[发明专利]高容量铁电极材料

说明书

技术领域   本发明涉及一种铁电极材料，特别是涉及一种高容量铁电极材料，该电极材料用于制造高能量环保铁镍电池。

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，而板式铁镍电池的寿命可超过900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，是金属氢化物电极理论容量的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。(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。专利CN1532965A提出了一种克服铁电极缺点的方法，是在铁电极中加放入Al-Sn-Ga。这种电极具有较低的自放电和较高的充电效率，但放电容量只有180mAh/g，不能满足高能量电池的需要，且电极中加有Ga这种贵金属元素，电极的成本也较高。

发明内容   本发明目的在于解决铁电极活性物质利用率低的问题，提供一种高容量的的铁电极材料，这种电极材料容量超过400mAh/g，且不用添加贵金属，也没有重金属的污染。

本发明高容量铁电极材料由活性物质和添加剂组成。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1-10％的稀土氧化物，稀土氧化物包括La₂O₃、CeO₂、Nd₂O₃、Pr₂O₃、Y₂O₃、Gd₂O₃、Sm₂O₃等中的一种或几种，2)含量为1-3％的氢氧化亚镍或饱和硫酸镍溶液。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℃，将氢氧化钠溶液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)待氢氧化钠溶液加完后，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。

与普通的铁电极相比，本发明铁电极的优点是容量高，超过400mAh/g。

附图说明    图1：高容量铁电极材料与普通铁电极材料在25℃下0.2C(60mA/g)放电曲线。