一种铁镍电池负极复合材料及其制备方法与流程

本发明属于铁镍二次电池铁负极材料的制备技术领域，具体涉及一种铁镍电池负极复合材料及其制备方法。

背景技术：

当前可供使用的方形二次电池主要有铅酸蓄电池和锂离子电池，其中铅酸蓄电池比能量低，一般只能达到30~35wh/kg，循环寿命在300~350次左右，需要较长的充电时间，同时铅是有毒重金属，生产过程和回收过程如果处理不当会对环境造成严重污染，已被世界各国限制生产和使用。而锂离子电池的比能量相对较高，但是锂离子电池存在大容量、高电压使用环境下安全性能差，同时面临废旧锂离子电池回收困难造成环境污染等一系列问题。碱性二次电池中的氢镍电池用到稀土等贵金属，使用成本较高，大规模推广使用较为困难；锌镍二次电池有较高的比能量和比功率，但是锌负极材料在使用时易产生锌枝晶，造成锌镍二次电池的使用寿命缩短，并且存在大容量电池制造困难等问题；铁镍二次电池使用寿命较长，安全环保，但是铁镍二次电池铁负极电位较负容易析氢，存在充电效率低、容易析氢而失水等问题。当前铁镍二次电池主要的研究大多集中在铁负极上，添加的元素基本以氧化物的形式出现，特别是钴元素的添加比较常见，若使用较多的贵金属作为添加剂应用，便失去了铁镍电池廉价的固有优势。

技术实现要素：

本发明结合铁镍二次电池的特性，提供了一种能够有效提高析氢过电位及提高充电效率的铁镍电池负极复合材料及其制备方法，该方法制得的负极复合材料利用锡相对较高的析氢过电位以及电极电位较正的铋和锑来抑制充电时铁负极析氢反应。本发明的制备过程简单，无固废和废水产生，环保安全，原材料廉价易得。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种铁镍电池负极复合材料，该负极复合材料由5wt%~30wt%的锡酸盐化合物和70wt%~95wt%的活性四氧化三铁组成。

优选的，所述锡酸盐为锡酸锑或锡酸铋中的一种或两种。

优选的，所述负极复合材料由7wt%的锡酸盐化合物和93wt%的活性四氧化三铁组成。

本发明所述的铁镍电池负极复合材料的制备方法，其具体过程为：将三价金属氧化物与锡酸钾或锡酸钠水溶液混合形成浆料，再通过加热蒸发后形成固态前驱体；将固态前驱体置于高温炉中在650~1050℃温度下烧结1~10h后形成锡酸盐化合物，再将锡酸盐化合物经粉碎后按5wt%～30wt%的比例与活性四氧化三铁粉体混合球磨后形成含有锡酸盐的铁镍电池负极复合材料。

优选的，所述三价金属氧化物为sb2o3或bi2o3中的一种或两种。

优选的，所述三价金属氧化物与锡酸钾或锡酸钠的投料摩尔比为1:2。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：本发明制得的铁镍电池负极复合材料与单独使用四氧化三铁或铁粉作为负极材料的电池相比，能够有效提高铁镍电池的比容量，减小电极膨胀、减少析气量及延长电池的使用寿命。用该材料制成的负电极在充电时有助于提高负极材料的析氢过电位，进而提高电池的充电效率；放电时能减弱钝化现象，阻止内阻的增大，从而提高了电池的放电效率和放电平台。

附图说明

图1是实施例1制得含有sb2sn2o7复合材料负电极与普通材料负电极的充放电对比曲线。

图2是实施例2制得含有bi2sn2o7复合材料负电极与普通材料负电极的充放电对比曲线。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

将三氧化二锑和锡酸钾或锡酸钠按照摩尔比1:2的比例在容器中混合，再将去离子水倒入并搅拌形成浆状，然后在100℃的温度下烘干；再将烘干后的产物置于高温炉内以650℃的温度烧结1.5h后，经粉碎形成sb2sn2o7材料；将此sb2sn2o7材料按7wt%的比例与四氧化三铁混合，在球磨机中球磨1h后，形成含有sb2sn2o7的铁镍电池负极复合材料。

将含有sb2sn2o7的复合材料与粘结剂搅拌成浆料后涂覆于镀镍钢带上，经烘干碾压后形成电极片，与氢氧化镍正极片组装成全电池，在6m的koh溶液中化成后进行充放电试验。

实施例2

将三氧化二铋和锡酸钾或锡酸钠按照摩尔比1:2的比例在容器中混合，再将去离子水倒入并搅拌形成浆状，然后在100℃的温度下烘干；再将烘干后的产物置于高温炉内以650℃的温度烧结1.5h后，经粉碎形成bi2sn2o7材料；将此bi2sn2o7材料按7wt%的比例与四氧化三铁混合，在球磨机中球磨1h后，形成含有bi2sn2o7的铁镍电池负极复合材料。

将含有bi2sn2o7的复合材料与粘结剂搅拌成浆料后涂覆于镀镍钢带上，经烘干碾压后形成电极片，与氢氧化镍正极片组装成全电池，在6m的koh溶液中化成后进行充放电试验。

本发明制得的复合材料用作铁镍电池负极后，通过与常规铁镍电池负极材料的充放电曲线的对比显示，含有复合材料的电池能有效降低充电电压、提高了克容量、提升了化成速度和放电平台并减少了析气量。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围。

技术特征：

1.一种铁镍电池负极复合材料，其特征在于：该负极复合材料由5wt%~30wt%的锡酸盐化合物和70wt%~95wt%的活性四氧化三铁组成。

2.根据权利要求1所述的铁镍电池负极复合材料，其特征在于：所述锡酸盐为锡酸锑或锡酸铋中的一种或两种。

3.根据权利要求1或2所述的铁镍电池负极复合材料，其特征在于：所述负极复合材料由7wt%的锡酸盐化合物和93wt%的活性四氧化三铁组成。

4.一种权利要求1或2所述的铁镍电池负极复合材料的制备方法，其特征在于具体过程为：将三价金属氧化物与锡酸钾或锡酸钠水溶液混合形成浆料，再通过加热蒸发后形成固态前驱体；将固态前驱体置于高温炉中在650~1050℃温度下烧结1~10h后形成锡酸盐化合物，再将锡酸盐化合物经粉碎后按5wt%～30wt%的比例与活性四氧化三铁粉体混合球磨后形成含有锡酸盐的铁镍电池负极复合材料。

5.根据权利要求4所述的铁镍电池负极复合材料的制备方法，其特征在于：所述三价金属氧化物为sb2o3或bi2o3中的一种或两种。

6.根据权利要求4所述的铁镍电池负极复合材料的制备方法，其特征在于：所述三价金属氧化物与锡酸钾或锡酸钠的投料摩尔比为1:2。

技术总结
本发明公开了一种铁镍电池负极复合材料及其制备方法，该负极复合材料由5wt%~30wt%的锡酸盐化合物和70wt%~95wt%的活性四氧化三铁组成，具体制备过程为：将三价金属氧化物与锡酸钾或锡酸钠水溶液混合形成浆料后，经蒸发干燥、高温烧结后得到锡酸盐化合物；再将锡酸盐化合物与四氧化三铁粉体混合球磨后得到铁镍电池负极复合材料。本发明制成的铁镍电池能有效降低充电电压和提高克容量，并能提升化成速度和放电平台且可减少析气量。

技术研发人员：杨玉锋;徐平;李群杰;李喜歌;彭英长;王晓燕;雷越;刘文昌
受保护的技术使用者：河南创力新能源科技股份有限公司
技术研发日：2020.02.11
技术公布日：2020.05.12