專(zhuān)利名稱(chēng)：具有納米結(jié)構(gòu)的多相氫氧化鎳制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于制備具有納米結(jié)構(gòu)的多相氫氧化鎳的工藝方法。
背景技術(shù)：
氫氧化鎳電極已經(jīng)被廣泛用堿性電池的正極活性物質(zhì)，隨著個(gè)人計(jì)算機(jī)，通訊設(shè)施，音響設(shè)備的小型化和輕量化，對(duì)高比能量的電池提出了更高的要求。而電池的容量是由正極的容量決定的，一個(gè)高放電容量的正極無(wú)疑可以大大提高電池的比能量密度。在充放電過(guò)程中氫氧化鎳涉及幾種相轉(zhuǎn)換，現(xiàn)在普遍使用的是球型β-Ni(OH)2，在充放電過(guò)程中僅涉及1電子轉(zhuǎn)移，其相變化是β-Ni(OH)2/β-NiOOH。現(xiàn)已知道對(duì)于氫氧化鎳電極的充放電循環(huán)，突破β-Ni(OH)2和β-NiOOH的限制，將β-Ni(OH)2氧化為γ-NiOOH，大于1電子轉(zhuǎn)移的電極反應(yīng)能實(shí)現(xiàn)。但是，由于β-Ni(OH)2和γ--NiOOH存在密度差，充放電過(guò)程中體積反復(fù)膨脹和收縮，引起活性物質(zhì)脫落，從而影響電池的壽命。所以一般認(rèn)為電池充電過(guò)程中γ-NiOOH的存在對(duì)電池是害的，通常要加入Zn、Cd等添加劑以防止γ-NiOOH的形成。
α-Ni(OH)2是另一種晶形的氫氧化鎳，與β-Ni(OH)2一樣，都是沿著C軸層狀堆積的水鎂石層狀結(jié)構(gòu)，但是層間距不同，α-Ni(OH)2是7.5，β-Ni(OH)2是4.6。在充放電過(guò)程中α-Ni(OH)2能可逆地轉(zhuǎn)化為γ-NiOOH而沒(méi)有體積變化，且能轉(zhuǎn)換1個(gè)以上電子(約1.2-1.7個(gè))，因而具有更高的能量密度。并且已經(jīng)發(fā)現(xiàn)α-Ni(OH)2比β-Ni(OH)2具有更好的電化學(xué)可逆性。然而，α-Ni(OH)2在堿性溶液中是不穩(wěn)定的，容易轉(zhuǎn)化為β-Ni(OH)2。為了解決α-Ni(OH)2的穩(wěn)定性問(wèn)題，已經(jīng)進(jìn)行了大量的研究工作。Kamath等合成了Al穩(wěn)定的α-Ni(OH)2，Demourgues等研究了錳穩(wěn)定的α-Ni(OH)2的物理、化學(xué)和電化學(xué)性質(zhì)。最近，Dai等報(bào)導(dǎo)了Al穩(wěn)定的、具有納米結(jié)構(gòu)的α-Ni(OH)2的結(jié)構(gòu)、形貌和電化學(xué)性質(zhì)。盡管這些工作都取得了一定進(jìn)展，其產(chǎn)品有較高的質(zhì)量比容量，但其振實(shí)密度較低，用作電池正極活性物質(zhì)體積比容量低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有納米結(jié)構(gòu)的多相氫氧化鎳制備方法。
本發(fā)明的目的是通過(guò)如下途徑實(shí)現(xiàn)的一種具有納米結(jié)構(gòu)的多相氫氧化鎳制備方法，其特征是先將0.5～6mol/l的金屬離子混合溶液與1～6mol/l的NH4·H2O在PH值為7～9，溫度為30～60℃條件下形成配離子，然后調(diào)整PH值至10～13，逐漸加入1～8mol/l的堿液并以250～800轉(zhuǎn)/分鐘的速度進(jìn)行攪拌，使其與金屬離子形成過(guò)飽和溶液，將該過(guò)飽和溶液通過(guò)循環(huán)沉淀金屬離子，經(jīng)過(guò)濾后用30～70℃的清洗水進(jìn)行水洗，再在50～100℃的溫度下進(jìn)行干燥后得到多相氫氧化鎳NiXM1-X(OH)2[其中X＝0.7～1，M為Co或Zn或Mn]。
金屬離子的來(lái)源可以是硫酸鹽或硝酸鹽或氯化物本發(fā)明所制備的多相結(jié)構(gòu)的Ni(OH)2，既部分保持材料的α-Ni(OH)2結(jié)構(gòu)，保證材料有較高的放電容量；又部分具有β-Ni(OH)2結(jié)構(gòu)，保證材料有較高的振實(shí)密度(經(jīng)實(shí)驗(yàn)?zāi)苓_(dá)1.8-1.9g/cm3)，從而使電池不但有較高的質(zhì)量比容量，同時(shí)有較高的體積比容量。納米材料是近年來(lái)材料科學(xué)的研究熱點(diǎn)，在電池材料的研究中也有重要意義。本發(fā)明在制備多相Ni(OH)2研究的同時(shí)，對(duì)具有納米結(jié)構(gòu)的的多相類(lèi)球型Ni(OH)2進(jìn)行了重點(diǎn)研究。通過(guò)容量測(cè)試發(fā)現(xiàn)，用納米結(jié)構(gòu)的的多相類(lèi)球型Ni(OH)2制成的AA型MH/Ni電池具有比β-Ni(OH)2明顯高的放電容量和優(yōu)良的充放電性能；通過(guò)XRD、SEM研究發(fā)現(xiàn)，所具有的多相結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，分別在充放電50，100和200個(gè)循環(huán)后進(jìn)行測(cè)試，產(chǎn)品仍是穩(wěn)定的多相結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1；金屬離子溶液是硫酸鎳溶液，硫酸鈷溶液，硫酸鋅溶液，硫酸錳溶液，先分別配制1mol/L四種金屬離子溶液，然后按81％Ni，1％Co，3％Zn和15％Mn的比例配制金屬離子混合溶液。將金屬離子混合溶液與氨水(29％)同時(shí)加入反應(yīng)容器中，攪拌，攪拌速度250轉(zhuǎn)/分，控制溫度在35℃，控制反應(yīng)過(guò)程的pH值在8左右，使金屬離子和氨水形成配離子。再在另一反應(yīng)容器中將配離子溶液與6mol/L NaOH溶液同時(shí)加入，控制加料速度，攪拌，攪拌速度為350轉(zhuǎn)/分，反應(yīng)過(guò)程中控制pH值控制在12.3，控制反應(yīng)過(guò)程時(shí)間和晶粒長(zhǎng)大時(shí)間，可獲得具有納米結(jié)構(gòu)的多相氫氧化鎳。再過(guò)濾，用50℃熱水清洗，在70℃干燥，即得納米結(jié)構(gòu)的多相氫氧化鎳成品。
實(shí)施例2金屬離子溶液是硫酸鎳溶液，硫酸鈷溶液，硫酸鋅溶液，硫酸錳溶液，先分別配制1mol/L四種金屬離子溶液，然后按81％Mn，1％Co，3％Zn和15％Mn的比例配制金屬離子混合溶液。將金屬離子混合溶液與氨水(29％)同時(shí)加入反應(yīng)容器中，攪拌，攪拌速度250轉(zhuǎn)/分，控制溫度在35℃，控制反應(yīng)過(guò)程的pH值在8左右，使金屬離子和氨水形成配離子。再在另一反應(yīng)容器中將配離子溶液與6mol/L NaOH溶液同時(shí)加入，控制加料速度，攪拌，攪拌速度為350轉(zhuǎn)/分，反應(yīng)過(guò)程中控制pH值控制在12.3，反應(yīng)后物料和溶液進(jìn)行循環(huán)，控制晶粒長(zhǎng)大時(shí)間，可獲得球型多相氫氧化鎳。再過(guò)濾，用50℃熱水清洗，在70℃干燥，即得球型多相氫氧化鎳成品。
權(quán)利要求
1.一種具有納米結(jié)構(gòu)的多相氫氧化鎳制備方法，其特征是先將0.5～6mol/l的金屬離子混合溶液與1～6mol/l的NH4·H2O在PH值為7～9，溫度為30～60℃條件下形成配離子，然后調(diào)整PH值至10～13，逐漸加入1～8mol/l的堿液并以250～800轉(zhuǎn)/分鐘的速度進(jìn)行攪拌，使其與金屬離子形成過(guò)飽和溶液，將該過(guò)飽和溶液通過(guò)循環(huán)沉淀金屬離子，經(jīng)過(guò)濾后用30～70℃的清洗水進(jìn)行水洗，再在50～100℃的溫度下進(jìn)行干燥后得到多相氫氧化鎳NiXM1-X(OH)2[其中X＝0.7～1，M為Co或Zn或Mn]。
2.如權(quán)利要求1所述具有納米結(jié)構(gòu)的多相氫氧化鎳制備方法，其特征在于金屬離子的來(lái)源可以是硫酸鹽或硝酸鹽或氯化物
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有納米結(jié)構(gòu)的多相氫氧化鎳制備方法。制備的方法是Ni
文檔編號(hào)C01G53/00GK1356268SQ0113163
公開(kāi)日2002年7月3日 申請(qǐng)日期2001年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月25日
發(fā)明者王先友, 翟海軍, 楊紅平 申請(qǐng)人:湘潭大學(xué)