本發明專利技術公開了納米雙相氫氧化鎳電極材料及其制備方法，其特征在于采用一種三價金屬離子取代鎳離子，生成的納米氫氧化鎳為α-和β-的雙相結構，此雙相結構的氫氧化鎳電極材料同時擁有高容量以及高導電性等特征，并且該結構是在強堿中經過陳化處理得到，可以在強堿液中穩定存在。本發明專利技術制造的納米雙相氫氧化鎳電極質量電化學容量達350mAh/g，兩個放電平臺，電極膨脹小，壽命長，是達到實用要求的新一代多電子納米氫氧化鎳電極材料。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及化學工程與新材料領域，特別是一種。(ニ)
技術介紹
:氫氧化鎳是鎳鎘、鎳氫等堿性二次充電電池的正極材料。按照晶型的不同，氫氧化鎳可分為a-Ni (OH)2和P-Ni (OH)2兩種，在電化學充電過程中分別轉換成Y-NiOOH和^ -NiOOH0由于P-Ni (OH)2在強堿性溶液中穩定性很強，因此，長期以來一直受到人們的青睞，目前已經實現商業化。但是，具有水鎂石結構的P-Ni (OH)2在電化學反應過程中只交換I個電子，其理論容量只有289mAh/g，目前已基本達到容量的理論極限；而且在過充過程中，P-NiOOH容易向Y-NiOOH轉變，造成電極膨脹，從而導致容量衰減和電池的加速失效。所以，為了滿足電池高容量、高功率的不斷需求，人們又把研究的焦點轉向了 a-Ni(0H)2。a-Ni (OH)2的固相質子擴散系數比P-Ni(OH)2的大，其在電化學充電后轉化成具有較高鎳化學態的￥-祖0011，理論容量可高達48211^11ん；而且Q-Ni(OH)2的充電產物Y-NiOOH與a-Ni (OH)2的密度變化不大，因此鎳電極在a與Y之間進行轉化可避免膨脹問題的發生。然而，a-Ni(0H)2在強堿性溶液中不穩定，容易轉化成P-Ni(0H)2。為了穩定其結構，通常采用Al、Co、Fe、Mn或Zn等離子來部分取代鎳離子，形成一種結構穩定的水滑石型氫氧化物(LDHs)。根據這些研究，為了得到在強堿溶液中穩定存在的a-Ni (OH)2，金屬離子的取代量一般需要超過20%。不過，由于取代金屬離子多為非電化學活性的，因此，其取代量過高勢必會造成其容量的降低。專利
技術實現思路
:本專利技術的目的在于提 出一種，該材料不但可以穩定存在于強堿溶液中，而且更具有高的放電容量，其制備方法為利用化學共沉淀_水熱法。納米雙相氫氧化鎳電極材料，其特征在于它由a -Ni (OH)2和P -Ni (OH)2構成，它們的質量百分數為 a -Ni (OH)2 為 80-90%, ^-Ni (OH)2 為 10-20%。納米雙相氫氧化鎳電極材料的制備方法，其特征在于具體步驟如下:(I)備料:將初始堿水溶液超聲震蕩3-5分鐘，混合均勻備用，將初始鎳鹽溶液超聲震蕩3-5分鐘或攪拌10 15分鐘，混合均勻備用；其中，初始堿水溶液由至少ー種堿或堿和ー種緩沖劑組成，堿的濃度為0.4 1.0摩爾/升，緩沖劑的濃度為0.05 0.2摩爾/升，初始鎳鹽水溶液由鎳鹽和三價金屬鹽混合組成，初始鎳鹽水溶液中[Ni2+]+ [M3+] = 0.20 0.50摩爾/升，[M3+]/([Ni2+]+ [M3+])=0 0.15摩爾/升，初始堿水溶液與初始鎳鹽水溶液的體積比等于2 2.5: I ；(2)共沉淀:首先將配制好的初始鎳鹽水溶液置于反應器中，隨后將初始堿水溶液緩慢注入反應器中，直至反應后溶液PH值為7 10，反應溫度25 70°C，攪拌速度為500 1500轉/分，反應完成后靜置I 3小時，得到共沉淀生成物；(3)水熱處理:將共沉淀生成物轉移到水熱反應釜中，經120 180°C反應24 100小時，自然冷卻至室溫；(4)后處理:將步驟(3)得到的水熱產物清洗、過濾，經干燥得到納米雙相的氫氧化鎳電極材料。上述步驟(4)所說的干燥為60-65°C加熱干燥或噴霧干燥。上述所說的堿 為氫氧化鋰、氫氧化鉀或氫氧化鈉。上述所說的緩沖劑為草酸鹽或尿素。上述所說的鎳鹽為硝酸鹽、硫酸鹽或鹽酸鹽。上述所說的三價金屬鹽為硝酸鹽或硫酸鹽。本專利技術的化學分析:1、用三價金屬離子部分取代氫氧化鎳中的鎳，控制三價金屬離子的取代量，從而得到a-和￠-相共存的雙相結構的納米氫氧化鎳；2、用緩沖劑控制氫氧化鎳的成核速度，已獲得納米尺寸、結晶完整的雙相氫氧化鎳電極材料；3、對生成的納米雙相結構的氫氧化鎳作陳化和水熱處理，使其在強堿溶液中保持穩定，同時也促進了其更好的結晶。本專利技術的優越性:用本專利技術制造的納米雙相氫氧化鎳材料不但可以穩定存在于強堿溶液中，而且它的質量電化學容量可達350mAh/g，鎳電極具有膨脹小、穩定好、導電率高、長壽命等一系列優點。這是到目前為止，唯一達到實用要求的新一代無污染納米雙相氫氧化鎳高性能電極材料。具體實施方式:實施例1:初始鎳鹽水溶液和初始堿水溶液都用去離子水配制，初始堿水溶液300ml，含LiOH 0.5摩爾/升；初始鎳鹽水溶液:硝酸鎳0.225摩爾/升，硝酸鋁0.025摩爾/升；將配制的初始鎳鹽水溶液和初始堿水溶液分別超聲震蕩3 5分鐘，然后同時注入反應器中，混合反應液的溫度為35°C，PH值為8，反應時間為2小時，攪拌速度為1000轉/分，將反應后產物轉移至反應釜中，水熱反應溫度為165°C，時間72小時，用去離子水清洗、過濾，經60°C干燥，得到納米雙相氫氧化鎳材料，呈片狀。實施例2:初始鎳鹽水溶液和初始堿水溶液都用去離子水配制，初始堿水溶液300ml，含NaOH 0.5摩爾/升，尿素0.05摩爾/升；初始鎳鹽水溶液:硝酸鎳0.225摩爾/升，硝酸鋁0.025摩爾/升；將配制的初始鎳鹽水溶液和初始堿水溶液分別超聲震蕩3 5分鐘，然后同時注入反應器中，混合反應液的溫度為35°C，PH值為8，反應時間為2小時，攪拌速度為1000轉/分，將反應后產物轉移至反應釜中，水熱反應溫度150°C，時間48小吋，用去離子水清洗、過濾，經60°C干燥，得到納米雙相氫氧化鎳材料，呈片狀。實施例3:初始鎳鹽水溶液和初始堿水溶液都用去離子水配制，初始堿水溶液300ml，含LiOH 0.5摩爾/升；初始鎳鹽水溶液:硝酸鎳0.213摩爾/升，硝酸鋁0.037摩爾/升；將配制的初始鎳鹽水溶液和初始堿水溶液分別超聲震蕩3 5分鐘，然后同時注入反應器中，混合反應液的溫度為35°C，PH值為8，反應時間為2小時，攪拌速度為1000轉/分，將反應后產物轉移至反應釜中，水熱反應溫度為165°C，時間72小時，用去離子水清洗、過濾，經60°C干燥，得到納米雙相氫氧化鎳材料，呈片狀。實施例4:初始鎳鹽水溶液和初始堿水溶液都用去離子水配制,初始堿水溶液300ml，含NaOH 0.5摩爾/升，尿素0.05摩爾/升；初始鎳鹽水溶液:硝酸鎳0.213摩爾/升，硝酸鋁0.037摩爾/升；將配制的初始鎳鹽水溶液和初始堿水溶液分別超聲震蕩3 5分鐘，然后同時注入反應器中，混合反應液的溫度為35°C，PH值為8，反應時間為2小時，攪拌速度為1000轉/分，將反應后產物轉移至反應釜中，水熱反應溫度150°C，時間48小吋，用去離子水清洗、過濾，經60°C干燥，得到納米雙相氫氧化鎳材料，呈片狀。實施例5:初始鎳鹽水溶液和初始堿水溶液都用去離子水配制,初始堿水溶液300ml，含LiOH 0.5摩爾/升；初始鎳鹽水溶液:硫酸鎳0.213摩爾/升，硫酸鋁0.037摩爾/升；將配制的初始鎳鹽水溶液和初始堿水溶液分別超聲震蕩3 5分鐘，然后同時注入反應器中，混合反應液的溫度為50°C，PH值為8，反應時間為2小時，攪拌速度為1000轉/分，將反應后產物轉移至反應釜中，水熱反應溫度為165°C，時間72小時，用去離子水清洗、過濾，經60°C干燥，得到納米雙相氫氧化鎳材料，呈片狀。實施例6:初始鎳鹽水溶液和初始堿水溶液都用去離子水配本文檔來自技高網...
【技術保護點】
納米雙相氫氧化鎳電極材料，其特征在于它由α?Ni(OH)2和β?Ni(OH)2構成，它們的質量百分數為α?Ni(OH)2為80?90％，β?Ni(OH)2為10?20％。
【技術特征摘要】
1.米雙相氫氧化鎳電極材料，其特征在于它由a-Ni (OH) 2和P -Ni (OH) 2構成，它們的質量百分數為 a -Ni (OH)2 為 80-90%, ^-Ni (OH)2 為 10-20%。2.米雙相氫氧化鎳電極材料的制備方法，其特征在于具體步驟如下: (1)備料:將初始堿水溶液超聲震蕩3-5分鐘，混合均勻備用，將初始鎳鹽溶液超聲震蕩3-5分鐘或攪拌10 15分鐘，混合均勻備用； 其中，初始堿水溶液由至少ー種堿或堿和ー種緩沖劑組成，堿的濃度為0.4 1.0摩爾/升，緩沖劑的濃度為0.05 0.2摩爾/升，初始鎳鹽水溶液由鎳鹽和三價金屬鹽混合組成，初始鎳鹽水溶液中[Ni2+]+ [M3+] = 0.20 0.50 摩爾 / 升，[M3+]/([Ni2+]+ [M3+]) = 0 0.15摩爾/升，初始堿水溶液與初始鎳鹽水溶液的體積比等于2 2.5: I ； (2)共沉淀:首先將配制好的初始鎳鹽水溶液置于反應器中，隨后將初始堿水溶液緩慢注入反應器中，直...
【專利技術屬性】
技術研發人員：吳青端，呂幼軍，王鐘穎，劉美，臧娜，吳磊，劉偉，
申請(專利權)人：國家納米技術與工程研究院，
類型：發明
國別省市：
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