CN108155382A - 一种镍氢电池的正极材料 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种镍氢电池的正极材料，包括正极材料，所述正极材料包括活性物质、导电剂、粘合剂、添加剂，所述导电剂为钴粉、氧化钴、氧化亚钴中的一种，所述添加剂为氧化钛、氟化钙、镨钕氧化物的组合物。本发明目的在于往Ni(OH)2电极中添加钴，在活化阶段充电过程中，被氧化成高导电性的CoOOH，能增加其电子导电性和电容量；添加剂为氧化钛、氟化钙、镨钕氧化物的组合物，保证了电池的电位稳定性。

Description

一种镍氢电池的正极材料
技术领域
本发明涉及镍氢电池领域，具体涉及一种镍氢电池的正极材料。
背景技术
镍氢电池是由氢离子和金属镍合成，电量储备比镍铬电池更高，重量比镍铬电池轻，使用寿命长，而且无记忆效应，由于镍氢电池不含镉元素，对环境无污染。因此，镍氢电池在当今社会中被作为一种绿色环保的可充电电池而广泛使用。镍氢电池的缺点是价格比镍镉电池要贵，性能比锂电池要差，镍氢电池无记忆效应。镍氢电池正极活性物质为氢氧化镍，负极活性物质为金属氧化物，也称贮氢合金，电解液为氢氧化钾。充电时，负极析出氢气，贮存在容器中，正极由氢氧化亚镍变成氢氧化镍(NiOOH)和H2O；放电时氢气在负极上被消耗掉，正极由氢氧化镍变成氢氧化亚镍。
在Ni(OH)2电极中添加钴，在活化阶段充电过程中，被氧化成高导电性的CoOOH，能增加其电子导电性和电容量，提高了正极活性物质的利用率，从而提高极片的导电性，改善充放电性能和增大析氧过电位。但是，钴化合物能提高正负极的电位差同时也降低了正负极反应的稳定性，因此，需要增加一种添加剂，使Ni(OH)2电极在增加导电性的时候能保证电极的稳定性。
公开号为CN104157865A的中国发明专利《一种镍氢电池正极材料》公开了一种镍氢电池的正极材料，在添加剂中加入三氧化钼、氧化亚钴等组合物，从而提高镍电活性物质利用率、提高镍电极的放电电位和使用寿命.但是，该发明中的添加剂含量为0.1-1wt％，而粘合剂的含量却高达6-10％，使得电池放电效果没有得到显著提高，而粘合剂的比例太高，影响了正负极的放电性能。
另一方面，由于正极中钴化合物溶解在浓碱中形成钴络合物，它迁移到隔膜后，将隔膜分子氧化，本身被还原成钴并沉积在隔膜上，同时钴络合物还透过隔膜到达负极片，当负极充电时还原成钴并沉积下来。沉积在隔膜上的钴积累到一定数量后就可以透过隔膜形成很细的“钴桥”，发生电子导电，最初造成微短路，以后发展成完全短路，从而使电池失效，沉积在负极上的钴即使未生成“钴桥”，也可能由于负极表面呈尖端长大的钴在充放电时发生尖端放电而导致微短路。因此，为了避免这种微短路的发生，需要在正极材料中添加一些物质，使钴化合物在充放电过程中分散性良好而不富集在隔膜上。
发明内容
针对以上问题，本发明提供一种镍氢电池的正极材料，导电剂为钴粉、氧化钴、氧化亚钴中的一种，在Ni(OH)2电极中添加钴，在活化阶段充电过程中，被氧化成高导电性的CoOOH，能增加其电子导电性和电容量；添加剂为氧化钛、氟化钙、镨钕氧化物的组合物，保证了电池的电位稳定性。
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案来解决：
一种镍氢电池的正极材料，包括正极材料，所述正极材料包括活性物质、导电剂、粘合剂、添加剂，所述导电剂为钴粉、氧化钴、氧化亚钴中的一种，所述添加剂为氧化钛、氟化钙、镨钕氧化物的组合物。
具体的，所述导电剂的含量为正极材料总量的2～10wt％。
具体的，所述导电剂粉末的平均粒径为0.5～15μm。
具体的，所述添加剂的含量为正极材料总量的1～3wt％。
具体的，所述添加剂的各组分比例为：氧化钛：氟化钙：镨钕氧化物＝20～25:45～60:15～20。
具体的，所述活性物质为氢氧化亚镍。
具体的，所述粘合剂为聚四氟乙烯与丁苯橡胶组成的混合物。
本发明的有益效果是：
第一，导电剂为钴粉、氧化钴、氧化亚钴中的一种，充电过程中，被氧化成高导电性的 CoOOH，能增加其电子导电性和电容量，提高了正极活性物质的利用率，从而提高极片的导电性，改善充放电性能和增大析氧过电位，从而降低充电电压、提高充电效率。
第二，导电剂的含量为正极材料总量的2～10wt％，该含量范围钴的化合物表现出最好的导电活性，电子导电性最佳。
第三，添加剂中加入氧化钛，氧化钛使导电剂的分散性更好。
第四，添加剂中加入氟化钙，氟化钙的流动性好，便于金属的凝聚和分离，从而使电极反应进程的平稳。
第五，添加剂中加入镨钕氧化物，镨钕氧化物能在电池反应过程中与粘合剂中的聚四氟乙烯结合，明显增强正极材料的耐磨性。
附图说明
图1为本发明的实施例一和对比例二的放电曲线图。
具体实施方式
为了能进一步了解本发明的特征、技术手段以及所达到的具体目的、功能，下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。
实施例一：
如图1所示。
一种镍氢电池的正极材料，包括正极材料，正极材料包括活性物质、导电剂、粘合剂、添加剂。
优选的，活性物质为氢氧化亚镍。
优选的，粘合剂为聚四氟乙烯与丁苯橡胶组成的混合物。
优选的，导电剂为平均粒径为0.5～15μm的钴粉。
优选的，钴粉的含量为正极材料总量的2wt％。
优选的，添加剂的含量为正极材料总量的1～3wt％。
优选的，添加剂为各组分比例为：氧化钛：氟化钙：镨钕氧化物＝20～25:45～60:15～20。
实施例二：
一种镍氢电池的正极材料，包括正极材料，正极材料包括活性物质、导电剂、粘合剂、添加剂。
优选的，活性物质为氢氧化亚镍。
优选的，粘合剂为聚四氟乙烯与丁苯橡胶组成的混合物。
优选的，导电剂为平均粒径为0.5～15μm的钴粉。
优选的，钴粉的含量为正极材料总量的4wt％。
优选的，添加剂的含量为正极材料总量的1～3wt％。
优选的，添加剂为各组分比例为：氧化钛：氟化钙：镨钕氧化物＝20～25:45～60:15～20。
实施例三：
一种镍氢电池的正极材料，包括正极材料，正极材料包括活性物质、导电剂、粘合剂、添加剂。
优选的，活性物质为氢氧化亚镍。
优选的，粘合剂为聚四氟乙烯与丁苯橡胶组成的混合物。
优选的，导电剂为平均粒径为0.5～15μm的钴粉。
优选的，钴粉的含量为正极材料总量的6wt％。
优选的，添加剂的含量为正极材料总量的1～3wt％。
优选的，添加剂为各组分比例为：氧化钛：氟化钙：镨钕氧化物＝20～25:45～60:15～20。
实施例四：
一种镍氢电池的正极材料，包括正极材料，正极材料包括活性物质、导电剂、粘合剂、添加剂。
优选的，活性物质为氢氧化亚镍。
优选的，粘合剂为聚四氟乙烯与丁苯橡胶组成的混合物。
优选的，导电剂为平均粒径为0.5～15μm的钴粉。
优选的，钴粉的含量为正极材料总量的8wt％。
优选的，添加剂的含量为正极材料总量的1～3wt％。
优选的，添加剂为各组分比例为：氧化钛：氟化钙：镨钕氧化物＝20～25:45～60:15～20。
实施例五：
一种镍氢电池的正极材料，包括正极材料，正极材料包括活性物质、导电剂、粘合剂、添加剂。
优选的，活性物质为氢氧化亚镍。
优选的，粘合剂为聚四氟乙烯与丁苯橡胶组成的混合物。
优选的，导电剂为平均粒径为0.5～15μm的钴粉。
优选的，钴粉的含量为正极材料总量的10wt％。
优选的，添加剂的含量为正极材料总量的1～3wt％。
优选的，添加剂为各组分比例为：氧化钛：氟化钙：镨钕氧化物＝20～25:45～60:15～20。将上述五个实施例所制得的正极材料进行电容量和放电电压稳定性测试，得到的放电电压图如图1所示，电容量参数如下表一所示，
表一、钴粉含量与正极材料电容量的关系
钴粉含量/(wt％) 质量比容量/(mAh·g-1)
实施例一 2 303
实施例二 4 311
实施例三 6 315
实施例四 8 322
实施例五 10 330
对比例一 0 281
其中，对比例一中的导电剂为乙炔黑，其他物质和比例均与实施例一相同；对比例二中的添加剂为氧化锌，其他物质和比例均与实施例一相同。
观察表一，五个实施例得到的正极材料的质量比容量相对对比例一均有显著的提高，随着钴粉含量的提高，质量比容量逐渐提高。
观察图1，可以发现，实施例的放电电压相对对比例二更加稳定，在电容量大于10％时，始终保持电压大于1.2V。
以上所述实施例仅表达了本发明的五种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种镍氢电池的正极材料，包括正极材料，所述正极材料包括活性物质、导电剂、粘合剂、添加剂，其特征在于，所述导电剂为钴粉、氧化钴、氧化亚钴中的一种，所述添加剂为氧化钛、氟化钙、镨钕氧化物的组合物。
2.根据权利要求1所述的一种镍氢电池的正极材料，其特征在于，所述导电剂的含量为正极材料总量的2～10wt％。
3.根据权利要求1或2所述的一种镍氢电池的正极材料，其特征在于，所述导电剂粉末的平均粒径为0.5～15μm。
4.根据权利要求1所述的一种镍氢电池的正极材料，其特征在于，所述添加剂的含量为正极材料总量的1～3wt％。
5.根据权利要求1或4所述的一种镍氢电池的正极材料，其特征在于，所述添加剂的各组分比例为：氧化钛：氟化钙：镨钕氧化物＝20～25:45～60:15～20。
6.根据权利要求1所述的一种镍氢电池的正极材料，其特征在于，所述活性物质为氢氧化亚镍。
7.根据权利要求1所述的一种镍氢电池的正极材料，其特征在于，所述粘合剂为聚四氟乙烯与丁苯橡胶组成的混合物。
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