[发明专利]一种在粉末状氢氧化镍电极材料颗粒表面均匀包覆CoOOH的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在用作碱性蓄电池正极活性材料的粉末状氢氧化镍颗粒表面均匀包覆CoOOH的方法，进一步指根据离子交换反应原理在粉末状氢氧化镍颗粒表面形成一层均匀而紧密牢固的CoOOH包覆层的方法。

背景技术

粉末状氢氧化镍材料(氢氧化镍化学式为Ni(OH)₂)是目前商业化的镍基碱性蓄电池中广泛采用的正极活性材料。由于氢氧化镍本身是一种半导体，当其用于高功率应用场合时，特别是用作混合动力电动车上的动力电源时，其导电性较差的特性直接限制着其大电流充放电性能。所以为了提高粉末状氢氧化镍的导电性，通常需要在制备电极时在配料方案中加入起增强电极导电性能作用的辅助材料，如除了常规的加入炭材料以外，更多的是需加入大量的固态金属钴或钴的氧化物。其中，钴及其各种氧化物的作用机理主要是，在碱性条件下，通过溶解、沉积、氧化等复杂的化学过程在粉末状氢氧化镍颗粒的表面形成CoOOH附着层，而CoOOH是一种导电性比氢氧化镍好得多且在形成后能够在电池的充放电过程中保持稳定存在的物质，从而可以在氢氧化镍颗粒表面形成一种导电网络，有效地改善了氢氧化镍颗粒表面的导电性能。此种方法存在的不足是，所形成的CoOOH在电极结构中分布不均，并且与氢氧化镍颗粒的接触也不够好，使CoOOH的作用不能得到很好的发挥。同时也由于这种方法中钴的使用效率低下，为了达到显著的作用，需使用较大量的钴材料，造成钴的浪费。因此，在配料前预先在粉末状氢氧化镍颗粒表面进行钴、钴的氧化物或钴的氢氧化物的包覆是一种解决上述问题的更有效的方法。传统的在氢氧化镍颗粒表面包覆CoOOH的方法是化学镀法和溶液沉积法。但是，通常所使用的化学镀法对条件要求苛刻，并且容易带来污染，而溶液沉积法虽然相对简单些，但是包覆层与产物的结合却不够紧密牢固，导致包覆层容易脱落，并进一步导致材料的电化学循环性能过早衰退。所以发展一种更有效的包覆方法是很有必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种简单、绿色环保、效率高、易于操作的在粉末状氢氧化镍电极材料颗粒表面均匀地包覆CoOOH的方法，采用此方法所得到的材料的比容量、快速充放电能力、循环性能等均可得到明显的提高。

本发明所指的包覆了CoOOH的粉末状氢氧化镍电极材料中，钴的摩尔含量可以在0.1％至10％之间调整，其中，钴是以CoOOH的形式生成于粉末状氢氧化镍颗粒的表面外层。

本发明通过固态粉末状氢氧化镍颗粒表面的镍离子与水溶液相的钴离子之间进行阳离子交换实现在氢氧化镍颗粒表面包覆CoOOH。

本发明所指的包覆CoOOH的粉末状氢氧化镍材料的制备方法包括下述步骤：把粉末状氢氧化镍加入到可溶性钴盐的水溶液当中，在过氧化氢存在的条件下，于40℃-100℃温度下搅拌反应0.5-10小时，过滤分离后于40℃-200℃温度下干燥1小时--48小时，即实现在氢氧化镍颗粒表面包覆CoOOH。

所述的可溶性钴盐是硫酸钴、硝酸钴或氯化钴中的一种，其水溶液的浓度是0.01mol/L--5mol/L。

所述的粉末状氢氧化镍所包含的镍与可溶性钴盐的水溶液中的钴的摩尔比例是1∶0.01至1∶0.5。

所述的过氧化氢水溶液中过氧化氢的浓度是5wt％-30wt％，所用的过氧化氢与钴盐的摩尔比例是1∶1至5∶1。

所述的粉末状氢氧化镍的颗粒直径处于0.1微米至30微米之间。

所述的在粉末状氢氧化镍颗粒表面层包覆CoOOH的方法是利用溶液中的Co³⁺与粉末状氢氧化镍颗粒表层的Ni²⁺之间的离子交换反应而产生的，故所得到的CoOOH包覆层与氢氧化镍颗粒的内部结构结合得紧密而且牢固，不存在新的接触界面，有利于提到材料的导电性与使用寿命。

本发明的粉末状包覆钴的氢氧化镍电极材料的电化学性能测试采用充放电进行测试，工作电极采用粘结式电极，对电极是商业化储氢合金极板，电解液是6mol/L的KOH溶液。

本发明的优点在于采用简单、易行、价廉、环保的方法制备出了包覆层均匀、紧密、包覆层与氢氧化镍颗粒表面结合牢固的粉末状包覆钴的氢氧化镍电极材料。此种制备方法适合于大规模操作。电化学测试结果表明，这种包覆钴的氢氧化镍电极材料的充放电可逆性好、循环性能佳，且导电性比普通的粉末状氢氧化镍活性材料有显著提高。当把粉末状包覆钴的氢氧化镍材料用于碱性蓄电池的镍电极时，镍电极的比容量和大电流充放电能力都得到了显著提高。

附图说明