一种二氧化钛包覆镍-金属氢化物电池负极用稀土储氢合金粉的包覆方法技术

本发明专利技术公开一种二氧化钛包覆镍

【技术实现步骤摘要】
一种二氧化钛包覆镍
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金属氢化物电池负极用稀土储氢合金粉的包覆方法


[0001]本专利技术属于镍
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金属氢化物电池负极材料领域，具体涉及二氧化钛包覆镍
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金属氢化物电池负极用稀土储氢合金粉的包覆方法，尤其涉及二氧化钛包覆镍
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金属氢化物电池负极用A2B7型稀土储氢合金粉的包覆方法。

技术介绍

[0002]镍
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金属氢化物电池(Nickel
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Metal Hydrogen Battery)因具有体积能量密度高、低温性能优异、耐过充能力强或无记忆效应等优点，已广泛应用于各种电子设备中。但是商业化的AB5型合金中Co元素的加入降低了市场竞争力。而A2B7型储氢合金与AB5型相比，尤其是Ln
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Mg
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Ni系(Ln指混合稀土元素)储氢合金，其中的稀土元素对于镁元素的吸氢能力有类似催化剂的作用，使得该体系合金具有较高的气态储氢量(1.8wt.％)，及良好的活化性能和高倍率放电性能，因此，无论从性能角度还是市场竞争力角度都是应用于镍
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金属氢化物电池的候选负极材料。
[0003]尽管A2B7型储氢合金已经进入实用化阶段，但由于该类合金在强碱溶液中易于氧化腐蚀，导致合金粉化，加速了合金负极的腐蚀和活性物质的流失，最终导致合金负极的容量迅速衰减，循环性能差。因此，对该类合金的制备手段及改性方法仍需要进一步改善，这对提高该类合金的生产技术水平和综合性能具有重要的意义。
[0004]近年来，研究人员采取了多种新的技术和新的方法来提高该类储氢合金的综合性能。常用的优化合金体系的方法包括对合金进行元素替代，制备复合合金，调控热处理制度来控制合金成分，改善材料的性能以及利用同离子效应改良阳极区内双电层关键离子的分布等。除此之外，对合金进行表面处理也是一种有效的策略，该方法简单易操作，制造成本低廉，且有利于提高合金在强碱性电解液中的抗腐蚀能力和循环稳定性。二氧化钛(TiO2)具备低膨胀率、高机械稳定性、及耐酸碱等特点，使其展现出作为良好的复合包覆组分的巨大潜力。如果能将TiO2相包覆于储氢合金表面，保护负极免受电解质侵袭，抑制副反应，可能获得性能平衡优化过程中利远大于弊的更好的负极活性物质材料。
[0005]然而，将TiO2包覆于储氢合金表面用于电池负极活性物质并非易事；业内同行常言道：电池“电为先”，抑或是电池中除了隔膜与壳体两种材料之外，电池内其它材料都要求导电性能好，这样电池才能内阻小，放电功率与放出电能大，充电能垒小，节能降耗并且使用寿命长。常见化学计量比的二氧化钛为人们熟知的“钛白粉”，广泛用于白色颜料，导电性极弱或言之“不导电”，显然，将这种二氧化钛包覆自身导电性能的储氢合金粉违背电池设计常理。电池极板内用二氧化钛必须是导电二氧化钛或导电化处理的二氧化钛。较早专利技术增加二氧化钛导电性的是美国的哈罗德[Harold.R]，这揭示在美国专利商标局1960年6月14日公开的US2,940,941号(申请号)专利，该专利的题目是“改性二氧化钛及制备方法”，该专利技术的核心专利技术点为：将利用高温1000℃至1400℃灼烧二氧化钛提高其导电性的灼烧获得金红石构造二氧化钛的发现，改良为灼烧温度600℃至900℃。此后，增加二氧化钛导电性或
获得导电二氧化钛新方法日渐增多，行之有效的方法包括化学计量比的二氧化钛中的“氧”贫化，诸如，制造TiO2过程中调节化学计量比至TiO
1.98
，这种二氧化钛中的“氧”稍微贫化，其导电性陡然增加；还有一些其它行之有效的方法，诸如：美国专利商标局公开的US 9,493,883B2；US 8,827,083B2；US10,205,194B2；US7,514,124B2；US7,514,124B2；国家知识产权局公开的申请号为201410040976.1号，201510666889.1号，201510081677.7号，201711136999.2号等，这些代表性的专利技术都公开了提高二氧化钛导电性的行之有效的方法。
[0006]但关于二氧化钛在镍
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金属氢化物电池中的应用，主要是作为正极材料添加剂，改善镍
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金属氢化物电池的高温性能及循环稳定性。国家知识产权局2015年5月6日公开了题目为“高功率宽温动力镍氢电池”，公开号为CN104600375A的专利技术专利，该专利技术改善了镍
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金属氢化物电池在高温状态下的充放电性能。另一项日本专利局于2020年03月19日公开的“碱性二次电池的正极和包括该正极的碱性二次电池”(公开号：JP2020043010A)的专利提出使用含有用于维持导电网络的正极添加剂(二氧化钛等)能够抑制放电特性的高速下降。但二者都未涉及二氧化钛对负极储氢合金在电化学反应过程中的影响，目前，也未见相关工作报道二氧化钛在负极材料中的应用。
[0007]总之，对于A2B7型储氢合金应用于镍
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金属氢化物电池负极，目前平衡优化电池负极材料遇到的主要技术壁垒是合金负极的容量迅速衰减，循环性能差，该的技术壁垒没有从更根本上跨越，这构成了电池应用技术方面的技术缺陷，寻找在强碱电池环境下的包覆剂，并且该包覆剂具有充盈的克解容量迅速衰减，循环性能差的“性能红利”，而包覆剂增重对负极活性物质重量比容量减少以及导电性减弱等负面影响产生的弊端，在权衡利弊过程中，寻找到该利远大于弊的新型包覆剂及包覆方法对使用A2B7型储氢合金的电池企业与储氢合金粉生产企业，具有很大的吸引力。

技术实现思路

[0008]针对A2B7型储氢合金应用于镍
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金属氢化物电池负极，平衡优化电池负极材料过程中，合金负极的容量衰减快，循环性能差的技术缺陷，以及缺少克解该技术缺陷后产生的“红利”，远大于包覆剂增重对负极活性物质重量比容量减少和导电性减弱之弊端的新型包覆剂与对应包覆方法的现有行业难题。
[0009]本专利技术的目的是提供一种二氧化钛包覆镍
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金属氢化物电池负极用稀土储氢合金粉的包覆方法；尤其是提供一种提高A2B7型储氢合金的循环寿命和倍率性能，而负面影响电池行业能广泛接受的镍
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金属氢化物电池用A2B7型储氢合金负极材料的表面包覆方法。
[0010]实现本专利技术目的的技术方案，抑或是一种二氧化钛包覆镍
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金属氢化物电池负极用稀土储氢合金粉的包覆方法的技术方案，主要包括以下四个步骤：
[0011]第一步：制备钛源溶液：溶剂选择去离子水，溶质选择化学纯的氟钛酸铵，室温配制，该溶液配比为：溶剂的投料重量︰溶质的投料重量＝1︰0.01483。
[0012]第二步：制备悬浊液：该悬浊液的液体部分选择钛源溶液，固体粉末部分选择A2B7型稀土储氢合金粉，室温配制，悬浊液的配比为：钛源溶剂的投料重量︰固体粉末的投料重量＝1︰x，控制电机螺旋桨搅拌器搅拌时间为t1。
[0013]在此步骤中的x值范围：本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二氧化钛包覆镍
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金属氢化物电池负极用稀土储氢合金粉的包覆方法，其特征在于，包括以下四个步骤：第一步：制备钛源溶液：溶剂选择去离子水，溶质选择化学纯的氟钛酸铵，室温配制，配比为：溶剂的投料重量︰溶质的投料重量＝1︰0.01483；第二步：制备悬浊液：该悬浊液的液体部分选择钛源溶液，固体粉末部分选择A2B7型稀土储氢合金粉，室温配制，配比为：钛源溶剂的投料重量︰固体粉末的投料重量＝1︰x，控制电机螺旋桨搅拌器搅拌时间为t1；第三步：包覆反应：该包覆反应的促进剂选择化学纯的硼酸固体粉,反应原液选择第二部的含A2B7型稀土储氢合金粉的悬浊液，反应温度为室温，促进剂与悬浊液内溶剂的配比为：悬浊液内溶剂的投料重量︰促进剂的投料重量＝1︰y，控制电机螺旋桨搅拌器搅拌时间为t2，搅拌结束，开始静置，静置计时开始至包覆反应体系内的沉淀物全部沉淀到反应器的底部的时间间隔为t3；第四步：包覆物洁净处理：该洁净处理的三个连续进行的分步骤为：Ⅰ、沉淀物的离心脱液，其抑或是将第三步包覆反应静置出的沉淀物用离心机甩干；Ⅱ、沉淀物清洗，其抑或是将离心机甩干后的沉淀物用去离子水淋洗三遍，Ⅲ、真空干燥，其抑或是将用去离子水淋洗后的沉淀物放入真空干燥箱，开动机械泵抽真空并设置烘干温度为T1，设置烘干时间为t4；烘箱冷却至室温后，充入氩气，打开箱门取出烘干物即获得目标产物，其抑或是二氧化钛包覆镍
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金属氢化物电池负极用A2B7型稀土储氢合金粉。2.根据权利要求1所述的一种二氧化钛包覆镍
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金属氢化物电池负极用稀土储氢合金粉的包覆方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：任权兵，郑波，冯兰，程勇，吴耀明，尹东明，王春丽，王立民，
申请(专利权)人：中国科学院长春应用化学研究所，
类型：发明
国别省市：