高溫鎳氫電池關(guān)鍵技術(shù)

3、摻雜滲鍍梯度復(fù)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(或稱覆鈷)在逐步走向商品化。以至于有人說[2]“目前β-Ni(OH)2的開發(fā)已接近極限;納米Ni(OH)2及α-Ni(OH)2材料的研究和開發(fā)前景將會(huì)十分廣闊”。

梯度功能材料(Functionally Gradient Materials,簡稱FGM)是應(yīng)現(xiàn)代航天航空工業(yè)等高技術(shù)領(lǐng)域的需要，為滿足在極限環(huán)境(超高溫、大溫度落差)下能反復(fù)正常工作而發(fā)展起來的一種新型功能材料[3]。是目前國際復(fù)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(fù)合球形氫氧化鎳應(yīng)分為兩個(gè)概念：

一、摻雜球形氫氧化鎳，它是在傳統(tǒng)的摻雜Cd+Co和摻雜Zn+Co球鎳基礎(chǔ)上，優(yōu)化選擇Ⅱ族元素、稀土元素等，制備出成分均勻、微觀結(jié)構(gòu)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(wěn)定的球形氫氧化鎳。在該方面，作者認(rèn)為自己開發(fā)的“體系微晶在線三元控制法”，在產(chǎn)品穩(wěn)定性、均勻性;工藝再線控制簡易程度、參數(shù)精密可靠度;低廉設(shè)備投資和產(chǎn)品整體成本等方面處于國內(nèi)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，無一例品質(zhì)投訴事件，開創(chuàng)國內(nèi)同類產(chǎn)品之先河[4][5]。

二、梯度復(fù)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(qū)別。包鈷球鎳是簡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(fù)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(yán)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基材的晶體缺陷向基體內(nèi)部快速擴(kuò)散。最后形成欲滲金屬元素在基體表面富集結(jié)晶，并滲入到基體內(nèi)一定深度，由表及里，欲滲元素濃度呈梯度遞減，其組織結(jié)構(gòu)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的性能，中間層性能逐漸過度的梯度功能材料。組分連續(xù)變化的梯度材料的致密化使?jié)B鍍材料與基體結(jié)合牢固，制造成電池材料反應(yīng)過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，通過加入選擇Ⅱ族元素、稀土元素等，制備出摻雜滲鍍梯度復(fù)合球形氫氧化鎳從而獲得高溫鎳氫電池的效果。

4、結(jié)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(yīng)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(yīng)用之外，其他在鎳氫正負(fù)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(yīng)用。機(jī)械混合法表面混合存在均勻性問題從而影響性能;化學(xué)沉淀摻雜、包覆較機(jī)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(fù)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(xiàn)

[1] 新型寬溫區(qū)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(xiàn)狀和展望 河南科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版) 2005.26(1).-100-104

[3] 貢長生 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(nèi)之首　電源技術(shù) 2005 (2)

[5] 球鎳質(zhì)量穩(wěn)定獲松下贊許　國內(nèi)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(yīng)用前景　礦產(chǎn)與地質(zhì)，2001 15(增刊)

[7] 呂文廣 鄭景宜 現(xiàn)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(yīng)用狀況和趨勢　國際電池 2004 (11);28-31