[发明专利]用于可再充电蓄电池的氢氧化镍电极

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2009年4月29日提交的名称为“NICKEL HYDROXIDEELECTRODE FOR RECHARGEABLE BATTERIES”的美国专利申请No.12/342,639的优先权，其是2009年2月4日提交并且提名Mingming Geng等人作为发明人的美国专利申请No.12/365,658的部分接续，其进而要求在2008年2月7日提交的临时申请61/065,079在U.S.C.§119(e)下的权益，出于全部目的将其公开内容以其全文并入本文。

背景技术

本发明整体上涉及镍-锌蓄电池。更明确地，本发明涉及用于镍正电极的组合物和制造方法。

近来的经济趋势明白地说明对于高功率和高能量密度的可再充电蓄电池的需求，特别是对于例如电动车辆和电动工具的应用。一些使用氢氧化镍电极的含水蓄电池可以提供适当高的能量密度和甚至高的功率以满足该需求。已经使用氢氧化镍电极作为镍-金属氢化物蓄电池、镍-镉蓄电池和镍-锌蓄电池中的正电极。该电极通常包含氢氧化镍(包括其氧化形式羟基氧化镍)、镍粉末和粘结材料。可包含钴金属和/或钴化合物以增强镍电极的导电性。遗憾的是，在一定条件下钴可移动至负电极，在此其特别是在高功率镍-锌蓄电池中可促进氢析出和相关的困难。

由于对于更高的功率和能量密度的需求逐步升高，氢氧化镍电极的组成和相关制造方法对于性能变得更为关键。

发明内容

在一些实施方案中，氢氧化镍电极包含氢氧化镍颗粒、钴或钴化合物和镍粉末。所述氢氧化镍颗粒可以包含一些具有以一价或更高化合价(II和/或III)存在的钴的钴氧化物和/或氢氧化物。在一些情况下，氢氧化镍颗粒涂覆有钴氧化物和/或氢氧化物的薄层。它们还可包含一些量的氧化锌。在本文中描述的一些实施方案中，使用强氧化剂例如过硫酸钠或过硫酸钾处理氢氧化镍颗粒(有或没有钴化合物存在)的表面层，以使表面氢氧化镍结构改性。已发现所得改性的表面结构损害由氢氧化镍形成的电极的各种好处。据认为改性的表面结构促进了正电极中氢氧化镍和钴金属和/或钴化合物之间的界面反应，从而在与电解质接触期间抑制钴离开正电极。在这点上，它可抑制氢氧化镍颗粒中钴(和锌)化合物在高温下溶入碱性蓄电池电解质中。此外，据认为氢氧化镍颗粒表面处的钴化合物的氧化导致了在如本文中所描述的镍电极的高可靠性、高稳定性和高容量利用率中起到重要作用的高导电性钴化合物。

本文中描述的正电极在电池制造、浸润(soaking)和循环中显示了钴的最小溶解。在可再充电的镍-锌蓄电池中从正电极到锌电极减少的钴迁移导致自放电的显著减少和因此改善的可靠性。使用本发明的镍-锌蓄电池还在它们循环时显示了显著改善的容量保留(retention)。

本发明的一些方面提供了制备用于蓄电池的正电极的方法，所述方法的特征可在于以下操作：(a)将氢氧化物溶液和强氧化剂与氢氧化镍在至少约90℃的温度下混合以制备改性的氢氧化镍；(b)将改性的氢氧化镍从由(a)所得的混合物中分离；(c)制备包含改性的氢氧化镍的电极混合物；以及(d)将电极混合物结合入正电极。在一些实施方案中，强氧化剂为高锰酸盐、高氯酸盐、过硫酸盐和/或臭氧。在一些实施方案中，在约90℃-约150℃的温度下进行操作(a)，并且在一些情况下，将其进行约5分钟-200分钟的时期。

在一些情况下，氢氧化镍为包含涂覆有钴化合物如氧化钴、氢氧化钴和/或羟基氧化钴的氢氧化镍颗粒的粉末。所述钴化合物可包含至多约1重量％的氢氧化镍粉末。此种涂覆钴的颗粒可通过将氢氧化镍与碱金属氢氧化物和钴盐溶液混合而制备。可在约40℃-约60℃的温度下进行所述涂覆。

分离过程可涉及(a)洗涤改性的氢氧化镍；以及(b)干燥改性的氢氧化镍。在一些实施方案中，分离涉及(a)过滤改性的氢氧化镍；以及(b)洗涤该过滤的改性氢氧化镍。

在不同的实施方案中，由上述方法所得的正电极可包含约60-95重量％的改性氢氧化镍和至多约10％的钴金属和/或钴化合物。在一个特别的实施例中，钴化合物为氧化钴、氢氧化钴、羟基氧化钴或者其组合。