[发明专利]碱性蓄电池用正极材料球形氢氧化亚镍结构形成的控制方法

说明书

【技术领域】

本发明属于功能材料领域，是一种用于碱性蓄电池用正极材料球形氢氧化亚镍制造过程中形成指定晶型结构的生产制造控制方法，实现对材料不同电化学特性要求的需要。

【背景技术】

球形氢氧化亚镍通常是一种苹果绿色粉末物质，是β晶型，属于六方晶系具有层状结构。β-Ni(OH)₂是一种比α相更为有序的晶体，它的结构与天然Mg(OH)₂的结构是同晶型的，其结构可描述为呈六方紧密堆积的OH^-层，沿c轴方向堆积，层面为Ni原子和具有八面体间隙氧原子组成的六方排列。主要用于碱性蓄电池的镍电极中作为活性材料，其晶型结构的不同，对电池的电化学容量、大电流充放电性能、自放电性能、循环寿命等电化学性能产生直接的影响。电池用球型氢氧化亚镍产品主要质量指标是：Ni、Co、Zn含量及Fe、Ca、Mg、Mn、Pb、Cu、Cd、SO₄^2-、NO₃^-等杂质含量和松装密度、振实密度、比表面积、平均粒径、比容量等。

通常人们在电池制备时采用不同性能的材料使电池的相关性能指标有所不同，从而能满足电池在不同用途时对性能指标的不同要求。为了能达到预定的电化学性能指标，在对主体活性物质——球形氢氧化亚镍的制备时，通过在制备球形氢氧化亚镍时控制PH值、反应浓度、加料速度、NH₃浓度等不同的工艺指标，使产品满足电池对材料性能的不同要求。在不同的工艺条件下生成的产品，其产品的主体含量、杂质含量及比容量等质量指标基本相同，只有松装密度、振实密度、比表面积、平均粒径等质量指标稍微不同。显然，仅用常规的质量指标来指导和控制球形氢氧化亚镍的生产还不能够完全满足电池生产对球形氢氧化亚镍的电化学性能的要求。

【发明内容】

本发明是通过采用测试结构特征，了解球形氢氧化亚镍的结构在不同制备条件下的变化规律及与电化学性能的关系，从而能有效地控制球形氢氧化亚镍晶体结构的生成，制成具有预定电化学特性的碱性蓄电池用球形氢氧化亚镍，满足不同电池性能对球形氢氧化亚镍晶体结构的不同要求。结构特征测试可以采用X射线衍射(XRD)测定方法，测试球形氢氧化亚镍的结构特征可用XRD测试结果中的101峰半峰宽和001峰D值来表示。

为实现上述目的，可以通过以下技术方案来实现：

球形氢氧化亚镍采用掺杂硫酸镍溶液和氢氧化钠溶液化学共沉淀法来制造，工艺流程属于连续化的生产工艺，符合晶体成核与长大规律，但随着晶体生长的工艺条件(PH值控制、NH₃含量控制、温度控制、平均停留时间及Ni、Co、Zn的比例)的不同，引起球形氢氧化亚镍晶体生长结构在一个范围内变化，变化表现为其XRD测试结果中的101峰半峰宽和001峰D值的变化。

其变化规律如下：

1.保证其他工艺参数不变，反应液的PH值控制在10.0-13.5，PH值与XRD测试图谱的101峰半峰宽从0.195-1.605呈一定正比线性关系，与001峰D值在一定范围内呈线性关系。

2.保证其他工艺参数不变，反应液的NH₃含量控制在0.2-0.6mol/L，NH₃含量与XRD测试图谱的101峰半峰宽从1.425-0.628呈一定反比线性关系，与001峰D值在一定范围内呈线性关系。

3.保证其他工艺参数不变，反应液的温度控制在30-70℃，温度与XRD测试图谱的101峰半峰宽和001峰D值在一定范围内呈线性关系。

4.保证其他工艺参数不变，反应的平均停留时间控制在10-50h，时间与XRD测试图谱的101峰半峰宽和001峰D呈一定线性关系。

5.保证其他工艺参数不变，硫酸镍溶液掺杂元素Ni、Co、Zn的比例为50-58∶0.5-4.5∶1.0-6.5(质量比)，与XRD测试图谱的101峰半峰宽和001峰D值在一定范围内呈线性关系。

通过采用本发明的球形氢氧化亚镍生长结构的控制操作方法，工艺控制过程稳定，操作简单，可以有选择性制造出具有不同结构的球形氢氧化亚镍，来满足不同用途的电池有不同性能要求的需要。

【具体实施方式】

例一：