[发明专利]一种测定包覆在球镍表面的钴元素充电后化合价态的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种测定包覆在球镍表面的钴元素充电后化合价态的方法。

背景技术

在镍氢、镍镉二次电池的研究中，钴元素的化学价态的变化是非常重要的信息。而目前元素价态的检测通常是用X射线光电子能谱(XPS)法，该法通过X射线照射固体样品表面，使样品表面原子的某一能级的电子由于光电效应而被击出，产生光电子。当元素处于化合态时，电子结合能发生一些变化，造成XPS谱线的相对位移，即“化学位移”，由此来测量化合物中元素的价态。但是，上述方法对样品的均匀性、粗糙度的分布要求较高，而由于镍氢、镍镉二次电池正极材料中钴(II)氧化后价态的不确定性，可能生成CoOOH、Co₃O₄或更高价态的化合物等，得到的XPS谱能量分辨不够；而且电池正极材料充电氧化后也不均匀、粗糙度分布不均匀，很难满足XPS要求。另外，最重要的是，由于X射线光电子能谱(XPS)仪本身价格昂贵、数量有限，并非一般科研单位和生产单位能够拥有的，因此，使用X射线光电子能谱(XPS)法测定包覆在球镍表面的钴元素充电后化合价态还不能满足实际生产需要。有必要开发另一种简单易行的测试方法。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有的钴元素充电后化合价态测定方法不能不能满足实际生产需要的缺点，提供一种能够满足实际生产需要测定包覆在球镍表面的钴元素充电后化合价态的方法。

本发明提供的测定包覆在球镍表面的钴元素充电后化合价态的方法包括将以表面包覆有钴的球镍作为正极活性物质制得的开口电池置于碱性溶液中进行充电，获取第一个恒定充电电压的持续时间，然后按照下述公式计算该包覆在球镍表面的钴元素充电后的化合价态：

x＝It/nLe+b

其中，x为该包覆在球镍表面的钴元素充电后的化合价态，I为充电电流；t为第一个恒定充电电压的持续时间；n为该包覆在球镍表面的钴元素的摩尔数，L表示阿伏加德罗常数，e表示一个电子所带的电量，b是该包覆在球镍表面的钴元素充电前的化合价态。

本发明提供的方法通过测定该含钴正极材料的第一恒定充电电压的持续时间来获得该包覆在球镍表面的钴元素充电后的化合价态，因而对正极材料的均匀性、粗糙度没有任何要求。另外，通过本发明提供的方法获得的该包覆在球镍表面的钴元素充电后的化合价态结果准确、可靠。最重要的是，本发明提供的方法无需使用价格昂贵的XPS仪器，而且操作简单易行，因而能够满足实际生产需要。

附图说明

图1-5为利用本发明提供的方法在测试过程中获得的充电曲线图。

具体实施方式

根据本发明提供的方法，所述包覆在球镍表面的钴元素充电前的化合价态b和包覆在球镍表面的钴元素充电前的化合价态x均表示包覆在球镍表面的钴元素的平均化合价态。

根据本发明提供的方法，上述公式中，充电电流I的单位可以为安培、毫安或者其它电流单位，第一个恒定充电电压的持续时间t的单位可以为小时、分钟、秒或者其它时间单位。为方便起见，本发明中，充电电流I的单位为安培，第一个恒定充电电压的持续时间t的单位为秒。当然，也可以使用其它单位，只要互相对应或者作相应换算即可。

所述开口电池为不点焊盖帽、不加电解液的镍氢和/或镍镉开口电池，该开口电池包括由正极、负极和隔膜组成的极芯，所述正极包括正极材料和负载正极材料的集电体，所述正极材料包括正极活性物质和粘合剂。所述正极活性物质为表面包覆有钴的球镍。所述球镍可以是现有技术中各种用于镍氢/镍镉二次电池的球镍。所述球镍中，由ICP光谱法测得的钴的包覆量一般为2-6重量％。对球镍的大小没有特别的限定，可以是本领域常规使用的球镍的大小。所述粘合剂可以是本领域常规使用的各种粘合剂，如羧甲基纤维素(CMC)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯中的一种或几种。对所述粘合剂的用量没有特别的限定，可以是本领域常规的用量，例如，一般为球镍重量的5-10重量％。对所述集电体没有特别的限定，可以是本领域常规使用的集电体，如金属网、冲孔钢带、泡沫金属中的一种或几种。对正极材料在集电体上的负载量没有特别的限定，可以为本领域常规的负载量。可以通过现有的各种方法将正极材料负载到集电体上。