一种用于可充电电池的负极材料制造技术

一种用于可充电电池的负极材料，涉及电池用材料领域，该化合物成分范围（原子比）为ＬａＣｏ↓［１３－ｘ］Ｎｉ↓［ｘ］，其中０．８≤Ｘ≤２，本发明专利技术化合物具有较高的电化学充放电容量。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电池的负极材料，适用于可充电电池领域。随着现代电子和通信工业的发展，对二次可充电电池的需求量越来越大，因此研究高容量、无毒无污染，循环寿命长的新型高容量可充电电池和电极材料是当前的一个重要研究课题，目前二次可充电电池主要有以下几种铅酸电池、镍隔电池、镍氢电池和锂离子电池，铅酸电池由于其容量低难以制成小型可充电电池应用，镍隔电池由于具有记忆效应及存在着严重的环境污染成为逐渐淘汰的产品，而镍氢电池和锂离子电池由于具有高容量、长循环寿命、无毒无污染和无记忆效应等优异特性成为当前的首选产品，并已广泛的投入市场。对于镍氢电池而言，所用的负极材料主要是混合稀土MmNi5-型储氢合金，合金容量一般在300mAh左右，为了提高负极储氢合金的容量，目前正在开发的有Zr-基AB2型拉夫斯相合金、Ti-Zr基AB型合金和A2B型Mg2Ni镁基合金，但由于活化慢或循环寿命差等原因除少部分AB2型合金外，其他合金均尚未达到实际应用。本专利技术的目的在于提供一种高容量的且用于可充电电池的负极材料。基于上述目的，本专利技术成分范围(原子比)为LaCo13-XNiX，其中0.8≤X≤2。已知LaCo13的晶体结构为体心立方结构，如图1所示，每个单胞含8个LaCo13分子，其晶格常数为11.344，每个LaCo13分子的结构如图2所示，其中13个Co原子集中在体心立方结构的心部，La原子分布在四个角上，已知体心立方结构中最大的间隙为四面体间隙，并且每个体心立方结构晶胞中有12个四面体间隙，如图2，根据理论计算，如果每个LaCo13分子吸收12氢原子，则其理论电化学容量为356mAh/g，但实际上LaCo13的电化学容量并未达到其理论值356mAh/g，而在加入Ni元素后，形成为LaCo13-XNiX化合物，随着镍对钴的替代，当镍含量为0.8≤X≤2时，在60-80℃温度范围内，该化合物具有很高的电化学充放电容量，其最高容量为353mAh，这一点可以从实施例的实验中验证，我们分析认为LaCo13-XNiX在一定条件下具有高的电化学充放电容量主要是通过吸氢反应得到的，另外Co的溶解也产生了一定的容量贡献，其电化学反应与LaNi5的电化学反应相同，为La+XH2O+Xe-=dchLaHX+OH-E0=-0.930---0.860V]]>本专利技术负极材料合金粉通过如下生产方法制得。根据LaCo13-XNiX原子比计算得出合金中各元素的重量百分比，按合金中各元素的重量百分比进行配料，为了补偿烧损，稀土镧有少量的过量，配好的合金原料在具有高纯氩气保护的电弧炉中熔炼成铸锭，然后将铸锭在900℃温度，高纯氩气保护下均匀化处理48小时，冷却到室温后研磨成一定粒度的合金粉备用。与目前在镍氢电池中普遍使用的一种LaNi5型Mm(NiCoMnAl)5化合物相比，本专利技术化合物具有更高的电化学容量。 附图说明图1为LaCo13的单胞结构图。图2为LaCo13分子的结构。图3为当X=0,X=0.8,X=1.2,X=2.0时LaCo13-XNiX化合物的X-射线衍射谱图。图4为当X=0,X=2,X=4时LaCo13-XNiX化合物的X-射线衍射谱图。图5为当X=0,X=0.4,X=0.8,X=2.0,X=4.0时，LaCo13-XNiX和LaNi5型MmNi3.55Co0.65Mn0.7Al0.1化合物在60mA充放电条件下的电化学容量与温度的关系。图6为LaCo12.2Ni0.8化合物在60℃、150mA充放电电流下头30次循环的电化学容量测试结果，图7为LaCo12.2Ni0.8和LaNi5化合物在头30次循环的电化学循环时的第n次循环与第一次循环的电化学容量比。实施例我们对LaCo13型LaCo13-XNiX化合物的电化学充放电特性进行研究，实验结果表明，该化合物具有较高的电化学充放电容量，材料的制备及电化学放电实验方法如下根据原子比计算得出合金各元素的重量百分比，按合金的重量百分比进行配料，为了补偿烧损，稀土镧有少量的过量，配好料的合金原料在具有高纯氩气保护的水冷铜坩埚的电弧炉中熔炼而成，然后在将铸锭在900℃温度，高纯氩气保护下均匀化处理48小时，冷却到室温后研磨成小于250目的合金粉，X-射线衍射被用来确定它们的晶体结构。为了进行电极容量和电压的测试，小于250目的1g合金粉与1g镍粉及少量粘结剂均匀混合后，冷压制成直径d=15mm的园片做为负极使用，正极采用与Ni-MH电池相同的Ni(OH)2-NiOOH电极，Hg/HgO/6M KOH用来做为参比电极。在电极性能测试过程中，根据充电电流大小的不同，分别充电不同的时间以使电极达到充分的饱和，充电后停顿15分钟，然后放电到负极的电极电位相对于参比电极的电极电位为-0.5V为止，然后进行新一轮的充放电循环。图3和图4分别给出了几种不同LaCo13-XNiX化合物的X-射衍射谱图，由图3和图4可见在X≤0.8时基本形成了LaCo13型单相化合物，在X＞0.8时，有少量的1∶5相析出，并随镍含量的增加而增加，当X=4时，则生成了由1∶5相和少量的α-Co及镍组成的多相混合物。图5给出了LaCo13-XNiX化合物和在60mA充放电电流下的电化学容量随温度的变化，为了对比，图5中给出了目前在镍氢电池中普遍使用的一种LaNi5型Mm(NiCoMnAl)5化合物在相同电流下的电化学容量随温度的变化，由图5可见，随着镍对钴的替代，当镍含量0.8≤X≤2时，在60-80℃温度范围内，该化合物具有很高的电化学充放电容量，其最高容量达到353mAh，该值接近于LaNi5化合物的理论容量值(371mAh)，而MmNi3.55Co0.65Mn0.7Al0.1化合物的电化学容量在30℃左右时最高，随着温度的增加，其电化学放电容量降低，与MmNi3.55Co0.65Mn0.7Al0.1化合物相比，LaCo13-XNiX(0.8≤X≤2)化合物具有更高的电化学容量。图6为LaCo12.2Ni0.8化合物在60℃、150mA充放电电流下头30个循环的电化学循环测试结果，图7给出了LaNi5和LaCo12.2Ni0.8化合物的第n次循环的电化学容量与第一次循环电化学容量的比，其中LaNi5的结果是根据文献(L.Schlapbach,A.Seiler,F.Stucki and H.C.Siegmann,J.Less-CommonMetals,73(1980)145-160)得到的。由图6和图7可见，两者的容量下降趋势是不同的，其中的LaNi5容量下降与循环次数成正比关系，而LaCo12.2Ni0.8化合物的容量在头几次循环的容量下降较大，随着循环的增加，容量下降逐渐变小，由此可见在电化学循环寿命上本专利技术合金比LaNi5合金要好。权利要求1.一种用于可充电电池的负极材料，其特征在于成分范围(原子比)为LaCo13-XNiX，其中0.8≤X≤2。全文摘要一种用于可充电电池的负极材料,涉及电池用材料领域,该化合物成分范围(原子比)为LaCo文档编号H01M4/36GK1216408SQ98125288公开日1999年5月12日 申请日期1998年12月17日 优先权日1998年12月17日专利技术者吴建民, 王瑞珍, 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于可充电电池的负极材料，其特征在于：成分范围（原子比）为ＬａＣｏ↓［１３－Ｘ］Ｎｉ↓［Ｘ］，其中０．８≤Ｘ≤２。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴建民，王瑞珍，苏航，李蓉，李君，付静媛，王新林，
申请(专利权)人：冶金工业部钢铁研究总院，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]