[发明专利]一种铁酸铋/氢氧化镍二次碱性电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铁酸铋(BiFeO₃)/氢氧化镍二次碱性电池及其制备方法，属于电化学储能技术领域。

背景技术

近年来，由于汽车尾气排放对城市造成的严重空气污染，已受到社会各界的高度重视，混合动力汽车和纯电动汽车的推广和普及被认为是解决这一问题的最佳方案。镍电池是指以氢氧化镍为正极材料的一类化学电源。但是，目前镍电池的各种负极材料还存在这样或那样的问题，如镍/氢电池负极采用稀土储氢合金，导致电池成本较高、电池的装配工艺具有较高要求；镍/镉电池的镉负极对环境的污染极大，同时其存在非常明显的记忆效应；镍/锌电池在充放电循环过程中，随着离子交换的进行而引起的渗透梯度、电流密度分布不均匀会造成锌负极的形变、钝化和腐烛。因此，寻找新型的镍电池负极材料成为镍电池发展的关键。

铁酸铋材料在数据存储、自旋电子学、微电子学和可见光催化等领域有广阔的应用前景，受到人们广泛的关注。

孙恺等以硝酸铁和硝酸铋为原料、氢氧化钠为矿化剂，采用水热法成功制备了铁酸铋粉体，研究了铁酸铋粉体在不同反应条件下的相结构与微观形貌的演变[稀有金属材料与工程44(2015)1999-2002.]。刘进荣等采用溶胶-凝胶法通过改变原料中铋/铁配比合成了以铁酸铋为主相的催化剂粉体，研究了光催化降解甲基橙的性能[固废处理与处置18(2014)82-85.]。Liu以氧化铋和三氧化二铁为原料，采用KCl-KBr熔盐法成功合成了单晶铁酸铋粉体，研究了产品物相、微观结构与制备条件的关系，并探讨了KCl-KBr熔盐法合成铁酸铋的机理[Journal of The Chinese Ceramic Society 42(2014)471-475.]。Cai等以氧化铋和三氧化二铁为原料，采用微波烧结法制备出铁酸铋，研究了微波烧结时间对其显微结构、介电性和铁电性的影响[Journal of Synthetic Crystals 55(2012)2438-2444.]。

发明专利[申请公开号CN101734724A]公开了“一种铁磁性铁酸铋及其合成方法”，该发明将三氧化二铁、氧化铋、酒石酸或其他碳水化合物混合研磨，将混合物加热至体系开始燃烧，对燃烧所得物进行洗涤、过滤、干燥得产物铁磁性铁酸铋。发明专利[申请公开号CN102583566A]公开了“铁酸铋纳米纤维的制备方法”，该发明将硝酸铁、硝酸铋与柠檬酸溶液混合搅拌至澄清透明，再向溶液中添加聚乙烯吡咯烷酮继续搅拌至完全溶解，再将混合溶液进行静电纺丝，将收集到的纤维丝进行热处理，制备出铁酸铋纳米纤维。发明专利[申请公开号CN105772003A]公开了“一种单相铁酸铋可见光催化剂的快速合成方法”，该发明将等摩尔量的硝酸铁和硝酸铋溶解于去离子水中形成均匀溶液，然后滴加7mol/L的氢氧化钾溶液使铁离子和铋离子完全沉淀得到混合物，再将混合物置于反应釜中，进行微波水热反应，最终制得单一分散的铁酸铋粉体。发明专利[申请公开号CN105668642A]公开了“一种铁酸铋单晶纳米片的制备方法”，该发明将硝酸铁和柠檬酸铋溶于去离子水中，并加入适宜量的氢氧化钾或氢氧化钠促进晶化，于160～240℃下水热反应制得铁酸铋单晶纳米片。

目前为止，人们对于铁酸铋材料的磁性、光催化性能的研究取得了一定的成就，但是对于其电化学性能的研究比较少。因此，将铁酸铋与氢氧化镍组合构造成新型的铁酸铋/氢氧化镍二次碱性电池将进一步拓展铁酸铋材料的应用领域，同时也是对镍电池技术的一种发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铁酸铋/氢氧化镍二次碱性电池及其制备方法。

本发明的技术方案为：

一种铁酸铋/氢氧化镍二次碱性电池，以铁酸铋材料为电池的负极活性材料，以氢氧化镍材料为电池的正极活性材料，以碱溶液为电解质溶液，电池的电压窗口为0.2～1.5V。

所述的氢氧化镍材料中所含元素的质量百分比为镍48～63％、钴0.5～12％、锌0.5～6.5％、铈0～8.5％、其余为氢、氧非金素元素；材料的松装密度为1.58～1.75g/cm³、材料的振实密度为2.0～2.5g/cm³；材料的比表面积为5～100m²/g；材料的粒径为1～15μm。

所述的铁酸铋材料，其制备方法包括以下步骤：