專(zhuān)利名稱(chēng)：鎳氫電池正極及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鎳氫電池，尤其涉及鎳氫電池正極及其制備方法。
背景技術(shù)：
Ni (OH)2作為正極活性物質(zhì)被廣泛的應(yīng)用于Ni/Cd，Ni/Zn，Ni/Fe，Ni/MH等堿性電池中。它存在兩種晶體結(jié)構(gòu)，a-Ni (OH)2和β-Ni(0H)2。目前電池工業(yè)上主要應(yīng)用β -Ni (OH)2作為正極材料，但純?chǔ)?-Ni (OH)2電化學(xué)性能存在一些不足。例如它是P型半導(dǎo)體材料，充放電時(shí)的導(dǎo)電性和固相質(zhì)子擴(kuò)散速度之間差異較大，氧化電位和氧氣析出電位比較接近，過(guò)充電很容易生成密度很小的Y-NiOOH導(dǎo)致電極膨脹損壞等，因此采用純Ni (OH)2制成的電極很難滿(mǎn)足高功率、大電流電池的要求。摻雜是改善Ni (OH)2電化學(xué)性能、促進(jìn)鎳電池應(yīng)用和發(fā)展的主要途徑之一。在摻雜劑中研究最多的是Co元素，其次是Zn、Cd、Al、C、 稀土元素、Cu系化合物、Ca系化合物等；短周期內(nèi)金屬元素?fù)诫s卻報(bào)道不多，其中，Li是以電解液的形式加入的。粘結(jié)劑是鎳氫電池正負(fù)極的重要組成部分，起著將活性物質(zhì)粉末和電極基體粘合在一起，保證電極成型和正常充放電的作用。它對(duì)電極乃至整個(gè)電池的性能有著不可忽視的影響。采用恰當(dāng)?shù)恼辰Y(jié)劑可以獲得較大的容量，降低內(nèi)阻，提高電池的放電電壓平臺(tái)和大電流放電能力，而且對(duì)電池循環(huán)性能的提高，充電時(shí)內(nèi)壓的降低以及自放電率的減少等均有較大的作用。目前常用的粘結(jié)劑有CMC和PTFE，因?yàn)镃MC是親水性的粘結(jié)劑，PTFE是憎水性的粘結(jié)劑，二者聯(lián)用能克服各自的缺點(diǎn)，做到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，但依然存在活性物質(zhì)利用率不高，內(nèi)阻較大的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種鎳氫電池正極及其制備方法。該鎳氫電池正極具有較高的鎳電活性物質(zhì)利用率、放電電位以及良好的使用壽命、在寬溫度范圍內(nèi)的使用性能及大電流放電能力。本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明涉及一種鎳氫電池正極，包括集流體和集流體上填充涂覆的正極材料，所述正極材料包括質(zhì)量百分比含量分別為2 % 5 %的粘結(jié)劑、80 % 90 %的摻雜Mg的β -Ni (OH) 2和8% 15%的鎳粉。優(yōu)選地，所述摻雜Mg的β -Ni (OH)2是通過(guò)均相絡(luò)合共沉淀法制備而得的，具體為將氫氧化鈉加入硫酸鎂和鎳鹽的混合溶液中，反應(yīng)至生成結(jié)晶；固液分離后洗滌，干燥，即得所述Mg的P-Ni(OH)2 ;所述加入的鎳鹽、硫酸鎂和氫氧化鈉的摩爾比為2:0. I O. 3:2 3。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述鎳鹽為硫酸鎳或硝酸鎳。優(yōu)選地，所述粘結(jié)劑為質(zhì)量比為I: I I. 5的HPMC和PTFE。本發(fā)明還涉及一種前述鎳氫電池正極的制備方法，包括如下步驟
a、采用均相絡(luò)合共沉淀法制備摻雜Mg的β -Ni (OH) 2 ；b、將步驟a中制得的摻雜Mg的β-Ni (OH) 2以80% 90%的質(zhì)量百分比與質(zhì)量百分比為8% 15%的鎳粉混合均勻后，加入質(zhì)量百分比為2% 5%的粘結(jié)劑攪拌均勻制成漿狀，刮涂到集流體中；c、85°C IlCTC烘干后,壓制成型。優(yōu)選地，所述步驟a具體為將氫氧化鈉加入硫酸鎂和鎳鹽的混合溶液中，反應(yīng)至生成結(jié)晶；固液分離后洗滌，干燥，即得所述Mg的β -Ni (OH)2 ;所述加入的鎳鹽、硫酸鎂和氫氧化鈉的摩爾比為2:0. I O. 3:2 3。優(yōu)選地，所述步驟b中的粘結(jié)劑為質(zhì)量比為1:1 I. 5的HPMC和PTFE。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果 I、采用摻雜Mg的β -Ni (OH)2作為正極材料，Mg的摻雜不會(huì)改變?chǔ)?-Ni (OH)2的晶型，同時(shí)還提高了鎳電活性物質(zhì)利用率、提高了鎳電極的放電電位和使用壽命，改善鎳電極在寬溫度范圍內(nèi)的使用性能及大電流放電能力。2、采用HPMC和PTFE聯(lián)用作為粘結(jié)劑，在正極表面形成了一層致密的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，抑制了充放電過(guò)程中極板的膨脹，并且可以減少活性物質(zhì)的脫落，提高了鎳電極的循環(huán)壽命。


圖I為循環(huán)壽命比較圖；圖2為XRD分析圖譜。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干調(diào)整和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。對(duì)比例I本對(duì)比例的鎳氫電池正極，包括集流體和集流體上填充涂覆的正極材料,所述正極材料包括質(zhì)量百分比含量分別為2%的粘結(jié)劑、90%的β-Ni (OH)2和8%的鎳粉。具體制備方法如下I)、將P-Ni(OH)2以90%的質(zhì)量百分比與質(zhì)量百分比為8%的鎳粉混合均勻后，加入質(zhì)量百分比為2%的粘結(jié)劑(質(zhì)量比為1:1的HPMC和PTFE)攪拌均勻制成漿狀，刮涂到集流體中；3)、85°C烘干后，壓制成型。對(duì)比例2本對(duì)比例的鎳氫電池正極，包括集流體和集流體上填充涂覆的正極材料，所述正極材料包括質(zhì)量百分比含量分別為2%的粘結(jié)劑、90%的摻雜Mg的β -Ni (OH)2和8%的鎳粉。具體制備方法如下I)、采用均相絡(luò)合共沉淀法制備摻雜Mg的P-Ni(OH)2 :將氫氧化鈉加入硫酸鎂和硫酸鎳的混合溶液中，反應(yīng)至生成結(jié)晶；固液分離后洗滌，干燥，即得所述摻雜Mg的β-Ni (OH)2 ;所述加入的硫酸鎳、硫酸鎂和氫氧化鈉的摩爾比為2:0. 1:2 ；2)、將步驟I)中制得的摻雜Mg的P-Ni(OH)2以90%的質(zhì)量百分比與質(zhì)量百分比為8%的鎳粉混合均勻后，加入質(zhì)量百分比為2%的粘結(jié)劑(質(zhì)量比為1:1的CMC和PTFE)攪拌均勻制成漿狀，刮涂到集流體中；3)、85°C烘干后，壓制成型。實(shí)施例I本實(shí)施例的鎳氫電池正極，包括集流體和集流體上填充涂覆的正極材料,所述正極材料包括質(zhì)量百分比含量分別為2%的粘結(jié)劑、90%的摻雜Mg的β -Ni (OH)2和8%的鎳粉。具體制備方法如下
I)、采用均相絡(luò)合共沉淀法制備摻雜Mg的P-Ni(OH)2 :將氫氧化鈉加入硫酸鎂和硫酸鎳的混合溶液中，反應(yīng)至生成結(jié)晶；固液分離后洗滌，干燥，即得所述摻雜Mg的β -Ni (OH)2 ;所述加入的鎳鹽、硫酸鎂和氫氧化鈉的摩爾比為2:0. 1:2 ;2)、將步驟I)中制得的摻雜Mg的P-Ni(OH)2以90%的質(zhì)量百分比與質(zhì)量百分比為8%的鎳粉混合均勻后，加入質(zhì)量百分比為2%的粘結(jié)劑(質(zhì)量比為I: I的HPMC和PTFE)攪拌均勻制成漿狀，刮涂到集流體中；3)、85°C烘干后，壓制成型。實(shí)施例2本實(shí)施例的鎳氫電池正極，包括集流體和集流體上填充涂覆的正極材料，所述正極材料包括質(zhì)量百分比含量分別為5%的粘結(jié)劑、80%的摻雜Mg的3-附(0!1)2和15%的鎳粉。具體制備方法如下I)、采用均相絡(luò)合共沉淀法制備摻雜Mg的P-Ni(OH)2 :將氫氧化鈉加入硫酸鎂和硝酸鎳的混合溶液中，反應(yīng)至生成結(jié)晶；固液分離后洗滌，干燥，即得所述摻雜Mg的β-Ni (OH)2 ;所述加入的硝酸鎳、硫酸鎂和氫氧化鈉的摩爾比為2:0. 3:3 ；2)、將步驟I)中制得的摻雜Mg的β-Ni (OH)2以80%的質(zhì)量百分比與質(zhì)量百分比為15%的鎳粉混合均勻后，加入質(zhì)量百分比為5%的粘結(jié)劑(質(zhì)量比為1:1. 5的HPMC和PTFE)攪拌均勻制成漿狀，刮涂到集流體中；3)、110°C烘干后，壓制成型。實(shí)施例3本實(shí)施例的鎳氫電池正極，包括集流體和集流體上填充涂覆的正極材料,所述正極材料包括質(zhì)量百分比含量分別為3%的粘結(jié)劑、85%的摻雜Mg的3-附(0!1)2和12%的鎳粉。具體制備方法如下I)、采用均相絡(luò)合共沉淀法制備摻雜Mg的P-Ni(OH)2 :將氫氧化鈉加入硫酸鎂和硫酸鎳的混合溶液中，反應(yīng)至生成結(jié)晶；固液分離后洗滌，干燥，即得所述摻雜Mg的β -Ni (OH)2 ;所述加入的硫酸鎳、硫酸鎂和氫氧化鈉的摩爾比為2:0. 2:2. 5 ;2)、將步驟I)中制得的摻雜Mg的β-Ni (OH)2以85%的質(zhì)量百分比與質(zhì)量百分比為12%的鎳粉混合均勻后，加入質(zhì)量百分比為3%的粘結(jié)劑(質(zhì)量比為1:1. 2的HPMC和PTFE)攪拌均勻制成漿狀，刮涂到集流體中；3)、100°C烘干后，壓制成型。
實(shí)施例4、對(duì)采用不同粘結(jié)劑的鎳電極的性能比較將對(duì)比例2和實(shí)施例I制得的鎳電極極片進(jìn)行掃描電鏡觀察實(shí)施例I的鎳電極極片表面有一層明顯的膜，而活性物質(zhì)在這層膜下面，活性物質(zhì)之間并沒(méi)有膜狀物質(zhì)出現(xiàn)，說(shuō)明HPMC和PTFE只在極片的表面形成致密的膜；對(duì)比例2的鎳電極極片表面沒(méi)有形成一層膜。這可能是因?yàn)閷?duì)比例2中采用的CMC在堿液中不穩(wěn)定，使形成的膜破壞；而相對(duì)于CMC來(lái)說(shuō)，HPMC在堿液中穩(wěn)定，PH值在2 12范圍內(nèi)不受影響，具有良好的成膜性能，薄膜無(wú)色、透明而堅(jiān)韌，并且在特定的溫度下發(fā)生相分離，形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的凝膠，所以它們形成的膜有足夠的強(qiáng)度不至于被堿液破壞。將對(duì)比例2和實(shí)施例I制得的鎳電極分別組裝成電池進(jìn)行循環(huán)壽命測(cè)試，如圖I所示，從圖中可以看出，實(shí)施例I的循環(huán)壽命最好 ，經(jīng)過(guò)300次循環(huán)以后放電效率沒(méi)有明顯下降，保持在92%以上；而對(duì)比例2的循環(huán)壽命最差，300次循環(huán)以后放電效率已經(jīng)下降到70%以下。通過(guò)循環(huán)壽命測(cè)試，進(jìn)一步證明了采用HPMC和PTFE作為粘結(jié)劑，正極表面形成的膜層較好的抑制了活性物質(zhì)的脫落，能夠提高正極的循環(huán)壽命。實(shí)施例5、對(duì)實(shí)施例1、2、3制得的摻雜Mg的β -Ni (OH)2的結(jié)構(gòu)表征對(duì)對(duì)比例I的純?chǔ)?-Ni (OH)2和實(shí)施例1、2、3中制得的摻雜Mg的β -Ni (OH)2進(jìn)行XRD分析，如圖2所示；與對(duì)比例I相比，實(shí)施例1、2、3峰強(qiáng)度有所變化，(101)、(102)、(103)晶面所對(duì)應(yīng)的衍射峰明顯寬化，但是沒(méi)有MgO和Mg(OH)2的衍射峰出現(xiàn)，說(shuō)明Mg2+已進(jìn)入Ni的晶格中；且隨著Mg摻雜量的增加，均無(wú)a-Ni(0H)2的出現(xiàn)，說(shuō)明摻雜Mg不會(huì)引起晶型的變化；這與摻雜Μη、Α1不同，摻雜Μη、Α1到一定含量會(huì)引起晶型由β型轉(zhuǎn)化為α型，從而影響制得的鎳電極的性能。實(shí)施例6、對(duì)采用不同β -Ni (0Η),的鎳電極的電化學(xué)件能比較將對(duì)比例I和實(shí)施例1、2、3制得的鎳電極分別組裝成電池進(jìn)行循環(huán)伏安試驗(yàn)，將循環(huán)伏安中對(duì)應(yīng)的氧化峰電位Va、還原峰電位Vc、氧氣析出峰電位(析氧電位)V0以及相互之間的差值如表I所示表I
權(quán)利要求
1.ー種鎳氫電池正極，包括集流體和集流體上填充涂覆的正極材料，其特征在于，所述正極材料包括質(zhì)量百分比含量為2 0Z0 5%的粘結(jié)劑、80% 90%的摻雜Mg的β -Ni (OH)2和8% 15%的鎳粉。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鎳氫電池正極，其特征在于，所述摻雜Mg的β-Ni(OH)2是通過(guò)均相絡(luò)合共沉淀法制備而得的，具體為將氫氧化鈉加入硫酸鎂和鎳鹽的混合溶液中，反應(yīng)至生成結(jié)晶；固液分離后洗滌，干燥，即得所述摻雜Mg的P-Ni(OH)2;所述加入的鎳鹽、硫酸鎂和氫氧化鈉的摩爾比為2:0. I O. 3:2 3。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鎳氫電池正極，其特征在于，所述鎳鹽為硫酸鎳或硝酸鎳。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鎳氫電池正極，其特征在于，所述粘結(jié)劑為質(zhì)量比為1:1 I.5 的 HPMC 和 PTFE。
5.一種如權(quán)利要求I所述鎳氫電池正極的制備方法，其特征在于，包括如下步驟 a、采用均相絡(luò)合共沉淀法制備摻雜Mg的β-Ni (OH)2 ； b、將步驟a中制得的摻雜Mg的P-Ni(OH)2以80% 90%的質(zhì)量百分比含量與質(zhì)量百分比含量為8% 15%的鎳粉混合均勻后，加入質(zhì)量百分比含量為2% 5%的粘結(jié)劑攪拌均勻制成漿狀，刮涂到集流體中； c、85°C 110°C烘干后，壓制成型。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鎳氫電池正極的制備方法，其特征在于，所述步驟a具體為將氫氧化鈉加入硫酸鎂和鎳鹽的混合溶液中，反應(yīng)至生成結(jié)晶；固液分離后洗滌，干燥，即得所述摻雜Mg的P-Ni(OH)2 ;所述加入的鎳鹽、硫酸鎂和氫氧化鈉的摩爾比為2:0. I O.3:2 3。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鎳氫電池正極的制備方法，其特征在于，所述步驟b中的粘結(jié)劑為質(zhì)量比為I: I I. 5的HPMC和PTFE。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種鎳氫電池正極及其制備方法；該正極包括集流體和集流體上填充涂覆的正極材料，所述正極材料包括質(zhì)量百分比含量為2％～5％的粘結(jié)劑、80％～90％的摻雜Mg的β-Ni(OH)2和8％～15％的鎳粉。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明中Mg的摻雜提高了鎳電活性物質(zhì)利用率、提高了鎳電極的放電電位和使用壽命，改善鎳電極在寬溫度范圍內(nèi)的使用性能及大電流放電能力；進(jìn)一步采用HPMC和PTFE作為粘結(jié)劑，在正極表面形成了一層致密的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，抑制了充放電過(guò)程中極板的膨脹，并且可以減少活性物質(zhì)的脫落，更好地提高了鎳電極的循環(huán)壽命。
文檔編號(hào)H01M4/32GK102683652SQ20121014526
公開(kāi)日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月10日
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