)間可達(dá)10-25年。(3)理論比能量高。 鐵鎳電池的正極與鎘鎳電池和氫鎳電池的正極相同，但鐵電極的理論容量高達(dá)1280mAh/g， 是鎘電極理論容量的2.67倍，是金屬氫化物電極理論容量的3.56倍。(4)價(jià)格適中。在所有 的電極材料中，鐵的價(jià)格是最便宜的。與氫鎳電池和鋰離子電池相比，鐵鎳電池還具有價(jià)格 很低的特點(diǎn)。與鉛酸電池相比，鐵鎳電池的價(jià)格雖然稍高，但其超長(zhǎng)的壽命完全可以彌補(bǔ)高 出的這部分價(jià)格。但鐵鎳電池也還存在一些問(wèn)題，包括(1)電池的自放電大。(2)大電流 放電和低溫放電性能較差。(3)電池的充電效率較低。(4)鐵電極的活性物質(zhì)利用率低。一 般只有10-20%。這就極大地限制了鐵鎳電池比能量的提高。這些問(wèn)題都是由于鐵電極引起的。 專利CN1532965A提出了一種克服鐵電極缺點(diǎn)的方法，是在鐵電極中加放入Al-Sn-Ga。這種 電極具有較低的自放電和較高的充電效率，但放電容量只有180mAh/g,不能滿足高能量電 池的需要，且電極中加有Ga這種貴金屬元素，電極的成本也較高
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于解決鐵電極活性物質(zhì)利用率低的問(wèn)題，提供一種高容量的的鐵 電極材料，這種電極材料容量超過(guò)400mAh/g，且不用添加貴金屬，也沒(méi)有重金屬的污染。
本發(fā)明高容量鐵電極材料由活性物質(zhì)和添加劑組成?；钚晕镔|(zhì)的成分是鐵或鐵的化合物， 包括Fe304，F(xiàn)e(OH)2，F(xiàn)e(OH)3,Fe203,還原鐵粉，羰基鐵粉中的一種或幾種；添加劑包括1)含 量為1-10%的稀土氧化物，稀土氧化物包括La203、 Ce02、 Nd203、 Pr203、 Y203、 Gd203、 Sm203 等中的一種或幾種，2)含量為1-3%的氫氧化亞鎳或飽和硫酸鎳溶液。由于直接購(gòu)買的鐵化 合物雜質(zhì)含量較高，活性很差，因此一般需要自行制備。舉例說(shuō)明活性物質(zhì)Fe304的制備方 法(l)用凈化水和工業(yè)級(jí)硫酸亞鐵配制密度為1.24-1.26g/ci^的硫酸亞鐵溶液。(2)用凈化 水和工業(yè)級(jí)氫氧化鈉配制密度為1.13-1.15g/cn^的氫氧化鈉溶液。(3)將硫酸亞鐵溶液加熱至 90-98'C,將氫氧化鈉溶液以噴淋的方式加入到硫酸亞鐵溶液中，同時(shí)在溶液中鼓入空氣。(4) 待氫氧化鈉溶液加完后，加入硫酸亞鐵含量1-5%的乙炔黑，再鼓入空氣半小時(shí)。(5)用化纖帆布過(guò)濾所得的漿料，并用凈化水洗滌沉淀至不含硫酸根。(6)將沉淀烘干后,放到780-880'C 的條件下還原。(7)將還原后的物質(zhì)粉碎至過(guò)20目篩，得到所需要的鐵電極活性物質(zhì)。
與普通的鐵電極相比，本發(fā)明鐵電極的優(yōu)點(diǎn)是容量高，超過(guò)400mAh/g。
圖1:高容量鐵電極材料與普通鐵電極材料在25'C下0.2C (60mA/g)放電曲線。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例本發(fā)明高容量鐵電極材料的化學(xué)組成為
按上述方制得的Fe304含量為88-92%，氧化釔的含量為3-5%.，飽和硫酸鎳溶液的含量 為1-3%,石墨粉的含量為2-5%。
鐵電極的制備方法是(1)稱取一定量的Fe304，按Fe304的量加放3-5y。的氧化釔。(2) 在干粉中加入1-3%的硫酸鎳飽和溶液及2-5%的石墨粉。(3)再加入一定量的濃度為 5-10%PVA粘結(jié)劑，攪拌均勻后，將漿料涂在負(fù)極集流體上(集流體是泡沫鎳、泡沫鐵或鍍 鎳沖孔鋼帶中的一種)。(4)將電極烘干后，在液壓機(jī)上用24MPa的壓力將電極壓成型。
鐵電極的充放電試驗(yàn)將上述制得到的鐵電極作為工作電極，燒結(jié)式氫氧化亞鎳電極為 輔助電極，且輔助電極的容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)鐵電極的容量，因此可將輔助電極作為參比電極，電 解液為6mol/L KOH溶液(其中含有15g/L的LiOH.H20)，隔膜為聚丙烯氈。電化學(xué)性能測(cè) 試設(shè)備為國(guó)產(chǎn)DC-5型電池性能測(cè)試儀?；罨贫仁窍扔?.2(:活化6次，環(huán)境溫度為25'C土 5°C。 0.2C活化時(shí)，充電電流均為100mA/g，充電6h，放電電流均為60mA/g,放電截止電位 均為1.0V。第6次的放電容量即為電極的容量。
從圖l可以看出，本發(fā)明鐵電極材料在25'C下0.2C放電容量超過(guò)400mAh/g，普通鐵電 極材料放電容量為187mAh/g。
權(quán)利要求
1、一種高容量鐵電極材料，其特征在于該鐵電極材料由活性物質(zhì)和添加劑組成。活性物質(zhì)的成分是鐵或鐵的化合物。添加劑包括1)含量為1-10％的稀土氧化物，稀土氧化物包括La2O3、CeO2、Nd2O3、Pr2O3、Y2O3、Gd2O3、Sm2O3等中的一種或幾種；2)含量為1-3％的氫氧化亞鎳或飽和硫酸鎳溶液。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高容量鐵電極材料，其特征在于活性物質(zhì)可以是 Fe304，F(xiàn)e(OH)2，F(xiàn)e(OH)3,Fe203，還原鐵粉，羰基鐵粉中的一種或幾種。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高容量鐵電極材料，其特征在于其所用的電解液為6mol/L的KOH 水溶液，其中加有15g/L的LiOH.H20。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種高容量鐵電極材料，其特征在于該鐵電極材料由活性物質(zhì)和添加劑組成?；钚晕镔|(zhì)的成分是鐵或鐵的化合物，包括Fe<sub>3</sub>O<sub>4</sub>，F(xiàn)e(OH)<sub>2</sub>，F(xiàn)e(OH)<sub>3</sub>，F(xiàn)e<sub>2</sub>O<sub>3</sub>，還原鐵粉，羰基鐵粉中的一種或幾種；添加劑包括1)含量為1-10％的稀土氧化物，稀土氧化物包括La<sub>2</sub>O<sub>3</sub>、CeO<sub>2</sub>、Nd<sub>2</sub>O<sub>3</sub>、Pr<sub>2</sub>O<sub>3</sub>、Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub>、Gd<sub>2</sub>O<sub>3</sub>、Sm<sub>2</sub>O<sub>3</sub>等中的一種或幾種，2)含量為1-3％的氫氧化亞鎳或飽和硫酸鎳溶液。這種鐵電極材料的優(yōu)點(diǎn)是1)不用添加有毒的重金屬(如Hg、Cd、Pb等)，是一種環(huán)保型的電極材料；2)不用添加貴金屬(如In、Ga等)，電極成本很低；3)電極活性物質(zhì)的容量超過(guò)400mAh/g。該材料用于制造高能量環(huán)保的鐵鎳電池。
文檔編號(hào)H01M4/62GK101645505SQ20081004644
公開(kāi)日2010年2月10日 申請(qǐng)日期2008年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月3日
發(fā)明者何秀能, 唯 潘, 陶明大 申請(qǐng)人:成都和能科技有限公司