本发明专利技术提供了一种纳米α－氢氧化镍及其制备方法，该方法是以二价镍盐为原料，加入掺杂金属盐配制成反应溶液；以氢氧化钾或氢氧化钠配制成沉淀剂溶液；在搅拌、同时用超声波分散的条件下，将沉淀剂溶液加入到反应溶液中，得到氢氧化镍，洗涤后干燥至恒重。本发明专利技术制备的纳米α－氢氧化镍具有粒径小、颗粒均匀、比表面积大、热稳定性好、在碱性介质中稳定、放电比容量高、自放电率低、电化学循环性能稳定、合成工艺流程简单易行以及掺杂元素含量易于控制等特点，可用作二次碱性锌镍电池或氢镍电池、铁镍电池正极材料。
【技术实现步骤摘要】
一种纳米α-氢氧化镍及其制备方法
本专利技术涉及化学电源
，具体是指一种纳米α-氢氧化镍及其制备方法。
技术介绍
传统的Zn/Ni、Cd/Ni、M-H/Ni、Fe/Ni等碱性二次电池，其正极都是以β-氢氧化镍或者以掺杂了Co、Cd、Mn等元素的化合物添加剂的β-氢氧化镍为活性物质制作的。这种镍电极材料主要存在以下四个方面的不足：第一，β-氢氧化镍电极不带电的状态不能与处于带电状态的锌电极电荷匹配而组成可以即时放电的电池，而需要另行充电化成，在电池达到最佳性能之前，还需要进行数十次的充、放电化成。这就给电池的制造造成了巨大的能源浪费和电池制造成本的提高。第二，由β-氢氧化镍构成的电极，在活化之后电极本身的实际比容量(200～235mAh/g)通常只有负极锌电极容量(约400mAh/g)的50％左右。这种锌/镍电池的正、负极活性物质用量、体积相等差较大，也给电池的制造带来一定的难度。而且，以β-氢氧化镍为活性物质所制造的镍电极为正极的电池的质量比容量也相对较低。第三，由于β-氢氧化镍是一种导电性能极差的半导体，所以由其作为活性物质所构成的电极的导电性能很差，活化后的电极活性物质由于自身的导电能力差而影响了电极自身的放电性能和放电效率。目前，锌镍电池正极活性物质的利用率只有其总量的40～60％。第四，以β-氢氧化镍为活性物质所制造的镍电极在充放电过程中很容易造成过充电。这种过充电会使得β-氢氧化镍在电极电氧化时变成了体积较大的γ-羟基氧化镍而不是变成与β-氢氧化镍体积相近的β-羟基氧化镍，从而导致电极在过充电后体积膨胀。同时，γ-羟基氧化镍的形成还会引起电极产生“记忆效应”，电极的膨胀和“记忆效应”又会直接缩短电池的-->循环使用寿命。虽然最近以来人们试图通过制备α-氢氧化镍来克服上述缺点，中国00123599.0、01129615.1、01109694.2号专利技术专利申请分别公开了一种球形α-氢氧化镍、一种纳米α-氢氧化镍和一种纳米相α-氢氧化镍及其制备方法，但是，上述专利除了都存在其各自的缺陷之外，它们还存在共同的不足之处：第一，所制备的α-氢氧化镍中掺杂元素的含量及掺入杂质量难以控制，因为其合成工艺步骤、流程复杂而导致实际合成过程中杂质元素种类、含量不确定；同时，杂质不仅降低了活性物质的实际容量，而且会直接降低电极放电比容量，从而影响电池的性能；第二，其合成工艺流程较为复杂，从而导致活性材料的合成成本高、实现工业化生产难度较大；第三，以所制备的α-氢氧化镍为正极活性物质所制造电极的放电容量较低，最高的比容量值只有α-氢氧化镍电极理论质量比容量(578mAh/g)的59％(见中国01129615.1号专利技术专利申请说明书实施例一)；第四，以上述专利方法制备的α-氢氧化镍为正极活性物质所制造的电池的生产成本也较高，性能价格比较低，缺乏市场竞争能力。
技术实现思路
为了解决上述现有技术中存在的不足之处，本专利技术的目的就是提供一种纳米α-氢氧化镍及其制备方法。该方法采用常见、易得、无环境污染或低环境污染的化学原料，在搅拌及超声波分散的条件下，用简便的化学共沉淀方法来制备电化学性能优良的纳米α-氢氧化镍。本专利技术通过如下技术方案来实现：所述一种纳米α-氢氧化镍的制备方法，包括如下步骤和工艺条件：第一步 以二价镍盐为原料，加入金属离子含量相当于二价镍盐摩尔数5～25％的掺杂金属盐，用水溶解配制成镍离子浓度为0.01～10mol/L的反应溶液；第二步 取用量为所述反应溶液中镍离子摩尔数200～300％的氢氧化钾或氢氧化钠，用水溶解配制成氢氧化钾或氢氧化钠浓度为0.05～12mol/L的碱性沉淀剂溶液；第三步 在超声波分散、同时进行搅拌的条件下，将所述沉淀剂溶液加入到所述的反应溶液中，控制沉淀剂滴加速度，使得反应体系的pH值在7.0～-->11.5之间，反应温度为20～60℃，反应时间为15～120分钟，反应结束后停止搅拌，继续用超声波分散30～300分钟，得到绿色或蓝绿色的氢氧化镍沉淀；第四步 将所述氢氧化镍沉淀用水洗涤至洗出液的pH值为中性，真空及室温的条件下干燥至恒重。为了更好地实现本专利技术，所述二价镍盐包括硫酸镍、硝酸镍或氯化镍；所述掺杂金属盐包括三价铝盐、三价铁盐中的一种或一种以上的混合物；所述三价铝盐包括硝酸铝、硫酸铝或氯化铝；所述三价铁盐包括硫酸铁、氯化铁或硝酸铁；所述水包括自然水、自来水、蒸馏水或去离子水。本专利技术所述纳米α-氢氧化镍就是通过上述方法制备而成的。本专利技术的纳米α-氢氧化镍的制备方法是一种化学共沉淀反应方法，是在超声波分散的条件下来合成纳米α-氢氧化镍的全新技术路线。其反应原理用化学反应式表示如下： (绿色或蓝绿色)(其中，Mn+代表Al3+、Fe3+；B代表固体表面吸附及晶体层间插入的、由原料本身带入及从环境吸收的、含量有限的、固有的CO32-、NO3-、SO42-、Cl-等(以CO32-为主的)杂质离子；n＝0.35-0.85，表示晶体的结晶水及固体吸附水的总量，A+代表晶体层间吸附的K+、Na+杂质离子)本专利技术与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：1、本专利技术制备的纳米α-氢氧化镍，由于α-氢氧化镍具有较大的层间距(如图1，纳米α-氢氧化镍的XRD衍射图)，其层间能够容纳更多的CO32-、NO3-等阴离子，K+、Na+、H3O+等阳离子以及水分子等，使得氢氧化镍的导电性能大大增强，特别是其质子传导能力得到显著的提高，从而使以纳米α-氢氧化镍为活性物质电极的电化学性能得以提高。2、以本专利技术所制备的纳米α-氢氧化镍为电极活性物质的镍电极，充电态的活性物质为γ-羟基氧化镍，放电态的活性物质为α-氢氧化镍。而且，α-氢氧化镍在碱性条件下具有较高的化学稳定性，不易转变为体积较小的β-氢氧化镍，因而电极在充放电循环过程中，只存在α-氢氧化镍/γ-羟基氧化镍之间的转化，即所谓的α/γ循环，而不存在其它晶体形态变化或循环，使电极及电池具有较长的循环寿命。-->3、以本专利技术制备的纳米α-氢氧化镍为电极活性物质制备的镍电极，在充放电过程中，由于只存在α/γ循环，而且充电态的γ-羟基氧化镍的镍具有较高的氧化态，其平均氧化数为3.55，最高氧化数达3.76。因此，采用本专利技术制备的羟基氧化镍制作的镍正极具有较高的放电比容量，平均放电比容量超过400mAh/g，最高放电比容量达到447mAh/g，充放电循环性能稳定，镍正极能与负极锌有较好的比容量匹配关系，从而有效地提高了电池材料的利用效率，有效地降低了电池的综合制造成本。4、本专利技术制备的纳米α-氢氧化镍的粒径为20～150nm，能有效地吸附适量的杂质离子，加之掺杂了Al、Fe等具有较好导电能力的掺杂元素，从而大大地提高了电极的导电能力，降低了电池的内阻，大幅度地提高了电池的放电效率及放电比容量，同时还提高了α-氢氧化镍在碱性介质中的化学稳定性。5、以本专利技术制备的α-氢氧化镍为正极活性物质所制作的锌镍电池，具本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种纳米α－氢氧化镍的制备方法，包括如下步骤和工艺条件：第一步以二价镍盐为原料，加入金属离子含量相当于二价镍盐摩尔数５～２５％的掺杂金属盐，用水溶解配制成镍离子浓度为０．０１～１０ｍｏｌ／Ｌ的反应溶液；第二步取用量为 所述反应溶液中镍离子摩尔数２００～３００％的氢氧化钾或氢氧化钠，用水溶解配制成氢氧化钾或氢氧化钠浓度为０．０５～１２ｍｏｌ／Ｌ的碱性沉淀剂溶液；第三步在超声波分散、同时进行搅拌的条件下，将所述沉淀剂溶液加入到所述的反应溶液中，控 制沉淀剂滴加速度，使得反应体系的ｐＨ值在７．０～１１．５之间，反应温度为２０～６０℃，反应时间为１５～１２０分钟，反应结束后停止搅拌，继续用超声波分散３０～３００分钟，得到绿色或蓝绿色的氢氧化镍沉淀；第四步将所述氢氧化镍沉淀用水 洗涤至洗出液的ｐＨ值为中性，真空及室温的条件下干燥至恒重。
【技术特征摘要】
1、一种纳米α-氢氧化镍的制备方法，包括如下步骤和工艺条件：第一步以二价镍盐为原料，加入金属离子含量相当于二价镍盐摩尔数5～25％的掺杂金属盐，用水溶解配制成镍离子浓度为0.01～10mol/L的反应溶液；第二步取用量为所述反应溶液中镍离子摩尔数200～300％的氢氧化钾或氢氧化钠，用水溶解配制成氢氧化钾或氢氧化钠浓度为0.05～12mol/L的碱性沉淀剂溶液；第三步在超声波分散、同时进行搅拌的条件下，将所述沉淀剂溶液加入到所述的反应溶液中，控制沉淀剂滴加速度，使得反应体系的pH值在7.0～11.5之间，反应温度为20～60℃，反应时间为15～120分钟，反应结束后停止搅拌，继续用超声波分散30～300分钟，得到绿色或蓝绿色的氢氧化镍沉淀；第四步将所述氢氧化镍沉淀用水洗涤至洗...
【专利技术属性】
技术研发人员：周震涛，周环波，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]
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