[发明专利]一种镍基二次电池正极活性材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于碱性二次电池正极材料技术领域，具体涉及一种镍基二次电池正极活性材料及其制备方法。

背景技术

碱性镍基二次电池，如镉镍电池、氢镍电池、锌镍电池、铁镍电池等，目前被人们广泛应用于各个行业领域，对人们的生活产生了重大的影响。碱性二次电池的设计都是正极限量的，因此，正极容量的高低和性能的好坏决定了电池本身的容量和性能。研发高性能的正极材料一直是电化学工作者研究的重点。

众所周知，氢氧化镍作为一种正极材料，有着较高的质量比容量和优异的可逆性，在化学电源领域中有着举足轻重的作用，被广泛应用于镉镍电池、锌镍电池、氢镍电池和铁镍电池中。氢氧化镍一般有两种晶型结构，即α-Ni(OH)₂ 和 β-Ni(OH)₂，通常为绿色粉末物质，均属于六方晶系，具有分层的八面体结构。Ni(OH)₂ 晶体均可被其它金属离子或层间离子（K ⁺、H₂O、OH^-等）填充而形成晶格缺陷，它们的层间距是有明显区别的：α-Ni(OH)₂ 晶体中由于层间可以嵌入水分子和各种阴阳离子，层间距可达0.7-0.8nm；β-Ni(OH)₂ 的层间无其它分子和离子的插入，层间距仅约为0.46-0.48nm。氢氧化镍在充放电循环过程中 Ni(OH)₂、NiOOH 分别存在着两种晶型，即 α-Ni(OH)₂ (r=2.82g cm^-3) 和β-Ni(OH)₂ (r=3.97g cm^-3)、β-NiOOH (r=4.68 g cm^-3) 和 g-NiOOH (r=3.79 g cm^-3)，它们之间存在着一定的转化关系：α-Ni(OH)₂ 和g-NiOOH、β-Ni(OH)₂ 和 β-NiOOH之间在充放电时可以可逆地转化。

目前市场上的镍基电池都采用 β-Ni(OH)₂β-NiOOH 电对循环，在这个可逆的电化学反应中，镍原子的氧化态约为1，其电子转移数为1，根据法拉第定律就可以计算出，每克β-Ni(OH)₂ 在充放电过程中产生的理论放电容量约为289mAh/g。但是，β-NiOOH 在过充时转化为 g-NiOOH，容易造成极板膨胀，电池内阻升高，循环寿命下降，α-Ni(OH)₂则不存在这个问题。而 α-Ni(OH)₂ 理论容量可以达到 480mAh/g，比β-Ni(OH)₂高的多，这是由于 γ-NiOOH 中镍原子的氧化态可以达到 3.67，因而这个电对的电子转移数在理论上可以接近 1.67。目前 β-Ni(OH)₂ 材料的生产工艺非常成熟，早已实现产业化。近年来，由于 α-Ni(OH)₂ 具有较高的理论克容量，对于 α-Ni(OH)₂ 的制备和性能研究引起了人们极大关注。但是α-Ni(OH)₂ 的稳定性差，在高温下，在强碱液中容易转化为β-Ni(OH)₂，同时α-Ni(OH)₂ 的振实密度较低，很难满足现有电池的要求，严重制约了它的发展。因此，基于多电子反应原理，发展新的镍基正极活性材料对于碱性二次电池的发展具有重大的现实意义。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供了一种电性能优异，稳定性好，性价比高，振实密度高且高温充电效率高的镍基二次电池正极活性材料及其制备方法。