一种铁镍电池负极硅酸盐晶体材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种铁镍电池负极硅酸盐晶体材料的制备方法，将可溶性铁盐与可溶性锡盐按比例溶解于去离子水中，在30~70℃的条件下再加入硅酸钠溶液进行反应，经过滤、洗涤、干燥后制得硅酸盐前驱体。将制得的硅酸盐前驱体于700~1050℃惰性或还原性气氛中烧结1~10h制得目标产物硅酸盐晶体材料Sn

Preparation of silicate crystal material for negative electrode of iron nickel battery

【技术实现步骤摘要】
一种铁镍电池负极硅酸盐晶体材料的制备方法
本专利技术属于碱性二次电池负极材料
，具体涉及一种铁镍电池负极硅酸盐晶体材料的制备方法。
技术介绍
当前可供使用的方形二次电池主要由铅酸蓄电池、氢镍电池和锂离子电池，其中铅酸蓄电池比能量低，一般只能达到30~35Wh/Kg，循环寿命再300~350次左右，需要较长的充电时间，同时铅是有毒重金属，生产过程和回收时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。氢镍电池工作电压较低，高温时自放电较大，需要使用大量稀土原料，成本价格偏高，目前只适合做小型电器的电源。锂离子电池的比能量相对较高，可大电流充放电；但在生产和回收过程中对环境容易产生污染，现在所谓的环保仅仅是同铅酸电池相比较而言，而且由于锂离子电池存安全性问题，尤其是在大容量、高电压使用环境下安全性能更差，同时废旧磷酸铁锂、锰酸锂等锂离子电池回收困难有污染且没有回收价值等一系列问题，一定程度上对未来的人类环境会产生重大影响。铁镍二次电池原材料易购易得不受控制，其生产、使用、回收过程中均显示出环保安全的特点。但是铁镍二次电池铁负极的析氢过电位低，特别是充电后期会析出大量氢气，氢气的产生一定程度上降低了铁镍二次电池铁负极的充电效率；而大电流放电性能、低温性能等一直得不到有效的解决。目前多数的研究大多集中在添加剂的使用上，虽然对铁负极的性能有所改善，但仍不能改变铁负极材料的结构及固有特性。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是提供了一种能够提高析氢过电位并降低充电电压的铁镍电池负极硅酸盐晶体材料的制备方法，该方法利用锡相对较高的析氢过电位来抑制充电时铁负极析氢，以及结合硅酸盐的成膜性和介孔属性，最终有效提高了铁镍电池铁电极的析氢过电位，并提高了铁镍电池的充电效率及放电特性。本专利技术为解决上述技术问题采用如下技术方案：一种铁镍电池负极硅酸盐晶体材料的制备方法，其特征在于具体过程为：将可溶性铁盐与可溶性锡盐按比例溶解于去离子水中，在30~70℃的条件下加入硅酸钠溶液进行反应，经过滤、洗涤、干燥后制得硅酸盐前驱体；再将制得的硅酸盐前驱体于700~1050℃惰性或还原性气氛中烧结1~10h，制得的硅酸盐晶体材料Sn0-0.5Fe0.5-1SiO4可作为铁镍电池的负极活性物质或添加剂使用，充电时锡有助于提高负极材料的析氢过电位，进而提高铁镍电池的充电效率；放电时利用锡离子与放电产物氢氧化铁的相互作用，减弱钝化现象，阻止内阻增大，从而提高铁镍电池的放电效率。进一步优选，所述可溶性铁盐为硫酸铁、硫酸亚铁、氯化铁、氯化亚铁、硝酸铁或硝酸亚铁中的一种或多种；所述可溶性锡盐为硫酸亚锡或氯化亚锡中的一种或多种。进一步优选，所述铁镍电池负极硅酸盐晶体材料的制备方法，其特征在于具体步骤为：将硫酸铁和硫酸亚锡按照元素摩尔比Fe:Sn=0.5~1:0~0.5的比例加入到60℃的去离子水中并搅拌至溶解，再按照元素摩尔比Si:Fe=1:0.5~1的比例加入硅酸钠溶液并保持混合体系的pH值为8~10，充分反应2h后自然冷却陈化4~8h至室温，将沉淀物过滤、洗涤并在95~105℃的温度条件下烘干粉碎后得到硅酸盐晶体材料的前驱体；将制得的硅酸盐前驱体于700~1050℃还原性气氛中烧结1~10h制得目标产物硅酸盐晶体材料Sn0-0.5Fe0.5-1SiO4。本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：本专利技术的负极活性材料微观结构为超细微孔颗粒状，有流动性好、耐碱性好、结晶度高、抗膨胀性好、电解液湿润性高等特点；充电时锡有助于提高负极材料的析氢过电位，提高铁镍电池的充电效率，放电时利用锡离子与放电产物氢氧化铁作用，减弱了钝化现象，阻止了内阻的增大，从而提高了铁镍电池的放电效率。附图说明图1是含硅酸盐晶体材料铁负极与一般铁粉负极的充放电对比曲线。具体实施方式以下通过实施例对本专利技术的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本专利技术上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本专利技术上述内容实现的技术均属于本专利技术的范围。实施例1将硫酸铁和硫酸亚锡按照元素摩尔比Fe：Sn=0.5:0.5的比例加入到60℃的去离子水中并搅拌至溶解，再按照元素摩尔比Si：Fe=1:0.5的比例加入硅酸钠溶液并保持混合体系的pH值为9左右，充分反应2h后陈化6h左右自然冷却至室温，将沉淀物过滤、洗涤并在100±5℃的温度条件下烘干粉碎后得到硅酸盐晶体的前驱体。将硅酸盐前驱体放置于850℃氢气和氮气的混合气氛中烧结4h，再随炉冷却至室温得到目标产物Sn0.5Fe0.5SiO4。将17wt%硅酸盐晶体材料Sn0.5Fe0.5SiO4与80wt%Fe3O4混合后，加入3wt%的导电石墨，用1wt%HPMC和2.3wt%SBR粘结剂调制搅拌均即制成活性物质浆料，将活性物质浆料均匀涂布于密度320g/m2的泡沫镍基体上，经干燥、碾压后点焊极耳形成含硅酸盐晶体材料的负电极。将95wt%Fe3O4加入5wt%的导电石墨，用1wt%HPMC和2.3wt%SBR粘结剂调制搅拌均即制成活性物质浆料，将活性物质浆料均匀涂布于密度320g/m2的泡沫镍基体上，经干燥、碾压后点焊极耳形成普通铁电极。将含硅酸盐晶体材料的负电极和普通铁电极分别与烧结式镍正极用聚丙烯或聚乙烯隔膜隔开形成叠片式电池，装入尼龙塑料壳中，然后加入密度1.26g/mL的氢氧化钾水溶液，经3次充放电活化后，负极含硅酸盐晶体材料的电池充电效率80%，容量比达到257mAh/g，负极不含硅酸盐晶体材料的电池的充电效率为74%，容量比为232mAh/g。实施例2将氯化铁和氯化亚锡按照元素摩尔比Fe：Sn=0.5:0.5的比例加入到60℃的去离子水中并搅拌至溶解，再按照元素摩尔比Si：Fe=1:0.5的比例加入硅酸钠溶液并保持混合体系的pH值为9左右，充分反应2h后陈化6h左右自然冷却至室温，将沉淀物过滤、洗涤并在100±5℃的温度条件下烘干粉碎后得到硅酸盐晶体的前驱体。将硅酸盐前驱体放置于850℃氢气和氮气的混合气氛中烧结3h，再随炉冷却至室温得到目标产物Sn0.5Fe0.5SiO4。将17wt%硅酸盐晶体材料Sn0.5Fe0.5SiO4与80wt%Fe3O4混合后，加入3wt%的导电石墨，用1wt%HPMC和2.3wt%SBR粘结剂调制搅拌均即制成活性物质浆料，将活性物质浆料均匀涂布于密度320g/m2的泡沫镍基体上，经干燥、碾压后点焊极耳形成含硅酸盐晶体材料的负电极。将含硅酸盐晶体材料的负电极与烧结式镍正极用聚丙烯或聚乙烯隔膜隔开形成叠片式电池，装入尼龙塑料壳中，然后加入密度1.26g/mL的氢氧化钾水溶液，经3次充放电活化后电池充电效率78%，容量比达到249mAh/g。实施例3将硫酸亚铁和硫酸亚锡按照元素摩尔比Fe：Sn=0.5:0.5的比例加入到60℃的去离子水中并搅拌至溶解，再按照元素摩尔比Si：Fe=1:0.5的比例加入硅酸钠溶液并保持混合体系本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铁镍电池负极硅酸盐晶体材料的制备方法，其特征在于具体过程为：将可溶性铁盐与可溶性锡盐按比例溶解于去离子水中，在30~70℃的条件下再加入硅酸钠溶液进行反应，经过滤、洗涤、干燥后制得硅酸盐前驱体。/n

【技术特征摘要】
1.一种铁镍电池负极硅酸盐晶体材料的制备方法，其特征在于具体过程为：将可溶性铁盐与可溶性锡盐按比例溶解于去离子水中，在30~70℃的条件下再加入硅酸钠溶液进行反应，经过滤、洗涤、干燥后制得硅酸盐前驱体。


2.根据权利要求1所述的铁镍电池负极硅酸盐晶体材料的制备方法，其特征在于：将制得的硅酸盐前驱体在惰性气氛或还原性气氛中于700~1050℃烧结1~10h制得目标产物硅酸盐晶体材料Sn0-0.5Fe0.5...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨玉锋，徐平，李群杰，王晓燕，张俊美，
申请(专利权)人：河南创力新能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41