使用臭氧制备羟基氧化镍制造技术

可以通过将氢氧化镍和氢氧化物的混合物暴露于臭氧而制备羟基氧化镍。所述羟基氧化镍适用于电池的阴极。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
使用臭氧制备羟基氧化镍本专利技术涉及制备羟基氧化镍的方法，以及含有羟基氧化镍的器件。电池，诸如碱性电池通常作为能源使用。一般而言，碱性电池具有阴极、阳极、隔离件(separator)和碱性电解质溶液。阴极可以包括阴极材料(例如二氧化锰或羟基氧化镍)、用以增强阴极电导率的碳颗粒和粘合剂。氧基可以由含锌颗粒的凝胶形成。隔离件位于阴极和阳极之间。分散于整个电池的碱性电解质溶液可以是碱金属氢氧化物，诸如氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化锂或其混合物的水溶液。碱性电池包括含羟基氧化镍的阴极以及含锌的阳极。羟基氧化镍可以基本上不含碳酸盐。一方面，羟基氧化镍的制备方法包括在惰性气氛下混合氢氧化镍和氢氧化物，以形成混合物，并将混合物暴露于臭氧，以形成羟基氧化镍。另一方面，碱性原电池包括阴极、阳极、隔离件和碱性电解质。阴极基本上包括不含碳酸盐的羟基氧化镍。不含碳酸盐的羟基氧化镍是在不存在二氧化碳或碳酸盐源的情况下，由氢氧化镍制备的羟基氧化镍。碳酸盐源可以包括碳酸锂、碳酸氢锂、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾或碳酸氢钾。阴极可以包括氧化添加剂。阳极可以包括金属锌或锌合金。电解质可以包括氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化锂或其混合物。另一方面，生产电池的方法包括在惰性气氛下混合氢氧化镍和氢氧化物以形成混合物，将混合物暴露于臭氧以形成羟基氧化镍，以及装配含羟基氧化镍的阴极、阳极、隔离件和电解质，以形成电池。混合物可以是干燥混合物。再一方面，用于降低羟基氧化镍电池在储存过程中的电容损失的方法包括在惰性气氛下，将涂有氢氧化钴的氢氧化镍和氢氧化物混合以形成混合物，将混合物暴露于臭氧以形成涂有羟基氧化钴的羟基氧化镍，形成含涂有羟基氧化钴的羟基氧化镍的阴极，以及装配阴极、阳极、隔-->离件和电解质，以形成电池。如同悬而未决的US申请No.09/633,067所公开，于60℃存储4周后，电池具有的电容损失低于30％，此处全文引作参考。惰性气氛不与氢氧化镍反应。惰性气氛可以是基本上不含二氧化碳、基本上不含水或基本上二者都不含。惰性气氛可以是氩气、氮气、氦气或氧气。氢氧化镍可以包括β-氢氧化镍、涂有氢氧化钴的β-氢氧化镍、α-氢氧化镍、涂有氢氧化钴的α-氢氧化镍、α-氢氧化镍和β-氢氧化镍的固溶体或涂有氢氧化钴的α-氢氧化镍和β-氢氧化镍的固溶体。氢氧化镍可以是基本上干燥的。氢氧化镍可以是含有具有称为球体、扁球体或椭圆形的颗粒的粉末。羟基氧化镍可以是基本上不含碳酸盐的。羟基氧化镍可以包括β-羟基氧化镍、涂有羟基氧化钴的β-羟基氧化镍、γ-羟基氧化镍、涂有羟基氧化钴的γ-羟基氧化镍、β-羟基氧化镍和γ-羟基氧化镍的固溶体，或者涂有羟基氧化钴的β-羟基氧化镍和γ-羟基氧化镍的固溶体。氢氧化物可以包括碱金属氢氧化物，诸如氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化锂，或其混合物。氢氧化物可以基本上不含碳酸盐。当混合物暴露于臭氧时，通常将混合物保持在15-20℃的温度下。该方法可以包括在混合物暴露于臭氧之前或暴露于臭氧时加热混合物。混合物可以被加热至低于约100℃的温度。在特定环境中，该方法可以包括在混合物暴露于臭氧时，搅动、搅拌、混合或涡旋混合物。将混合物暴露于臭氧可以包括将混合物与含臭氧的气体混合物接触。气体混合物可以包括分子氧、水蒸汽或以上二者。混合物暴露于臭氧的时间可以少于24小时，少于12小时，少于8小时，少于6小时，少于4小时或少于3小时。混合物可以包括氧化促进添加剂，诸如，例如金属银、氧化银(+1)、氧化银(+1，+3)、金属金、氧化金(+3)、氢氧化金(+3)、过氧化钾、超氧化钾、高锰酸钾或高锰酸银。氢氧化镍可以包括至少一种本体(bulk)掺杂剂。本体掺杂剂可以是铝、锰、钴、锌、镓、铟或铋。本体掺杂剂可-->以以低于约10％，低于约5％或低于约2％的相对重量百分比存在。制备羟基氧化镍的方法能够降低制备时间并改善臭氧化过程的一致性。该方法消除了臭氧化产物的广泛的后处理，诸如，例如从液体中过滤、洗涤、干燥或从产物混合物中分离。该方法的特征在于改进的合成过程，其中使用臭氧气处理的复杂性和持续时间相对于其它方法均得以降低。因精细研磨的氢氧化钾粉末暴露于潮湿空气而形成的碳酸盐(能够导致碳酸钾的形成)能够抑制氧化过程的完成，尤其是在涂有氢氧化钴的α-氢氧化镍的臭氧化过程中，形成充分氧化的γ-羟基氧化镍。本专利技术的其它特征和优点将由说明书和附图，以及权利要求中显现出来。附图说明图1是圆柱形碱性电池的横截面示意图。图2是以下物质的x-射线粉末衍射图谱：(a)市售的β-氢氧化镍；(b)臭氧化2小时后，β-氢氧化镍、β-羟基氧化镍和痕量γ-羟基氧化镍的混合物；(c)总计臭氧化4小时后，β-羟基氧化镍和少量γ-羟基氧化镍的混合物。图3是以下物质的x-射线粉末衍射图谱：(a)涂有氢氧化钴的本体掺杂铝和钴的α-氢氧化镍；(b)臭氧化2小时后，涂有羟基氧化钴的γ-羟基氧化镍；(c)总计臭氧化8小时后，涂有羟基氧化钴的γ-羟基氧化镍和痕量β-羟基氧化钴。羟基氧化镍是通过在惰性气氛下混合氢氧化镍和氢氧化物以形成混合物而制备的。混合物可以是干燥的混合物。将混合物暴露于臭氧以形成羟基氧化镍。臭氧可以与分子氧混合形成处理气。臭氧中可以含有足够的水蒸汽，以引发氧化过程。处理气中的过量水蒸汽会引起混合物中的粉末聚结。混合物暴露于臭氧的时间可以，例如少于24小时，少于12小时，少于6小时或少于4小时，以产生羟基氧化镍，其中仅含少量或不含未氧化的氢氧化镍。例如，氢氧化镍和氢氧化物的混合物可以在5-100℃，例如10-60℃或15-30℃的温度下经臭氧化作用而氧化，得到羟基氧化镍。在臭氧化-->过程中，混合物的温度可以保持在10℃范围。氢氧化镍和氢氧化物的混合物可以通过将氢氧化物人工或机械研磨成细粉，然后将氢氧化镍与研磨后的氢氧化物人工或机械混合，并将得到的混合粉末装入反应容器而形成。氢氧化镍、氢氧化物及其粉末是在惰性气氛下搬运、研磨和混合的。氢氧化物可以包括碱金属氢氧化物，诸如氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化锂或其混合物。氢氧化物可以包括氢氧化银或氢氧化金。氢氧化物可以是自由流动的粉末、固体颗粒、粗晶体或晶体的聚集体。惰性气氛是不含二氧化碳以及任选不含水。例如，惰性气氛可以是干燥的，基本上不含空气的气氛。干燥的，基本上不含空气的气氛可以在使用惰性气流吹扫并防止空气渗透的手套箱内提供。适合的惰性气体包括氮气、氩气、氦气和氧气。研磨和混合操作是在惰性气氛下进行的，以使磨碎的氢氧化物在大气中的湿气和二氧化碳中的暴露最少，这是由于磨碎的氢氧化物能够在湿气的存在下与大气中的二氧化碳迅速反应，产生碳酸盐。例如，氢氧化钾在水蒸汽的存在下与二氧化碳迅速反应，形成碳酸钾。混合物中存在的碳酸盐能够大大抑制氢氧化镍被臭氧氧化为羟基氧化镍的反应完成。当氢氧化镍是基本上不含碳酸盐的氢氧化镍时，形成的羟基氧化镍是不含碳酸盐的羟基氧化镍。混合物可以在适当改型的反应容器中暴露于臭氧，以使臭氧化过程中空气向反应容器中的渗入最少。反应容器可以由抗臭氧气体氧化的各种材料中的任意一种制成，诸如，例如玻璃、氟化高聚物，诸如PTFE、Kel-F、PVDF，或不锈钢。反应容器的改型可以包括将连有收缩小孔的小气门室附着在反应容器的出口，以将离开反应容器的气流本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备羟基氧化镍的方法，包括：　　　　在惰性气氛下混合氢氧化镍和氢氧化物，以形成混合物；和　　　　将混合物暴露于臭氧，以形成羟基氧化镍。

【技术特征摘要】
US 2002-3-4 10/086,8071.一种制备羟基氧化镍的方法，包括：在惰性气氛下混合氢氧化镍和氢氧化物，以形成混合物；和将混合物暴露于臭氧，以形成羟基氧化镍。2.权利要求1的方法，其中氢氧化镍包括β-氢氧化镍、涂有氢氧化钴的β-氢氧化镍、α-氢氧化镍或涂有氢氧化钴的α-氢氧化镍。3.权利要求1的方法，其中羟基氧化镍包括β-羟基氧化镍、涂有羟基氧化钴的β-羟基氧化镍、γ-羟基氧化镍或涂有羟基氧化钴的γ-羟基氧化镍。4.权利要求1的方法，其中惰性气氛基本上不含二氧化碳。5.权利要求1的方法，其中惰性气氛基本上不含水。6.权利要求1的方法，其中惰性气氛基本上不含二氧化碳且基本上不含水。7.权利要求1的方法，还包括在混合物暴露于臭氧之前或其间加热混合物。8.权利要求1的方法，还包括在混合物暴露于臭氧的过程中搅拌混合物。9.权利要求1的方法，其中将混合物暴露于臭氧包括将混合物与含臭氧的气体混合物接触。10.权利要求9的方法，其中气体混合物包括分子氧。11.权利要求9的方法，其中气体混合物包括水。12.权利要求1的方法，其中氢氧化镍是含有球形、扁球形或椭圆形颗粒的粉末。13.权利要求1的方法，其中氢氧化镍是基本上干燥的氢氧化镍。14.权利要求1的方法，其中氢氧化物包括氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化锂或其混合物。15.权利要求1的方法，其中氢氧化物包括氢氧化银或氢氧化金。16.权利要求1的方法，其中混合物暴露于臭氧的时间少于24小时。17.权利要求16的方法，其中氢氧化镍包括涂有氢氧化钴的β-氢氧化镍或涂有氢氧化钴的α-氢氧化镍。18...

【专利技术属性】
技术研发人员：PA克里斯蒂安，T梅兹尼，
申请(专利权)人：吉莱特公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]