專利名稱：高溫鎳氫動力電池正極添加劑及其制備方法和正極物質(zhì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能夠提高鎳氫動力電池高溫性能正極添加劑及其制備方法和正 極物質(zhì)，其特點是制備納米重稀土氧化物，并在鎳氫電池正極中添加一定量的納米重稀土 氧化物(Y203、Er203，Tm2O3, Yb2O3或Lu2O3)以提高動力型鎳氫電池正極(Ni(OH)2電極)的高 溫充電效率。
背景技術(shù)：
隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，能源與環(huán)境危機日益加劇，研究開發(fā)汽車新動力日趨 緊迫，電動汽車被公認為是最佳選擇。而動力電源是制約電動車發(fā)展的瓶頸技術(shù)。目前電 動汽車用電源以鉛酸電池、鎳氫電池和鋰離子電池為主，其中，鎳氫電池以其優(yōu)異的綜合性 能成為最具實際應(yīng)用價值的電動汽車動力電源。由于電動車在運行過程中需要動力電源反復進行高倍率充放電，而鎳氫電池組高 倍率充放電時會產(chǎn)生大量熱，這就對電池組的耐高溫性能提出了很高的要求。在鎳電極的 充電過程中主要是鎳的氧化，同時還存在一個副反應(yīng)40H_ — 2H20+02+4e，它在整個氫氧化 鎳正極的充電過程中都有發(fā)生，只是發(fā)生的程度不同而已，當常溫過充或高溫充電時副反 應(yīng)占主體。最后，氫氧化鎳的晶型轉(zhuǎn)變會生成難以恢復的Y-NiOOH，使得正極充電效率下 降。以上每一個因素都會影響氫氧化鎳正極的充電效率。按照電化學動力學理論，充電過 程中進行最慢的步驟是整個電極過程的控制步驟。研究表明，質(zhì)子在Ni (OH)2中的擴散過 程是氫氧化鎳正極的控制步驟。常溫下的氫氧化鎳正極充電過程與理論基本相符氧的析出電位總是高于氫氧化 鎳的充電電位。但在高溫(》600C )下氧的析出電位會下降，氧的析出電位降至可能低于 氫氧化鎳的最高充電電位，這時0H—直接在正極放電，由于該反應(yīng)速率遠遠大于Ni (OH)2充 電速率，所以發(fā)生反應(yīng)40H_ —02+2H20+4e，而正常的充電反應(yīng)不能進行，所以正極充電效 率嚴重下降。因此，高溫充電效率低的主要原因是氧氣的析出過電位下降。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)重稀土氧化物能提高鎳電極的析氧電位，從而提高鎳電極在高溫下的 充電效率，減少副反應(yīng)的發(fā)生，因此，本發(fā)明提供了一種適用于高溫充放電使用要求的動力 鎳氫電池正極添加劑的制備及其使用方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種適用于高溫充放電使用要求的鎳氫電池正極添加劑，以 提高Ni-MH電池正極(Ni(OH)2電極)在高溫環(huán)境下的充電效率。本發(fā)明的另一個目的是提供高溫充放電使用要求的鎳氫電池正極添加劑的制備 方法。本發(fā)明的再一個目的是提供一種鎳氫動力電池正極的正極物質(zhì)。為此，本發(fā)明采取以下的技術(shù)方案重稀土氧化物作為高溫鎳氫動力電池正極的添加劑的應(yīng)用，所述的重稀土氧化物為 Y2O3、Er2O3, Tm2O3, Yb2O3 或 Lu2O30在重稀土氧化物作為高溫鎳氫動力電池正極的添加劑的應(yīng)用中，所述的重稀土氧 化物為顆粒狀，重稀土氧化物顆粒的平均粒徑為30nm-70nm。一種制備高溫Ni-MH動力電池正極添加劑的方法，該方法包括下述步驟①配制0. 1 4mol/L的碳酸鈉溶液和0. 5 4mol/L的硝酸重稀土(Y、Er、Tm、Yb 或Lu)溶液，所述的硝酸重稀土溶液為硝酸釔(Y)溶液、硝酸鉺(Er)溶液、硝酸銩(Tm)溶 液、硝酸鐿(Yb)溶液或硝酸镥(Lu)溶液；②把硝酸重稀土(Y、Er、Tm、Yb或Lu)溶液分別和碳酸鈉溶液按 1. 9-2. 1 2. 9-3. 1重量比例混合，在反應(yīng)溫度為40 80°C條件下，反應(yīng)時間為2 5小 時；③將步驟②中得到的產(chǎn)物抽濾洗滌幾次，并且在恒溫干燥箱干燥，得到高溫Ni-MH 動力電池正極添加劑的前軀體；④把前軀體放在790°C -810°C溫度下的管式爐中燒結(jié)1. 9h_2. Ih既得到納米重稀 土氧化物顆粒，所得到的重稀土氧化物顆粒的平均粒徑為30nm-70nm。本發(fā)明還高溫Ni-MH動力電池正極添加劑即納米重稀土氧化物的使用方法，在鎳 氫動力電池電極中加入0. 5重量％ 3重量％的納米重稀土氧化物。所述的鎳氫動力電池 的正極物質(zhì)的組分及重量百分比如下氫氧化鎳 91 96wt%導電劑3 5wt%粘結(jié)劑0.5 Iwt %添加劑0.5 3wt%其中，所述的添加劑為重稀土氧化物，該重稀土氧化物為Y203、Er203，Tm2O3，Yb2O3或 Lu2O3 ο在本發(fā)明的鎳氫動力電池正極的正極物質(zhì)中，所述的重稀土氧化物為顆粒狀，重 稀土氧化物顆粒的平均粒徑為30nm-70nm。本發(fā)明的特點是制得的納米重稀土氧化物顆粒按一定量添加到鎳氫動力電池正 極中以后，極大地提高了 Ni-MH電池正極在高溫及常溫環(huán)境下的高倍率充放電性能；能夠 有效提高鎳氫電池正極的析氧電位，抑制高溫下副反應(yīng)的發(fā)生，從而提高其高溫充電效率。


圖1為制得的納米氧化釔顆粒的SEM照片。圖2為四個實施例在70°C下的IC放電效率圖(放電效率=高溫放電容量/常溫 放電容量)。
具體實施例方式本發(fā)明中高溫Ni-MH動力電池正極(Ni (OH) 2電極)添加劑的制備方法具體如下 按一定的摩爾比配制硝酸重稀土(Y、Er、Tm、Yb和Lu)中任意一種溶液，再與碳酸鈉水溶液、 在反應(yīng)器中充分反應(yīng)，經(jīng)過燒結(jié)得到納米重稀土氧化物(Y203、Er2O3，Tm2O3，Yb2O3或Lu2O3)。其主要工藝過程及工藝參數(shù)如下
①配制碳酸鈉溶液，其中氫氧化鈉的濃度控制在0. 5 4mol/L之間。②配制含有硝酸重稀土(Y、Er、Tm、Yb和Lu)中任意一種溶液，濃度控制在0. 5 4mol/L 之間。③將配好的碳酸鈉水溶液、硝酸重稀土水溶液滴加到反應(yīng)釜中，控制反應(yīng)釜中的 PH值為8 12，反應(yīng)溫度控制為40 80°C，反應(yīng)時間為2 5小時；①將上步中獲得的產(chǎn)物轉(zhuǎn)入固液分離器中進行分離，所得固體物質(zhì)用去離子水清 洗，烘干，在800°C下管式爐中燒結(jié)2h既得到所需納米重稀土氧化物顆粒，所得到的重稀土 氧化物顆粒的平均粒徑為30nm-70nm。本發(fā)明還涉及制備得到的納米重稀土氧化物的使用方法，在鎳電極中加入0. 5重 量％ 3重量％的納米重稀土氧化物。在鎳氫動力電池的正極中包括集流體，活性物質(zhì)，粘 結(jié)劑，導電劑以及高溫添加劑。本發(fā)明所述的鎳氫動力電池的正極物質(zhì)的組分及重量配比 如下(％ )氫氧化鎳 91 96導電劑3 5粘結(jié)劑0. 5 1高溫添加劑 0. 5 3這種鎳氫動力電池正極是這樣制造的將配比好的各組分加水混合，攪拌均勻，機 械填充到正極集流體上，烘干，壓到一定的厚度，切成設(shè)計的尺寸。其中高溫添加劑是本發(fā) 明制備得到的納米重稀土氧化物(Y203、Er203，Tm2O3，Yb2O3和Lu2O3)中的一種，導電劑采用 氧化亞鈷。本發(fā)明通過對正極中添加納米重稀土氧化物，提高了正極析氧電位。是正極充 電效率明顯提高，在70°C下IC的充電效率能達到常溫時的94%，其中具體的鎳氫動力電池 正極的制備方法如下實施例。實施例1，高溫鎳氫動力電池正極包括泡沫鎳基體和正極物質(zhì)，正極物質(zhì)的成分及 重量比為(％ )氫氧化亞鎳 96氧化亞鈷 3粘結(jié)劑0. 5納米Y2O3 0. 5實施例2，高溫鎳氫動力電池正極包括泡沫鎳基體和正極物質(zhì)，正極物質(zhì)的成分及 重量比為(％ )氫氧化亞鎳 93. 7氧化亞鈷4粘結(jié)劑0. 8納米Y2O31.5實施例3，高溫鎳氫動力電池正極包括泡沫鎳基體和正極物質(zhì)，正極物質(zhì)的成分及 重量比為(％ )氫氧化亞鎳 92氧化亞鈷 5粘結(jié)劑1
納米Y2O3 2實施例4，高溫鎳氫動力電池正極包括泡沫鎳基體和正極物質(zhì)，正極物質(zhì)的成分及 重量比為(％ )氫氧化亞鎳 92氧化亞鈷4粘結(jié)劑1納米Y2O33本發(fā)明所制備的納米氧化釔顆粒的SEM照片如圖1所示，從圖1可以看出，本發(fā)明 所制備的納米氧化釔顆粒的的平均粒徑為50nm左右。實施例1-4中的高溫鎳氫動力電池 正極在70°C下的IC放電效率圖(放電效率=高溫放電容量/常溫放電容量)如圖2所示， 從圖2可以看出，本發(fā)明所制備的高溫鎳氫動力電池正極添加劑添加到鎳氫動力電池正極 以后，極大地提高了 Ni-MH電池正極在高溫及常溫環(huán)境下的高倍率充放電性能；能夠有效 提高鎳氫電池正極的析氧電位，抑制高溫下副反應(yīng)的發(fā)生，從而提高其高溫充電效率。
權(quán)利要求
重稀土氧化物作為高溫鎳氫動力電池正極的添加劑的應(yīng)用，所述的重稀土氧化物為Y2O3、Er2O3，Tm2O3，Yb2O3或Lu2O3。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用，其特征在于所述的重稀土氧化物為顆粒狀，重稀土氧 化物顆粒的平均粒徑為30nm-70nm。
3.一種制備高溫Ni-MH動力電池正極添加劑的方法，該方法包括下述步驟①配制0.1 4mol/L的碳酸鈉溶液和0. 5 4mol/L的硝酸重稀土溶液，所述的硝酸 重稀土溶液為硝酸釔溶液、硝酸鉺溶液、硝酸銩溶液、硝酸鐿溶液或硝酸镥溶液；②把硝酸重稀土溶液分別和碳酸鈉溶液按1.9-2. 1 2.9-3. 1重量比例混合，在反應(yīng) 溫度為40 80°C條件下，反應(yīng)時間為2 5小時；③將步驟②中得到的產(chǎn)物抽濾洗滌幾次，并且在恒溫干燥箱干燥，得到高溫M-MH動 力電池正極添加劑的前軀體；④把前軀體放在790°C-810°C溫度下的管式爐中燒結(jié)1. 9h-2. Ih既得到納米重稀土氧 化物顆粒。
4.一種鎳氫動力電池正極的正極物質(zhì)，其特征在于所述的鎳氫動力電池的正極物質(zhì) 的組分及重量百分比如下氫氧化鎳 91 96wt%導電劑 3 5wt%粘結(jié)劑 0.5 Iwt %添加劑 0. 5 3wt%其中，所述的添加劑為重稀土氧化物，該重稀土氧化物為Υ203、Er2O3, Tm2O3，Yb2O3或 Lu2O3 ο
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鎳氫動力電池正極的正極物質(zhì)，其特征在于所述的重稀土 氧化物為顆粒狀，重稀土氧化物顆粒的平均粒徑為30nm-70nm。
全文摘要
高溫鎳氫動力電池正極添加劑及其制備方法和正極物質(zhì)。重稀土氧化物作為高溫鎳氫動力電池正極的添加劑的應(yīng)用，所述的重稀土氧化物為Y2O3、Er2O3，Tm2O3，Yb2O3或Lu2O3。重稀土氧化物顆粒的平均粒徑為30nm-70nm。添加了高溫鎳氫動力電池正極添加劑的鎳氫動力電池正極物質(zhì)的組分及重量百分比如下氫氧化鎳91～96wt％；導電劑3～5wt％；粘結(jié)劑0.5～1wt％；添加劑0.5～3wt％；所述的添加劑為重稀土氧化物，該重稀土氧化物為Y2O3、Er2O3，Tm2O3，Yb2O3或Lu2O3。本發(fā)明的納米重稀土氧化物顆粒添加到鎳氫動力電池正極中以后，極大地提高了Ni-MH電池正極在高溫及常溫環(huán)境下的高倍率充放電性能；能夠有效提高鎳氫電池正極的析氧電位，抑制高溫下副反應(yīng)的發(fā)生，從而提高其高溫充電效率。
文檔編號H01M4/62GK101997119SQ200910090879
公開日2011年3月30日 申請日期2009年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月11日
發(fā)明者劉曉鵬, 尉海軍, 方慶, 朱磊, 王 忠, 簡旭宇, 蔣利軍 申請人:北京有色金屬研究總院