[发明专利]镍氢电池用导电高分子聚合物/合金复合材料及其制备

说明书

技术领域

本发明涉及镍氢电池用合金复合材料，具体地说是一种镍氢电池用导电高分子聚合物/合金复合材料及其制备，将具有改善电极循环稳定性的导电高分子聚合物与金属合金复合制备的用于镍氢电池的新型复合材料。

背景技术

金属合金作为电极材料的一种，在燃料电池领域有着广泛的应用。这种材料的典型应用是在镍氢电池上，镍氢电池的正负极上的反应属于固相转变机制，电极材料本身不涉及任何溶解和沉积过程，而金属氢化物电极仅有氢原子参与传递和电化学反应，致使电池负极利用率较高，非常适合做镍氢电池的负极。但是，镍氢电池对于合金电极的最大放电容量，充放电循环稳定性都有一定的要求，改善合金电极的充放电性能，是合金电极材料的研究目的之一；另外，合金电极在反复的充放电循环过程中，容易出现合金粉化和被腐蚀的现象，从而影响合金电极的性能，这也是合金电极材料的研究目的。

过去常用的AB₃合金电极，虽然放电容量比工业化生产的AB₅合金电极放电容量大，但是却受到循环稳定性差的限制，无法真正地取代AB₅合金电极，并用于大规模的工业化生产。

导电高分子聚合物由于质量轻，有一定的导电性，被广泛应用于纳米材料的修饰上。据报道，纳米材料上修饰一定的导电高分子聚合物后，导电高分子聚合物可以通过与纳米粒子的键和，增强纳米粒子本身的光电、磁学等性能，并对纳米粒子起到一定的保护作用。1991年，Uemura等人通过研究聚苯乙烯包覆LaNi₅储氢合金发现，聚苯乙烯具有减小吸放氢过程中合金粉化程度的作用。这一点对聚合物在合金材料储氢性能及电化学性能等方面有着很重要的意义和价值。Tinge通过研究发现，LmNi₄小颗粒在160℃下，可以分散到聚乙烯中，在复合材料的吸氢过程中，氢气在聚合物中的扩散是吸氢过程的控制步骤。Schmidt对聚合物/合金的复合材料进行了理论分析。认为聚合物在合金吸放氢过程中所起的作用是因为聚合物可以通过氢键、范得华力与合金氢化物联接到一起，从而影响合金吸放氢的过程。这一理论的指导为聚合物/合金复合材料的下一步发展给出了理论依据。在所有的导电聚合物中，聚苯胺具有许多独特、优良的特点，比如：环境稳定性；容易制备；价格低廉等。Reddy等人通过将聚苯胺掺杂到AB₂合金中，分析了聚苯胺对合金吸氢动力学的影响。研究发现少量聚苯胺的加入就可以改善Zr基AB₂合金吸氢动力学的性能。

电极的充放电循环稳定性是电池电极性能的主要指标，相同的放电容量下，充放电循环稳定性越高，电极性能越好。

发明内容

本发明的目的在于提供一种镍氢电池用导电高分子聚合物/合金复合材料及其制备，将导电高分子聚合物与金属合金进行复合，用复合后的材料制成电极，该电极在镍氢电池中具有较好的充放电循环稳定性。利用导电高分子对合金进行表面包覆，制备工艺简单，成本低，适用于电极材料的防护以及相变储能材料等方面的应用。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种镍氢电池用导电高分子聚合物/合金复合材料，其由金属AB₃合金与导电高分子聚合物复合而成，复合材料是导电高分子聚合物包覆金属合金表面的材料；AB₃合金的配比为La_0.7Mg_(0.3-x)Ti_xNi_yCo_3.5-y，x＝0～0.15，y＝2～3.5；金属合金与导电高分子聚合物的质量配比为100∶1～4。

所述导电高分子聚合物通常为聚苯胺、聚吡咯或聚噻吩。

其可按如下步骤制备：

1)将具有导电性的有机单体(如苯胺等)在酸性条件、氧化剂引发下聚合得到导电高分子聚合物；具体过程为，有机单体经过2-4次蒸馏，有机单体与H⁺的摩尔配比为1～1.5∶1；有机单体与氧化剂的摩尔配比为1∶1-1.5；室温搅拌，反应8～12h，经甲醇、水洗涤过滤，60～80℃烘12～24h；所述有机单体为苯胺、吡咯或噻吩；获得聚苯胺、聚吡咯或聚噻吩导电高分子聚合物(如：其中聚苯胺为导电的翠绿亚胺盐形式)；酸可以是盐酸或硫酸，氧化剂可以是过硫酸铵或无水氯化铁。