一种经过表面修饰的电极材料及其表面修饰方法和应用的制作方法

文档序号:7227018阅读:248来源:国知局
专利名称:一种经过表面修饰的电极材料及其表面修饰方法和应用的制作方法
技术领域
本发明涉及电极材料,具体涉及一种经过表面修饰的电极材料及其表面修饰方法和应用。
背景技术
AB5型稀土基贮氢合金是LaNi5及其衍生形式(如La0.65Ce0.28Pr0.02Nd0.05Ni3.8Co0.7Mn0.3Al0.2)的合金,目前商业化用于镍氢电池负极的主要是AB5型稀土基贮氢合金。电极材料的性能与其电极材料的表面结构有很大关系,因此常常要对电极材料进行表面修饰。目前,常用的对电极材料的表面修饰方法有酸处理、碱处理、表面镀覆和加入表面改性添加剂等。加入添加剂按作用机理的不同又可以分为两类第一类是以导电性为主的添加剂,如金属粉Ni、Co等和石墨、乙炔黑等,第二类是以电催化作用为主的添加剂,主要是氧化物。Chiaki Iwakura等(J Electrochem Soc,1994,1411747)披露Co3O4和RuO2的加入可提高AB5型贮氢合金电极反应的交换电流密度。陶大明等(Rare Metal Materials and Engineering,2005,34552)披露了La2O3、CeO2等稀土氧化物也对AB5型稀土贮氢合金的电化学容量和循环稳定性的提高有明显作用,但是其改进结果并不明显,并且这些稀土氧化物并不容易得到。

发明内容
为克服现有技术的上述缺陷,本发明提供一种经过表面修饰的电极材料,所述的电极材料由AB5型稀土基贮氢合金与过渡金属氧化物组成。所述过渡金属氧化物的质量是AB5型稀土基贮氢合金的0.5%~10%;所述过渡金属氧化物较好为V2O5、Cr2O3、Cu2O中的一种或几种,最好为V2O5。
本发明还提供一种电极材料的表面修饰方法,包括以下步骤(1)将AB5型稀土基贮氢合金粉与过渡金属氧化物粉末混合,其中过渡金属氧化物粉末的质量是AB5型稀土基贮氢合金粉质量的0.5%~10%,研磨使其混合均匀;(2)将研磨后的粉末转移到行星式球磨机的玛瑙罐中,以无水乙醇作为分散剂,乙醇的体积控制为混合粉末体积的10~50倍,控制玛瑙球的质量为混合粉末质量的5~15倍(即球料比为5~15∶1),球磨10~30分钟,然后脱去乙醇即得;其中,步骤(1)中所述的过渡金属氧化物较好是V2O5、Cr2O3、Cu2O中的一种或几种,最好是V2O5。
步骤(1)中所述过渡金属氧化物粉末的质量最好是AB5型稀土基贮氢合金粉质量的3%。
所述步骤(2)中所述玛瑙球的质量较好为混合粉末质量的10~12倍。
本发明还提供所述电极材料在制备贮氢电极上的应用,包括以下步骤(1)往权利要求1所述的经过表面修饰的电极材料中加入PTFE乳液,使PTFE的含量占总质量的4%~8%,搅和挤压使均匀混合;(2)辗压平铺使混合物的厚度为0.5mm~2mm,室温下凉干,取下混合物并切割成直径为5mm~8mm的圆片;(3)将圆片于40℃~80℃下干燥12h~24h,然后将圆片夹于两直径11mm的圆形泡沫镍片的中间,加压到20MPa,引出镍带极耳,即得到贮氢电极。
本发明所述的PTFE乳液即聚四氟乙烯乳状液。
本发明与现有技术相比,具有以下有益效果本发明采用V2O5、Cr2O3、Cu2O等过渡金属氧化物作为改性添加剂,使合金的颗粒得到细化,提高了合金的比表面积,搞高了合金充放电过程中的利用率,合金的初始放电容量增大,最大初始放电容量达到332.6mAh/g,而且对合金在充放电过程中的吸放氢动力学行为有很好的催化作用,合金的倍率放电性能也显著提高,同时因为这些过渡金属氧化物是常见的氧化物,原材料很容易得到。


图1为原贮氢合金粉球磨后的表面形貌图;图2为贮氢合金粉经本发明实施例1的方法修饰后的电极材料表面形貌图;图3为实施例1所得的电极材料与原贮氢合金粉球磨后所得的电极材料的倍率放电性能比较图,其中曲线A为原贮氢合金粉球磨后所得的电极材料的倍率放电曲线,曲线C为实施例1所得的电极材料的倍率放电曲线。
具体实施例方式
以下提供本发明的一些优选的实施例,以助于进一步理解本发明。
以下实施例中所用的AB5型稀土基贮氢合金粉末为La0.65Ce0.28Pr0.02Nd0.05Ni3.8Co0.7Mn0.3Al0.2,来源于广州有色金属研究院。所用V2O5、Cr2O3、Cu2O的纯度均为分析纯。
实施例1 本发明的电极材料及其表面修饰方法取AB5型稀土基贮氢合金粉末5g与V2O5粉末0.15g混合,研磨使其混合均匀,然后将研磨后的混合粉末置于行星式球磨机的玛瑙罐中,以无水乙醇作为分散剂,乙醇的体积控制为混合粉末体积的40倍,控制玛瑙球的质量为混合粉末质量的15倍,以350r/min的转速球磨30分钟。室温下自然挥发掉大部分乙醇,置于40℃的真空干燥箱中2h,脱去残余的乙醇,将真空干燥箱的温度调到80℃并维持12h使合金样品进一步脱湿并活化,便得到了过渡金属氧化物表面修饰的贮氢合金电极材料。
实施例2 本发明的电极材料及其表面修饰方法取AB5型稀土基贮氢合金粉末15g与V2O5粉末0.45g混合,放到行星式球磨机的玛瑙罐中,其中V2O5的质量是AB5型稀土基贮氢合金粉质量的3%,以无水乙醇作为分散剂,乙醇的体积控制为物料体积的40倍,控制玛瑙球与物料的质量比为15∶1,以250r/min的转速球磨30分钟。室温下自然挥发掉大部分乙醇,置于40℃的真空干燥箱中2h,脱去残余的乙醇,将真空干燥箱的温度调到80℃并维持12h,使合金样品进一步脱湿并活化,便得到了过渡金属氧化物表面修饰的贮氢合金电极材料。
实施例3 对比实验取AB5型稀土基贮氢合金粉末与实施例1所得的电极材料粉末,由SEM观察修饰效果,图1为原贮氢合金粉球磨后所得的电极材料的表面形貌图,2为贮氢合金粉经本发明实施例1的方法修饰后的电极材料表面形貌图。由图1和图2的对比可以看出,经本发明的方法表面修饰后,合金的颗粒细化,同时形成类似蜂窝的特殊的多孔体相结构,大大提高了合金的比表面积。
实施例4 对比实验取AB5型稀土基贮氢合金粉和实施例1所得的电极材料粉末分别进行倍率放电实验,操作中取20mg样品在1mA电流下进行4次充放循环,使样品活化,接下来的测试中,样品都以1mA电流充电至比容量为350mAh/g,再分别以1mA、2mA、4mA、10mA的电流放电。图3为两种材料的倍率放电结果,其中曲线A为原贮氢合金粉球磨后所得电极材料的倍率放电曲线,曲线C为实施例1所得的电极材料的倍率放电曲线。从图3中两曲线的对比可以看出,样品C的高倍率放电性能明显优于样品A,即加入V2O5能够明显改善合金的高倍率放电性能。
实施例5 本发明的电极材料的应用在实施例1所得的电极材料中加入PTFE乳液,使PTFE的含量占总质量的5%,于玻璃板上搅和挤压均匀如面团状,辗压使其平铺于玻璃面上,厚度约0.5mm,室温下凉干0.5h,用镊子小心地从玻璃板上揭下布状的样品,切割成直径为5mm的圆片,将圆片置于80℃的真空干燥箱中烘干24h,将圆片夹于两直径11mm的圆形泡沫镍片的中间,加压到20MPa,引出镍带极耳,即得到贮氢合金电极。
实施例6 本发明的电极材料及其表面修饰方法(1)取AB5型稀土基贮氢合金粉末25g与V2O5粉末0.125g混合,研磨使其混合均匀;(2)然后将研磨后的混合粉末置于行星式球磨机的玛瑙罐中,以无水乙醇作为分散剂,乙醇的体积控制为混合粉末体积的50倍,控制玛瑙球的质量为混合粉末质量的15倍,以300r/min的转速球磨10分钟。室温下自然挥发掉大部分乙醇,置于40℃的真空干燥箱中2h,脱去残余的乙醇,将真空干燥箱的温度调到80℃并维持12h使合金样品进一步脱湿并活化,即得本发明的过渡金属氧化物表面修饰的贮氢合金电极材料。
实施例7 本发明的电极材料及其表面修饰方法(1)取AB5型稀土基贮氢合金粉末20g与V2O5粉末2g混合,研磨使其混合均匀;(2)然后将研磨后的混合粉末置于行星式球磨机的玛瑙罐中,以无水乙醇作为分散剂,乙醇的体积控制为混合粉末体积的10倍,控制玛瑙球的质量为混合粉末质量的5倍,以150r/min的转速球磨20分钟。室温下自然挥发掉大部分乙醇,置于40℃的真空干燥箱中2h,脱去残余的乙醇,将真空干燥箱的温度调到80℃并维持12h使合金样品进一步脱湿并活化,即得本发明的过渡金属氧化物表面修饰的贮氢合金电极材料。
实施例8 本发明的电极材料及其表面修饰方法
(1)取AB5型稀土基贮氢合金粉末20g与Cr2O3粉末0.6g混合,研磨使其混合均匀;(2)取AB5型稀土基贮氢合金粉末20g与Cu2O粉末0.6g混合,研磨使其混合均匀;(3)然后将研磨后的混合粉末分别置于行星式球磨机的两个玛瑙罐中,以无水乙醇作为分散剂,乙醇的体积控制为混合粉末体积的10倍,控制玛瑙球的质量为混合粉末质量的5倍,以150r/min的转速球磨10分钟。室温下自然挥发掉大部分乙醇,置于40℃的真空干燥箱中2h,脱去残余的乙醇,将真空干燥箱的温度调到80℃并维持12h使合金样品进一步脱湿并活化,即得本发明的Cr2O3和Cu2O表面修饰的贮氢合金电极材料。
权利要求
1.一种经过表面修饰的电极材料,其特征是,由AB5型稀土基贮氢合金与过渡金属氧化物组成,其中过渡金属氧化物的质量是AB5型稀土基贮氢合金质量的0.5%~10%。
2.根据权利要求1所述的一种经过表面修饰的电极材料,其特征是,所述的过渡金属氧化物是V2O5、Cr2O3、Cu2O中的一种或几种。
3.根据权利要求2所述的一种经过表面修饰的电极材料,其特征是,所述的过渡金属氧化物是V2O5。
4.根据权利要求1所述的一种经过表面修饰的电极材料,其特征是,所述过渡金属氧化物的质量是AB5型稀土基贮氢合金质量的3%。
5.一种权利要求1所述经过表面修饰的电极材料的表面修饰方法,其特征是,包括以下步骤(1)将AB5型稀土基贮氢合金粉与过渡金属氧化物粉末混合,其中过渡金属氧化物粉末的质量是AB5型稀土基贮氢合金粉质量的0.5%~10%,研磨使其混合均匀;(2)将研磨后的粉末转移到行星式球磨机的玛瑙罐中,以无水乙醇作为分散剂,乙醇的体积控制为混合粉末体积的10~50倍,控制玛瑙球的质量为混合粉末质量的5~15倍,球磨10~30分钟,然后脱去乙醇即得。
6.根据权利要求5所述的经过表面修饰的电极材料的表面修饰方法,其特征是,所述步骤(1)中过渡金属氧化物是V2O5、Cr2O3、Cu2O中的一种或几种。
7.根据权利要求6所述的经过表面修饰的电极材料的表面修饰方法,其特征是,所述步骤(1)中过渡金属氧化物是V2O5。
8.根据权利要求5所述的经过表面修饰的电极材料的表面修饰方法,其特征是,所述步骤(1)中所述过渡金属氧化物粉末的质量是AB5型稀土基贮氢合金粉质量的3%。
9.根据权利要求5所述的经过表面修饰的电极材料的表面修饰方法,其特征是,所述步骤(2)中所述玛瑙球的质量为混合粉末质量的10~12倍。
10.权利要求1所述的经过表面修饰的电极材料在制备贮氢电极上的应用,包括以下步骤(1)往经过表面修饰的电极材料中加入PTFE乳液,使PTFE的含量占总质量的4%~8%,搅和挤压使均匀混合;(2)辗压平铺使混合物的厚度为0.5mm~2mm,室温下凉干,取下混合物并切割成直径为5mm~8mm的圆片;(3)将圆片于40℃~80℃下干燥12h~24h,然后将圆片夹于两直径11mm的圆形泡沫镍片的中间,加压到20MPa,引出镍带极耳,即得到贮氢电极。
全文摘要
本发明涉及电极材料,具体涉及一种经过表面修饰的电极材料及其表面修饰方法和应用。所述的电极材料由AB
文档编号H01M4/04GK101030636SQ200710027388
公开日2007年9月5日 申请日期2007年4月3日 优先权日2007年4月3日
发明者郭先锋, 吕东生, 周柳, 李伟善 申请人:华南师范大学
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1