一种铁酸铋/氢氧化镍二次碱性电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种铁酸铋/氢氧化镍二次碱性电池及其制备方法。本发明专利技术采用铁酸铋(BiFeO

A bismuth iron / nickel hydroxide two alkaline battery and its preparation method

The invention discloses a bismuth ferric hydroxide / two alkaline battery and its preparation method. The present invention uses bismuth ferrite (BiFeO)

【技术实现步骤摘要】
一种铁酸铋/氢氧化镍二次碱性电池及其制备方法
本专利技术涉及一种铁酸铋(BiFeO3)/氢氧化镍二次碱性电池及其制备方法，属于电化学储能

技术介绍
近年来，由于汽车尾气排放对城市造成的严重空气污染，已受到社会各界的高度重视，混合动力汽车和纯电动汽车的推广和普及被认为是解决这一问题的最佳方案。镍电池是指以氢氧化镍为正极材料的一类化学电源。但是，目前镍电池的各种负极材料还存在这样或那样的问题，如镍/氢电池负极采用稀土储氢合金，导致电池成本较高、电池的装配工艺具有较高要求；镍/镉电池的镉负极对环境的污染极大，同时其存在非常明显的记忆效应；镍/锌电池在充放电循环过程中，随着离子交换的进行而引起的渗透梯度、电流密度分布不均匀会造成锌负极的形变、钝化和腐烛。因此，寻找新型的镍电池负极材料成为镍电池发展的关键。铁酸铋材料在数据存储、自旋电子学、微电子学和可见光催化等领域有广阔的应用前景，受到人们广泛的关注。孙恺等以硝酸铁和硝酸铋为原料、氢氧化钠为矿化剂，采用水热法成功制备了铁酸铋粉体，研究了铁酸铋粉体在不同反应条件下的相结构与微观形貌的演变[稀有金属材料与工程44(2015)1999-2002.]。刘进荣等采用溶胶-凝胶法通过改变原料中铋/铁配比合成了以铁酸铋为主相的催化剂粉体，研究了光催化降解甲基橙的性能[固废处理与处置18(2014)82-85.]。Liu以氧化铋和三氧化二铁为原料，采用KCl-KBr熔盐法成功合成了单晶铁酸铋粉体，研究了产品物相、微观结构与制备条件的关系，并探讨了KCl-KBr熔盐法合成铁酸铋的机理[JournalofTheChineseCeramicSociety42(2014)471-475.]。Cai等以氧化铋和三氧化二铁为原料，采用微波烧结法制备出铁酸铋，研究了微波烧结时间对其显微结构、介电性和铁电性的影响[JournalofSyntheticCrystals55(2012)2438-2444.]。专利技术专利[申请公开号CN101734724A]公开了“一种铁磁性铁酸铋及其合成方法”，该专利技术将三氧化二铁、氧化铋、酒石酸或其他碳水化合物混合研磨，将混合物加热至体系开始燃烧，对燃烧所得物进行洗涤、过滤、干燥得产物铁磁性铁酸铋。专利技术专利[申请公开号CN102583566A]公开了“铁酸铋纳米纤维的制备方法”，该专利技术将硝酸铁、硝酸铋与柠檬酸溶液混合搅拌至澄清透明，再向溶液中添加聚乙烯吡咯烷酮继续搅拌至完全溶解，再将混合溶液进行静电纺丝，将收集到的纤维丝进行热处理，制备出铁酸铋纳米纤维。专利技术专利[申请公开号CN105772003A]公开了“一种单相铁酸铋可见光催化剂的快速合成方法”，该专利技术将等摩尔量的硝酸铁和硝酸铋溶解于去离子水中形成均匀溶液，然后滴加7mol/L的氢氧化钾溶液使铁离子和铋离子完全沉淀得到混合物，再将混合物置于反应釜中，进行微波水热反应，最终制得单一分散的铁酸铋粉体。专利技术专利[申请公开号CN105668642A]公开了“一种铁酸铋单晶纳米片的制备方法”，该专利技术将硝酸铁和柠檬酸铋溶于去离子水中，并加入适宜量的氢氧化钾或氢氧化钠促进晶化，于160～240℃下水热反应制得铁酸铋单晶纳米片。目前为止，人们对于铁酸铋材料的磁性、光催化性能的研究取得了一定的成就，但是对于其电化学性能的研究比较少。因此，将铁酸铋与氢氧化镍组合构造成新型的铁酸铋/氢氧化镍二次碱性电池将进一步拓展铁酸铋材料的应用领域，同时也是对镍电池技术的一种发展。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种铁酸铋/氢氧化镍二次碱性电池及其制备方法。本专利技术的技术方案为：一种铁酸铋/氢氧化镍二次碱性电池，以铁酸铋材料为电池的负极活性材料，以氢氧化镍材料为电池的正极活性材料，以碱溶液为电解质溶液，电池的电压窗口为0.2～1.5V。所述的氢氧化镍材料中所含元素的质量百分比为镍48～63％、钴0.5～12％、锌0.5～6.5％、铈0～8.5％、其余为氢、氧非金素元素；材料的松装密度为1.58～1.75g/cm3、材料的振实密度为2.0～2.5g/cm3；材料的比表面积为5～100m2/g；材料的粒径为1～15μm。所述的铁酸铋材料，其制备方法包括以下步骤：将铋原料、铁原料与溶剂充分混合，超声10～60min，配制成铋离子与铁离子的混合溶液、其中铋离子的浓度为0.01～5mol/L；将沉淀剂溶解于溶剂中配制成浓度为0.1～6mol/L沉淀剂溶液；在温度为10～180℃和搅拌条件下，将沉淀剂溶液滴加到混合溶液中反应0.5～10h后再经过烘干、研磨得到前驱物粉末；将前驱物粉末置于高温炉中，400～800℃中热处理1～20h后随炉冷却至室温；将热处理产物分别用水和乙醇洗涤多次、并进行固相分离，然后将固体物在80～150℃烘干至恒重制备出铁酸铋材料。进一步地，所述的溶剂，包括水、乙醇、乙二醇、丙三醇、聚乙二醇、二甘醇、三甘醇、乙二醇甲醚、乙二醇乙醚、乙二醇丁醚中的一种或两种以上。进一步地，所述的铋原料，所述的铋原料包括醋酸铋、硝酸铋、氯化铋、氧化铋、氢氧化铋、碳酸铋、碱式碳酸铋、硫酸铋、硫酸氧铋、硝酸氧铋中的一种或两种以上；所述的铁原料包括金属铁、醋酸铁、柠檬酸铁、硝酸铁、氯化铁、氧化铁、氢氧化铁、碳酸铁、碱式碳酸铋、硫酸铁中的一种或两种以上。进一步地，所述的沉淀剂包括氢氧化钠、氢氧化钾、醋酸钠、亚硝酸钠、EDTA四钠、酒石酸、酒石酸钠、甲酸钠、乳酸钠、丙酸钠、柠檬酸、柠檬酸钠、苯甲酸钠、邻苯二甲酸纳、水杨酸钠、醋酸钾、亚硝酸钾、EDTA四钾、酒石酸钾、甲酸钾、乳酸钾、丙酸钾、柠檬酸钾、苯甲酸钾、邻苯二甲酸钾、水杨酸钾、氨水中的一种或两种以上。进一步地，所述的铋原料与铁原料按铋元素与铁元素的摩尔比为(0.9:1)～(1:0.9)混合；所述的沉淀剂与溶液中铋元素和铁元素总和的摩尔比为(1:1)～(5:1)。进一步地，高温炉中的气氛环境为氮气、氩气、氦气、二氧化碳气、氧气中的两种以上的气体混合物，气体混合物中至少一种为氧气，氧气在混合气体中的体积百分数为10～99.9％，单一气体的纯度大于等于99.9％，混合气体的流量为5～500ml/min；所述的高温炉是指管式炉、坩埚炉、还原炉、真空炉中的任意一种，并可采用任意加热方式。铁酸铋/氢氧化镍二次碱性电池的制备方法，包括以下步骤：(1)铁酸铋电极和氢氧化镍电极的制备铁酸铋电极的制备：将粘结剂溶于N-甲基吡咯烷酮中，配成0.02～1g/ml的溶液，再将铁酸铋材料、导电剂加入到粘结剂溶液中，搅拌均匀至膏状，涂覆在集流体上，再将其置于干燥箱中80～150℃干燥5～36h，经辊压后裁成电极片，即得到铁酸铋电极电极，所述铁酸铋材料、导电剂及粘结剂满足如下质量百分比：铁酸铋材料70～95％、导电剂3～15％、粘结剂2～15％；氢氧化镍电极的制备：按照氢氧化镍材料70～95％、导电剂3～15％、粘结剂2～15％的质量百分比称量备用，然后依次将粘结剂、导电剂、氢氧化镍材料混合均匀调成糊状涂抹于泡沫镍上，80～150℃干燥5～36h，辊压并裁剪后得到氢氧化镍电极片；(2)铁酸铋/氢氧化镍二次碱性电池的组装将步骤(1)中得到的电极片按铁酸铋电极片、隔膜、氢氧化镍电极片依次放入电池模具中构造成二电极的三明治结构，滴本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铁酸铋/氢氧化镍二次碱性电池，其特征在于，以铁酸铋材料为电池的负极活性材料，以氢氧化镍材料为电池的正极活性材料，以碱溶液为电解质溶液，电池的电压窗口为0.2～1.5V。

【技术特征摘要】
1.一种铁酸铋/氢氧化镍二次碱性电池，其特征在于，以铁酸铋材料为电池的负极活性材料，以氢氧化镍材料为电池的正极活性材料，以碱溶液为电解质溶液，电池的电压窗口为0.2～1.5V。2.根据权利要求1所述的铁酸铋/氢氧化镍二次碱性电池，其特征在于，所述的氢氧化镍材料，所含元素的质量百分比为：镍48～63％、钴0.5～12％、锌0.5～6.5％、铈0～8.5％、其余为氢、氧非金属元素；氢氧化镍材料的松装密度为1.58～1.75g/cm3、振实密度为2.0～2.5g/cm3；氢氧化镍材料的比表面积为5～100m2/g，粒径为1～15μm。3.根据权利要求1或2所述的铁酸铋/氢氧化镍二次碱性电池，其特征在于，所述的铁酸铋电极材料，其制备方法包括如下步骤:将铋原料、铁原料与溶剂充分混合，超声10～60min，配制成铋离子与铁离子的混合溶液、其中铋离子的浓度为0.01～5mol/L；将沉淀剂溶解于溶剂中配制成浓度为0.1～6mol/L沉淀剂溶液；在温度为10～180℃和搅拌条件下，将沉淀剂溶液滴加到混合溶液中反应0.5～10h后进行烘干、研磨得到前驱物粉末；将前驱物粉末置于高温炉中，400～800℃热处理1～20h后随炉冷却至室温，将热处理产物分别用水和乙醇洗涤、并进行固相分离，然后将固体物在80～150℃烘干至恒重制备出铁酸铋材料。4.根据权利要求3所述的铁酸铋/氢氧化镍二次碱性电池，其特征在于，所述的溶剂为水、乙醇、乙二醇、丙三醇、聚乙二醇、二甘醇、三甘醇、乙二醇甲醚、乙二醇乙醚、乙二醇丁醚中的一种或两种以上。5.根据权利要求3所述的铁酸铋/氢氧化镍二次碱性电池，其特征在于，所述的铋原料包括醋酸铋、硝酸铋、氯化铋、氧化铋、氢氧化铋、碳酸铋、碱式碳酸铋、硫酸铋、硫酸氧铋、硝酸氧铋中的一种或两种以上；所述的铁原料包括金属铁、醋酸铁、柠檬酸铁、硝酸铁、氯化铁、氧化铁、氢氧化铁、碳酸铁、碱式碳酸铋、硫酸铁中的一种或两种以上。6.根据权利要求3所述的铁酸铋/氢氧化镍二次碱性电池，其特征在于，所述的沉淀剂包括氢氧化钠、氢氧化钾、醋酸钠、亚硝酸钠、EDTA四钠、酒石酸、酒石酸钠、甲酸钠、乳酸钠、丙酸钠、柠檬酸、柠檬酸钠、苯甲酸钠、邻苯二甲酸钠、水杨酸钠、醋酸钾、亚硝酸钾、EDTA四钾、酒石酸钾、甲酸钾、乳酸钾、丙酸钾、柠檬酸钾、苯甲酸钾、邻苯二甲酸钾、水杨酸钾、氨水中的一种或两种以上。7.根据权利要求3所述的铁酸铋/氢氧化镍二次碱性电池，其特征在于，所述的铋原料与铁原料按铋元素与铁元素的摩尔比为(0.9:1)～(1:0.9)混合；所述的沉淀剂与溶液...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘恩辉，杨锃，王洛，蒋海霞，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43