高溫鎳氫電池關(guān)鍵技術(shù)

3、摻雜滲鍍梯度復合球形氫氧化鎳

球形氫氧化鎳產(chǎn)業(yè)化有十余年的經(jīng)歷，摻雜Cd+Co和摻雜Zn+Co球鎳商品化比較成熟，包鈷(或稱(chēng)覆鈷)在逐步走向商品化。以至于有人說(shuō)[2]“目前β-Ni(OH)2的開(kāi)發(fā)已接近極限;納米Ni(OH)2及α-Ni(OH)2材料的研究和開(kāi)發(fā)前景將會(huì )十分廣闊”。

梯度功能材料(Functionally Gradient Materials,簡(jiǎn)稱(chēng)FGM)是應現代航天航空工業(yè)等高技術(shù)領(lǐng)域的需要，為滿(mǎn)足在極限環(huán)境(超高溫、大溫度落差)下能反復正常工作而發(fā)展起來(lái)的一種新型功能材料[3]。是目前國際復合功能材料主要發(fā)展前沿技術(shù)領(lǐng)域。

摻雜滲鍍梯度復合球形氫氧化鎳應分為兩個(gè)概念：

一、摻雜球形氫氧化鎳，它是在傳統的摻雜Cd+Co和摻雜Zn+Co球鎳基礎上，優(yōu)化選擇Ⅱ族元素、稀土元素等，制備出成分均勻、微觀(guān)結構晶粒尺寸小、層間距大、半高寬較大的摻雜，比表面積和粒度分布符合要求，品質(zhì)穩定的球形氫氧化鎳。在該方面，作者認為自己開(kāi)發(fā)的“體系微晶在線(xiàn)三元控制法”，在產(chǎn)品穩定性、均勻性;工藝再線(xiàn)控制簡(jiǎn)易程度、參數精密可靠度;低廉設備投資和產(chǎn)品整體成本等方面處于國內領(lǐng)先地位。對松下電池公司批量供貨一年時(shí)間、近千噸產(chǎn)品中，無(wú)一例品質(zhì)投訴事件，開(kāi)創(chuàng )國內同類(lèi)產(chǎn)品之先河[4][5]。

二、梯度復合球形氫氧化鎳，它與目前包鈷球鎳有相似之處，但又有很大的區別。包鈷球鎳是簡(jiǎn)單地在球形氫氧化鎳中沉積包覆一層單一的氫氧化鈷;梯度復合球形氫氧化鎳是將欲滲材料(鈷、釔、鈦、鈣、鎂或其他稀土元素)與被修材料(摻雜球鎳)均放在嚴密控制條件的狀態(tài)，滲鍍離子與氫氧根在添加劑的作用下聚集在基材(摻雜球鎳)表面的離子不斷沿著(zhù)基材的晶體缺陷向基體內部快速擴散。最后形成欲滲金屬元素在基體表面富集結晶，并滲入到基體內一定深度，由表及里，欲滲元素濃度呈梯度遞減，其組織結構也呈梯度變化，形成基材外表面具有欲滲金屬的性能，基材心部仍保持原來(lái)的性能，中間層性能逐漸過(guò)度的梯度功能材料。組分連續變化的梯度材料的致密化使滲鍍材料與基體結合牢固，制造成電池材料反應過(guò)程中滲鍍材料與基體不容易脫落，保證了電池循環(huán)性能壽命一致性，通過(guò)加入選擇Ⅱ族元素、稀土元素等，制備出摻雜滲鍍梯度復合球形氫氧化鎳從而獲得高溫鎳氫電池的效果。

4、結論

在鎳氫電池正極配料中添加稀土、稀有、堿土元素或氧化物，能改善鎳氫電池在高溫狀態(tài)性能，其中具有代表性的元素為：如Mg、Ca、Sr、Sc、Y、La、鑭系元素、Ti、Zr、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Co、Cu、Zn、Cd、B、Al、Ga、In、Si、P、As、Sb、Bi其中一種或多種氧化物、氫氧化物。其中鋯在新能源材料中研究應用有不少介紹[6][7][8]，除鋯在核電站(核能，鋯板、管材)有產(chǎn)業(yè)化實(shí)際應用之外，其他在鎳氫正負極材料和鋰電池正極材料添加劑中尚不具備產(chǎn)業(yè)化的實(shí)際應用。機械混合法表面混合存在均勻性問(wèn)題從而影響性能;化學(xué)沉淀?yè)诫s、包覆較機械混合法有一定優(yōu)勢，仍存在生產(chǎn)工藝控制的技術(shù);摻雜滲鍍梯度復合球形氫氧化鎳可能是解決上述缺陷的有效辦法。

參考文獻

[1] 新型寬溫區鎳氫電池性能優(yōu)異 中國科技信息網(wǎng)

[2] 蘇凌浩 范少華　Ni(OH)2電化學(xué)性能改進(jìn)研究的現狀和展望 河南科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版) 2005.26(1).-100-104

[3] 貢長(cháng)生 張克立主編　新型功能材料　北京：化學(xué)工業(yè)出版社　2001;

[4] 筑巢引鳳　球鎳引領(lǐng)國內之首　電源技術(shù) 2005 (2)

[5] 球鎳質(zhì)量穩定獲松下贊許　國內訂單大增　電源技術(shù) 2005 (3)

[6] 呂文廣 鄭景宜 氧氯化鋯(二氧化鋯)的生產(chǎn)及在電池中的應用前景　礦產(chǎn)與地質(zhì)，2001 15(增刊)

[7] 呂文廣 鄭景宜 現代高新技術(shù)電池與鋯粉體材料 第二十五屆中國化學(xué)與物理電源學(xué)術(shù)年會(huì )論文集，2002,廣東惠州;

[8] 呂文廣 鋯在二次電池材料中的應用狀況和趨勢　國際電池 2004 (11);28-31