專利名稱：低自放電鐵電極材料的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種鐵電極材料，特別是涉及一種低自放電鐵電極材料，該電極材 料用于制造環(huán)保型鐵鎳電池。
背景技術：
鐵鎳電池是愛迪生在1900年發(fā)明的。在1910至1960年之間，鐵鎳電池廣泛用 于牽引機車作為動力電源。但I960年以后，人們對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。隨著社會的不斷進步，人們對環(huán)境保護的要求也越來越高，
原來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。袋式電池的特點是壽命很長，但比能量較低，而板 式電池正好相反，壽命相對袋式來說要低一些，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(1)對環(huán)境沒有污染。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)過程中也無有毒的氣體和水產(chǎn)生。(2)壽命很長。鎘鎳電 池的壽命為大于500次，鉛酸電池的壽命為大于250次，袋式鐵鎳電池的壽命可達到2000-4000 次，使用時間可達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1280mAh/g，是鎘電極理論容量的2.67倍，是氫電極理 論容量的3.56倍。(4)價格適中。在所有的電極材料中，鐵的價格是最便宜的。與氫鎳電池 和鋰離子電池相比，鐵鎳電池還具有價格很低的特點。與鉛酸電池相比，鐵鎳電池的價格雖 然稍高，但其超長的壽命完全可以彌補高出的這部分價格。但鐵鎳電池也還存在一些問題， 包括(1)電池的自放電大，在20。C條件下28天后電極的自放電率大約為50% (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。這些問題都是由于鐵電極引起的。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于解決鐵電極自放電大的問題，提供一種低自放電的鐵電極材料， 充電態(tài)鐵電極在在20'C下擱置28天后，電極的自放電率低于20%，且具有成本很低和沒有 重金屬的污染的優(yōu)點。
本發(fā)明低自放電鐵電極材料由活性物質(zhì)及和添加劑組成。活性物質(zhì)的成分是鐵或鐵的化 合物，包括Fe304，F(xiàn)e(OH)2,Fe(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0.02-0.15%的銦或銦的化合物，包括In、 ln203、 In2(S04)3、 In(OH)3、 InCl3等中的 一種或幾種，2)含量為2-8%的錫或錫的化合物，包括Sn、 SnO、 Sn02、 SnCl2、 SnCU及錫 酸鹽中的一種或幾種，3)含量為1-7%的鉍或鉍的化合物，包括Bi、 Bi203、 Bi(N03)3等中的 一種或幾種，4)含量為5-10%的石墨粉。由于直接購買的鐵化合物雜質(zhì)含量較高，活性很差， 因此一般需要自行制備。舉例說明活性物質(zhì)Fe304的制備方法(1)用凈化水和工業(yè)級硫酸 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)級氫氧化鈉配制密度為 1.13-1.15g/cm3的氫氧化鈉溶液。(3)將硫酸亞鐵溶液加熱至90-98°C，將氫氧化鈉以噴淋的 方式加入到硫酸亞鐵溶液中，同時在溶液中鼓入空氣。(4)待氫氧化鈉加完后，加入硫酸亞 鐵含量1-5%的乙炔黑，再鼓入空氣半小時。(5)用化纖帆布過濾所得的漿料，并用凈化水洗
3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)點是自放電低。


圖1:低自放電鐵電極與普通鐵電極材料20°。下0.20 (60mA/g)放電曲線。
具體實施方式
實施例本發(fā)明高容量鐵電極材料的化學組成為
按上述方制得的Fe304含量為82-90%， ln203的含量為0.05-0.07%.， SnO含量為3-5%, Bi203的含量為2-4%，石墨粉的含量為6-8%。
鐵電極的制備方法是(1)稱取一定量的Fe304，按Fe304的量加入0.05-0.07%的In203， 3-5。/。的SnO， 2-4%的81203。 7-8%的石墨粉。(2)再加放一定量的濃度為5-10%PVA粘結(jié)劑，
攪拌均勻后，將漿料涂'在負極集流體上(集流體是泡沫鎳、泡沫鐵或鋼帶中的一種)。(3)將 電極烘干后，在液壓機上用24MPa的壓力將電極壓成型。
鐵電極的充放電試驗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遠超過鐵電極的容量，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。電化學性能測 試設備為國產(chǎn)DC-5型電池性能測試儀?；罨贫仁窍扔?.2(2活化6次，環(huán)境溫度為25'C。 0.2C活化時，充電電流均為lOOmAf 、充電6h，放電電流為60mA'g—'，放電截止電位均為 l.OV。第6次的放電容量即為電極的初始容量Qo。自放電的測試方法是將電極按上述方法 充好電后，在2(TC的條件下擱置28后，再以同樣的條件放電，所得容量為Q"自放電率的 計算方法為自放電率- (Oo-Q,) /Q0。
從圖l可以看出，本發(fā)明鐵電極材料在2(TC下擱置28天后，自放電率小于20%，而普 通鐵電極材料的自放電率約為50%。
權利要求
1、一種低自放鐵電極材料，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。添加劑包括1)含量為0.02-0.15％的銦或銦的化合物，2)含量為2-8％的錫或錫的化合物，3)含量為1-7％的鉍或鉍的化合物，4)含量為5-10％的石墨粉。
2、 根據(jù)權利要求1所述的低自放鐵電極材料，其特征在于活性物質(zhì)可以是 Fe304，F(xiàn)e(OH)2,Fe(OH)3,Fe203，還原鐵粉，羰基鐵粉中的一種或幾種。
3、 根據(jù)權利要求l所述的低自放鐵電極材料，其特征在于銦或銦的化合物包括In、 ln203、 In2(S04)3、 In(OH)3、 InCl3等中的一種或幾種。
4、 根據(jù)權利要求l所述的低自放鐵電極材料，其特征在于錫或錫的化合物包括Sn、 SnO、 Sn02、 SnCl2、 SnCU及錫酸鹽等中的一種或幾種。
5、 根據(jù)權利要求1所述的低自放鐵電極材料，其特征在于鉍或鉍的化合物，包括Bi、 Bi203、 Bi(N03)3等中的一種或幾種。
6、 根據(jù)權利要求1所述的低自放鐵電極材料，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)明提供了一種低自放電鐵電極材料，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，包括Fe₃O₄，F(xiàn)e(OH)₂，F(xiàn)e(OH)₃，F(xiàn)e₂O₃，還原鐵粉，羰基鐵粉中的一種或幾種；添加劑包括1)含量為0.02-0.15％的銦或銦的化合物，包括In、In₂O₃、In₂(SO₄)₃、In(OH)₃、InCl₃等中的一種或幾種，2)含量為2-8％的錫或錫的化合物，包括Sn、SnO、SnO₂、SnCl₂、SnCl₄及錫酸鹽中的一種或幾種，3)含量為1-7％的鉍或鉍的化合物，包括Bi、Bi₂O₃、Bi(NO₃)₃等中的一種或幾種，4)含量為5-10％的石墨粉。這種鐵電極材料的優(yōu)點是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)電極成本很低；3)電極在20℃條件下28天后電極的自放電率小于20％。該材料用于制造環(huán)保型鐵鎳蓄電池。
文檔編號H01M4/24GK101651208SQ20081014789
公開日2010年2月17日 申請日期2008年12月17日 優(yōu)先權日2008年12月17日
發(fā)明者何秀能, 唯 潘, 陶明大 申請人:成都和能科技有限公司