[发明专利]低自放电铁电极材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种铁电极材料，特别是涉及一种低自放电铁电极材料，该电极材 料用于制造环保型铁镍电池。

背景技术

铁镍电池是爱迪生在1900年发明的。在1910至1960年之间，铁镍电池广泛用 于牵引机车作为动力电源。但1960年以后，人们对铁镍电池的研究有所减少，主要原因是镉 镍电池具有比铁镍更好的性能。随着社会的不断进步，人们对环境保护的要求也越来越高， 原来采用的有重金属污染的镉镍电池及铅酸电池将被环保型的电池取代，铁镍电池正好满足 了这一要求。

铁镍电池属于绿色环保二次电池，该电池是以铁或铁的化合物作为负极活性物质，氢氧 化亚镍为正极活性物质，氢氧化钠(钾)水溶液为电解质。按照电极的制备工艺不同，铁镍 电池分为袋式电池和板式电池两种类型。袋式电池的特点是寿命很长，但比能量较低，而板 式电池正好相反，寿命相对袋式来说要低一些，但比能量较高。与传统的铅酸电池和镉镍电 池相比，铁镍电池具有明显的优点：(1)对环境没有污染。铁镍电池所用的材料均不含汞、 铅和镉等有毒的重金属元素，生产过程中也无有毒的气体和水产生。(2)寿命很长。镉镍电 池的寿命为大于500次，铅酸电池的寿命为大于250次，袋式铁镍电池的寿命可达到2000-4000 次，使用时间可达10-25年。(3)理论比能量高。铁镍电池的正极与镉镍电池和氢镍电池的 正极相同，但铁电极的理论容量高达1280mAh/g，是镉电极理论容量的2.67倍，是氢电极理 论容量的3.56倍。(4)价格适中。在所有的电极材料中，铁的价格是最便宜的。与氢镍电池 和锂离子电池相比，铁镍电池还具有价格很低的特点。与铅酸电池相比，铁镍电池的价格虽 然稍高，但其超长的寿命完全可以弥补高出的这部分价格。但铁镍电池也还存在一些问题， 包括：(1)电池的自放电大，在20℃条件下28天后电极的自放电率大约为50％(2)大电流 放电和低温放电性能较差。(3)电池的充电效率较低。(4)铁电极的活性物质利用率低。一 般只有10-20％。这就极大地限制了铁镍电池比能量的提高。这些问题都是由于铁电极引起的。

发明内容

本发明目的在于解决铁电极自放电大的问题，提供一种低自放电的铁电极材料， 充电态铁电极在在20℃下搁置28天后，电极的自放电率低于20％，且具有成本很低和没有 重金属的污染的优点。

本发明低自放电铁电极材料由活性物质及和添加剂组成。活性物质的成分是铁或铁的化 合物，包括Fe₃O₄，Fe(OH)₂，Fe(OH)₃，Fe₂O₃，还原铁粉，羰基铁粉中的一种或几种；添加剂包括： 1)含量为0.02-0.15％的铟或铟的化合物，包括In、In₂O₃、In₂(SO₄)₃、In(OH)₃、InCl₃等中的 一种或几种，2)含量为2-8％的锡或锡的化合物，包括Sn、SnO、SnO₂、SnCl₂、SnCl₄及锡 酸盐中的一种或几种，3)含量为1-7％的铋或铋的化合物，包括Bi、Bi₂O₃、Bi(NO₃)₃等中的 一种或几种，4)含量为5-10％的石墨粉。由于直接购买的铁化合物杂质含量较高，活性很差， 因此一般需要自行制备。举例说明活性物质Fe₃O₄的制备方法：(1)用净化水和工业级硫酸 亚铁配制密度为1.24-1.26g/cm³的硫酸亚铁溶液。(2)用净化水和工业级氢氧化钠配制密度为 1.13-1.15g/cm³的氢氧化钠溶液。(3)将硫酸亚铁溶液加热至90-98℃，将氢氧化钠以喷淋的 方式加入到硫酸亚铁溶液中，同时在溶液中鼓入空气。(4)待氢氧化钠加完后，加入硫酸亚 铁含量1-5％的乙炔黑，再鼓入空气半小时。(5)用化纤帆布过滤所得的浆料，并用净化水洗 涤沉淀至不含硫酸根。(6)将沉淀烘干后，放到780-880℃的条件下还原。(7)将还原后的物 质粉碎至过20目筛，得到所需要的铁电极活性物质。