一種堿性電池用復合正極材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種堿性電池用復合正極材料的制備方法，包括如下步驟：（1）制備鈦、鋅、鈮摻雜氫氧化鎳活性物質，（2）制備復合正極材料。本發(fā)明制備的堿性電池用復合正極材料，以球形氫氧化鎳為主料，以保持材料的高能量密度，采用了鈦、鋅和鈮對活性物質氫氧化鎳進行摻雜改性的提高其循環(huán)穩(wěn)定性，尤其是鈮的添加，改善了材料的高溫穩(wěn)定性，此外還添加了多壁碳納米管和鋁粉以改善導電性，從而進一步提高其循環(huán)穩(wěn)定性，因此該材料在用于堿性二次電池時，使得電池具有高的比容量以及較長的使用壽命。
【專利說明】一種堿性電池用復合正極材料的制備方法

【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種堿性電池用復合正極材料的制備方法。

【背景技術】
[0002]隨著電子信息產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，電子產(chǎn)品趨于功能復雜化、尺寸小型化、重量輕型化，這對提供電力的電池提出了更高的要求，電池需具有良好的高倍率充放電性能、循環(huán)性能，同時還應具有成本低、穩(wěn)定性好的特點。同時隨著混合電動汽車、電動車需求日益增多，對動力電池的需求也越來越多。MH/Ni電池是一種以氫氧化鎳材料為正極、金屬氫化物為負極、堿性水溶液為電解液的堿性蓄電池。它具有質量比容量高、可快速充電、無記憶效應、低污染、壽命長等顯著的優(yōu)點，在電池行業(yè)被譽為“綠色電池”。與其他系列電池相比，MH/Ni電池具有更寬的應用領域，它不僅可以作為混合電動汽車、電動車的動力電源，還可以為各種電子產(chǎn)品提供動力。
[0003]球形氫氧化鎳是各種堿性二次電池(如Ni/Cd，Ni/MH, Ni/H2等)的正極活性材料，對電池的容量和壽命起到至關重要的作用。尤其是作為電動車動力蓄電池，鎳電極的比容量和循環(huán)穩(wěn)定性還需進一步提高。


【發(fā)明內容】

[0004]為克服上述不足，本發(fā)明提供一種堿性電池用復合正極材料的制備方法，使用該方法制備的球形氫氧化鎳材料，具有較高的比容量和循環(huán)穩(wěn)定性。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的一種堿性電池用復合正極材料的制備方法，包括如下步驟:
(I)制備鈦、鋅、鈮摻雜氫氧化鎳活性物質
按正戊醇與表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨的質量比為1: 2-3的比例，將二者混合得表面活性劑溶液，然后向表面活性劑溶液中加入庚烷，攪拌均勻得混合液一，其中庚烷體積與表面活性劑溶液的體積的比例為3-4: I ；
配制含有硝酸鈦、硝酸鋅和硝酸鈮的混合鹽溶液，其中鈦、鋅和鈮的摩爾濃度分別控制為0.5-lmol/L、0.3-0.6mol/L和0.1-0.2mol/L，將上述混合鹽溶液加入到上述混合液一中得到混合液二，其中混合鹽溶液和混合液一的體積比為1:3-5 ；
配制濃度為l_2mol/L的氫氧化鈉水溶液；
將球形氫氧化鎳粉與去離子水的重量比1:10-15的比例稱取球形氫氧化鎳粉并置入對應量的去離子水中，加熱并攪拌，制成氫氧化鎳的懸濁液；
將配好的氫氧化鈉水溶液和混合液二分別連續(xù)滴入到氫氧化鎳的懸濁液的反應釜中并攪拌，氫氧化鈉水溶液和混合液二的流速比控制為(20-30): 100，控制Ni元素與鈦、鋅、鈮三種元素總量的摩爾比為100: (5-10)，控制反應釜中的pH值為11-12，反應溫度控制為65-75°C，反應時間為5-7h，將所得的產(chǎn)物轉入固液分離器中進行分離，所得固體物質用去離子水清洗至pH小于8，烘干，得到鈦、鋅、鈮摻雜氫氧化鎳活性物質； (2)制備復合正極材料按如下重量份配料:
管徑為20-30nm的多壁碳納米管2_4
氫氧化鈷5-8
納米鋁粉1-1.5
聚四氟乙烯1-2.5
植腐素1.2-1.5
鈦、鋅、鈮摻雜氫氧化鎳活性物質 100 ；
將上述配料與適量水攪拌均勻即得本發(fā)明的氫氧化鎳復合正極材料。
[0006]本發(fā)明制備的堿性電池用復合正極材料，以球形氫氧化鎳為主料，以保持材料的高能量密度，采用了鈦、鋅和鈮對活性物質氫氧化鎳進行摻雜改性的提高其循環(huán)穩(wěn)定性，尤其是鈮的添加，改善了材料的高溫穩(wěn)定性，此外還添加了多壁碳納米管和鋁粉以改善導電性，從而進一步提高其循環(huán)穩(wěn)定性，因此該材料在用于堿性二次電池時，使得電池具有高的比容量以及較長的使用壽命。

【具體實施方式】
[0007]實施例一
按正戊醇與表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨的質量比為1: 2的比例，將二者混合得表面活性劑溶液，然后向表面活性劑溶液中加入庚烷，攪拌均勻得混合液一，其中庚烷體積與表面活性劑溶液的體積的比例為3: I。
[0008]配制含有硝酸鈦、硝酸鋅和硝酸鈮的混合鹽溶液，其中鈦、鋅和鈮的摩爾濃度分別控制為0.5mol/L、0.3mol/L和0.lmol/L，將上述混合鹽溶液加入到上述混合液一中得到混合液二，其中混合鹽溶液和混合液一的體積比為1:3。
[0009]配制濃度為lmol/L的氫氧化鈉水溶液；將球形氫氧化鎳粉與去離子水的重量比1:10的比例稱取球形氫氧化鎳粉并置入對應量的去離子水中，加熱并攪拌，制成氫氧化鎳的懸濁液。
[0010]將配好的氫氧化鈉水溶液和混合液二分別連續(xù)滴入到氫氧化鎳的懸濁液的反應爸中并攪拌，氫氧化鈉水溶液和混合液二的流速比控制為20: 100,控制Ni元素與鈦、鋅、鈮三種元素總量的摩爾比為100: 5，控制反應釜中的pH值為11，反應溫度控制為65°C，反應時間為7h，將所得的產(chǎn)物轉入固液分離器中進行分離，所得固體物質用去離子水清洗至PH小于8，烘干，得到鈦、鋅、鈮摻雜氫氧化鎳活性物質。
[0011]按如下重量份配料:
管徑為20-30nm的多壁碳納米管2
氫氧化鈷5
納米招粉I
聚四氟乙烯I
植腐素1.2
鈦、鋅、鈮摻雜氫氧化鎳活性物質 100 ；
將上述配料與適量水攪拌均勻即得本發(fā)明的氫氧化鎳復合正極材料。
[0012]實施例二
按正戊醇與表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨的質量比為1: 3的比例，將二者混合得表面活性劑溶液，然后向表面活性劑溶液中加入庚烷，攪拌均勻得混合液一，其中庚烷體積與表面活性劑溶液的體積的比例為4: I。
[0013]配制含有硝酸鈦、硝酸鋅和硝酸鈮的混合鹽溶液，其中鈦、鋅和鈮的摩爾濃度分別控制為lmol/L、0.6mol/L和0.2mol/L,將上述混合鹽溶液加入到上述混合液一中得到混合液二，其中混合鹽溶液和混合液一的體積比為1:5。
[0014]配制濃度為2mol/L的氫氧化鈉水溶液；將球形氫氧化鎳粉與去離子水的重量比I: 15的比例稱取球形氫氧化鎳粉并置入對應量的去離子水中，加熱并攪拌，制成氫氧化鎳的懸濁液。
[0015]將配好的氫氧化鈉水溶液和混合液二分別連續(xù)滴入到氫氧化鎳的懸濁液的反應爸中并攪拌，氫氧化鈉水溶液和混合液二的流速比控制為30: 100,控制Ni元素與鈦、鋅、鈮三種元素總量的摩爾比為100: 10，控制反應釜中的pH值為12，反應溫度控制為75°C，反應時間為5h，將所得的產(chǎn)物轉入固液分離器中進行分離，所得固體物質用去離子水清洗至pH小于8，烘干，得到鈦、鋅、鈮摻雜氫氧化鎳活性物質。
[0016]按如下重量份配料:
管徑為20-30nm的多壁碳納米管4
氫氧化鈷8
納米鋁粉1.5
聚四氟乙烯 2.5 植腐素1.5
鈦、鋅、鈮摻雜氫氧化鎳活性物質 100 ；
將上述配料與適量水攪拌均勻即得本發(fā)明的氫氧化鎳復合正極材料。
[0017]比較例
將濃度為1.07mol/L硫酸鎳、0.15mol/L硫酸鋅、0.10mol/L硫酸錳以及0.25mol/L硫酸鋁混合水溶液，濃度為8.6mol/L氨水，濃度為4.55mol/L氫氧化鈉水溶液經(jīng)精密流量控制系統(tǒng)連續(xù)注入到反應爸中。反應過程中硫酸鹽混合水溶液的加入量為3.0OL/min,氨水和硫酸鎳的進料摩爾比為HiNH3.Η20: HiNi2+ = 0.9: I?？刂品磻w系的溫度為60± I°C，反應液pH值為13.5±0.2，反應中攪拌轉速為120±5r/min，連續(xù)反應后，再經(jīng)陳化、洗滌、干燥得到球形氫氧化鎳產(chǎn)品。將制得的球形氫氧化鎳以90%的質量百分比與質量百分比為8%的鎳粉混合均勻后，加入質量百分比為2%的粘結劑(質量比為1:1的HPMC和PTFE)攪拌均勻制成漿狀。
[0018]將上述實施例一、二以及比較例所得產(chǎn)物填涂在IcmX Icm的泡沫鎳基體上，并在60°C下真空干燥3小時。干燥后的極片在5MPa下壓制成片，制得電池正極。將制得的正極與過量的Cd電極組裝成鎘鎳模擬電池，電解液為7mol/L K0H+15g/L L1H溶液。在測試溫度為45°C下進行電性能測試，經(jīng)測試該實施例一和二的的材料與比較例的產(chǎn)物相比，比容量提高了 15-19%，使用壽命提高I倍以上。
【權利要求】
1.一種堿性電池用復合正極材料的制備方法，包括如下步驟: (1)制備鈦、鋅、鈮摻雜氫氧化鎳活性物質 按正戊醇與表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨的質量比為1: 2-3的比例，將二者混合得表面活性劑溶液，然后向表面活性劑溶液中加入庚烷，攪拌均勻得混合液一，其中庚烷體積與表面活性劑溶液的體積的比例為3-4: I ； 配制含有硝酸鈦、硝酸鋅和硝酸鈮的混合鹽溶液，其中鈦、鋅和鈮的摩爾濃度分別控制為0.5-lmol/L、0.3-0.6mol/L和0.1-0.2mol/L，將上述混合鹽溶液加入到上述混合液一中得到混合液二，其中混合鹽溶液和混合液一的體積比為1:3-5 ； 配制濃度為l_2mol/L的氫氧化鈉水溶液； 將球形氫氧化鎳粉與去離子水的重量比1:10-15的比例稱取球形氫氧化鎳粉并置入對應量的去離子水中，加熱并攪拌，制成氫氧化鎳的懸濁液； 將配好的氫氧化鈉水溶液和混合液二分別連續(xù)滴入到氫氧化鎳的懸濁液的反應釜中并攪拌，氫氧化鈉水溶液和混合液二的流速比控制為(20-30): 100，控制Ni元素與鈦、鋅、鈮三種元素總量的摩爾比為100: (5-10)，控制反應釜中的pH值為11-12，反應溫度控制為65-75°C，反應時間為5-7h，將所得的產(chǎn)物轉入固液分離器中進行分離，所得固體物質用去離子水清洗至pH小于8，烘干，得到鈦、鋅、鈮摻雜氫氧化鎳活性物質； (2)制備復合正極材料 按如下重量份配料: 管徑為20-30nm的多壁碳納米管2_4 氫氧化鈷5-8 納米鋁粉1-1.5 聚四氟乙烯1-2.5 植腐素1.2-1.5 鈦、鋅、鈮摻雜氫氧化鎳活性物質 100 ； 將上述配料與適量水攪拌均勻即得本發(fā)明的氫氧化鎳復合正極材料。
【文檔編號】H01M4/525GK104319381SQ201410673615
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年11月23日 優(yōu)先權日:2014年11月23日
【發(fā)明者】不公告發(fā)明人 申請人:王帥