本发明专利技术公开一种氯氧化铋/氢氧化镍二次碱性电池及其制备方法。以氯氧化铋为负极材料、以氢氧化镍为正极材料、以碱溶液为电解质溶液。所述氯氧化铋的制备方法为：将沉淀剂滴加到氯化铋溶液中进行反应；或者将硝酸铋或硫酸铋水解形成悬浮溶液、然后按铋与氯一定的摩尔比向悬浮溶液中滴加氯离子溶液；或者将铋原料与溶剂混合成悬浮液、然后按铋与氯一定的摩尔比向悬浮液中滴加盐酸溶液。控制终点的pH＝1～5、制备出厚度为5～100nm的由纳米片构成的氯氧化铋材料。本发明专利技术所构造的电池在1A/g的电流密度下比容量为298mAh/g。本发明专利技术的电池电容量大、电化学性能优良、环境友好，是一种具有广阔应用前景的新型可逆二次化学电源。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种氯氧化铋/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
随着社会经济的发展，对能源的需求量与日俱增，而目前以传统化石燃料为主的消费方式带来了巨大的环境污染，因此寻找新型的绿色替代能源成为当前全球亟待解决的任务。以氢氧化镍为正极的镍电池系列在持续不断的发展与创新。以氢氧化镍为正极、通过与不同的负极材料组合构成不同类型的镍电池，包括有镍/氢电池、镍/镉电池、镍/铁电池和镍/锌电池等。镍/氢电池具有较高的容量、安全性能好、低记忆效应、工艺成熟等优点，但其负极一般采用稀土储氢合金，导致其成本高及电池装配工艺要求较高；镍/镉电池循环寿命长且贮存性能出色，由于镉的污染，其使用受到极大限制；镍/铁电池具有绿色环保、材料来源丰富、价格低廉、可耐过充过放电等独有的优点，缺点在于其自放电率大、低温性能差；镍/锌电池能快速充放电且成本较低，但锌电极在循环充放过程中容易变形、形成枝晶导致电池内部短路。因此，寻找新型的镍电池负极材料成为镍电池发展的关键。氯氧化铋是一种重要的三元结构半导体材料，拥有独特的层状结构、适合的禁带宽度、高的化学稳定性、良好的光催化活性，使其成为功能材料领域的研究热点。同时由于氯氧化铋内部弱的范德华力和外部较强的键合力，从而产生高度的各向异性特征。马春阳等研究了铋盐水解法制备四方相氯氧化铋晶体，其中反应温度、水解反应用水量以及反应液滴加顺序对产物粒径、产率及表面形貌均能形成较大影响，在优化条件下制备出的片状氯氧化铋晶体颗粒粒径为0.5～2μm，且分散性良好[JournalofSyntheticCrystals44(2015)1764-1772.]。刘红旗等以乙二醇为溶剂，采用溶剂热法制备了氯氧化铋纳米片微球，其纳米片交织在一起形成开放的微孔结构，该纳米微球结构材料表现出较好的染料敏化可见光光催化活性[催化学报32(2011)129-134.]。陆光等以五水硝酸铋为原料，通过水解法合成了氯氧化铋纳米片，并考察了氢氧化钠、碳酸钠和氨水等不同的pH调节剂对氯氧化铋晶形、形貌、孔径分布、比表面积、化学组成、光学性质及催化性能的影响[分子催化30(2016)169-176.]。Wang等以氯化铋和HCl为原料，通过简单的水解过程合成了氯氧化铋半导体光催化剂；实验结果表明，以十二烷基苯磺酸钠为分散剂，HCl浓度为1.5mol/L，热处理温度为80℃条件下制备出的氯氧化铋微纳米粒子具有最佳的光降解甲基橙性能[InternationalJournalofMerals19(2012)467-472.]。Liu等在低温下以氯化铋为前驱体用醇解涂层的方法合成了花球状的氯氧化铋薄膜，结果表明未经煅烧的花球状氯氧化铋薄膜具有四方相，对紫外线有强吸收[ScienceChinaChemistry55(2012)2438-2444.]。专利技术专利[申请公开号CN104386746A]公开了“一种利用水热法制备小尺寸氯氧化铋晶片的方法”，该专利技术将铋离子在氯离子的参与下水解，形成氯氧化铋晶核，在密闭容器中控制加热的时间和温度，经冷却、清洗、烘干得到高纯度的尺寸可控制的氯氧化铋晶片。专利技术专利[申请公开号CN104475131A]公开了“可见光响应型纳米片状氯氧化铋催化剂及其制备方法”，该专利技术将五水硝酸铋加入稀盐酸中，室温下搅拌使五水硝酸铋溶解，用氨水调节溶液的pH值至2～8，室温搅拌30min，然后对制得的悬浮液进行过滤、洗涤、干燥即可得到长度为100～200nm，宽度为50～150nm的氯氧化铋纳米片光催化剂。专利技术专利[申请公开号CN105396603A]公开了“一种可见光响应型核壳结构的氯氧化铋催化剂及其制备方法”，该专利技术将五水硝酸铋加入乙二醇和聚乙烯吡咯烷酮的混合液中，室温下搅拌至五水硝酸铋完全溶解，用碳酸钠调节溶液的pH值，室温搅拌反应，再过滤、洗涤、干燥，得到核壳结构的直径约为1μm的氯氧化铋微米球。专利技术专利[申请公开号CN102744087A]公开了“一种片状纳米氯氧化铋薄膜光催化剂的电化学制备方法”，该专利技术以钛基体为阴极，铂丝电极为阳极，五水硝酸铋溶液为电解质溶液，采用恒电流沉积法在阴极制得薄膜A，再以薄膜A为阳极，石墨电极为阴极，氯化钠溶液为电解质溶液，采用恒电位氧化法在阳极得到氯氧化铋薄膜。专利技术专利[申请公开号CN104241711A]公开了“一种氯离子电池”，该专利技术以热分解制得的镁碳复合材料为负极，以氯氧化铋、氯氧化铁或二氯化钒和碳的复合材料为正极，以混合离子液体为电解液，构建了一种新型的氯离子电池。迄今为止，还未见到以氢氧化镍为正极活性材料、以氯氧化铋为负极活性材料、以碱溶液为电解质溶液，构造氯氧化铋/氢氧化镍二次碱性电池的相关文献及专利的报道。因此，新构造的氯氧化铋/氢氧化镍二次碱性电池进一步推进并丰富了镍电池技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种氯氧化铋/氢氧化镍二次碱性电池及其制备方法。本专利技术以球形氢氧化镍为电池的正极活性材料，以氯氧化铋为电池的负极活性材料，以碱溶液为电解质溶液，组装成二次碱性电池。本专利技术的技术方案为：一种氯氧化铋/氢氧化镍二次碱性电池，以氯氧化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0.1～1.3V；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、氧等非金属元素；氢氧化镍材料的比表面积为5～100m2/g、粒径为1～15μm、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。所述的氯氧化铋电极材料由厚度为5～100nm的纳米片构成，比表面积为5～500m2/g；其制备方法包括以下步骤：将氯化铋溶解于酸溶液中，再用溶剂将其配制成铋离子浓度为0.01～5mol/L的溶液；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10～100℃和搅拌条件下，将沉淀剂溶液滴加到铋离子溶液中反应0.5～12h，控制终点的pH＝1～5，反应完成后将产物分别用水和乙醇洗涤，并进行固液分离，将固体物在80～150℃烘干至恒重制备出氯氧化铋；或者，将硝酸铋或硫酸铋水解形成悬浮溶液；然后向悬浮溶液中按铋元素与氯元素1:(1～1.5)的摩尔比，滴加浓度为0.01～6mol/L的含氯离子溶液，在温度为10～100℃下搅拌反应0.5～12h，控制反应终点pH＝1～5，反应完成后将产物分别用水和乙醇洗涤，并进行固液分离，将固体物在80～150℃烘干至恒重制备出氯氧化铋；或者，将铋原料与溶剂充分混合，超声10～60min，形成悬浮液；然后按铋元素与氯元素1:(0.9～1.5)的摩尔比，滴加浓度为0.01～6mol/L的盐酸溶液，在温度为10～100℃下搅拌反应0.5～12h，控制反应终点pH＝1～5，反应完成后将产物分别用水和乙醇洗涤，并进行固液分离，将固体物在80～150℃烘干至恒重制备出氯氧化铋。进一步地，所述的溶剂，包括水、甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、正丁醇、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、乙二醇丁醚中本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种氯氧化铋/氢氧化镍二次碱性电池，其特征在于，以氯氧化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0.1～1.3V。
【技术特征摘要】
1.一种氯氧化铋/氢氧化镍二次碱性电池，其特征在于，以氯氧化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0.1～1.3V。2.根据权利要求1所述的氯氧化铋/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、氧非金属元素；氢氧化镍材料的比表面积为5～100m2/g、粒径为1～15μm、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。3.根据权利要求1所述的氯氧化铋/氢氧化镍二次碱性电池，其特征在于，所述的氯氧化铋电极材料由厚度为5～100nm的纳米片构成，比表面积为5～500m2/g；其制备方法包括如下步骤：将氯化铋溶解于酸溶液中，再用溶剂将其配制成铋离子浓度为0.01～5mol/L的溶液；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10～100℃和搅拌条件下，将沉淀剂溶液滴加到铋离子溶液中反应0.5～12h，控制终点的pH＝1～5，反应完成后将产物分别用水和乙醇洗涤，并进行固液分离，将固体物在80～150℃烘干至恒重制备出氯氧化铋；或者，将硝酸铋或硫酸铋水解形成悬浮溶液；然后向悬浮溶液中按铋元素与氯元素1∶(1～1.5)的摩尔比，滴加浓度为0.01～6mol/L的含氯离子溶液，在温度为10～100℃下搅拌反应0.5～12h，控制反应终点pH＝1～5，反应完成后将产物分别用水和乙醇洗涤，并进行固液分离，将固体物在80～150℃烘干至恒重制备出氯氧化铋；或者，将铋原料与溶剂充分混合，超声10～60min，形成悬浮液；然后按铋元素与氯元素1∶(0.9～1.5)的摩尔比，滴加浓度为0.01～6mol/L的盐酸溶液，在温度为10～100℃下搅拌反应0.5～12h，控制反应终点pH＝1～5，反应完成后将产物分别用水和乙醇洗涤，并进行固液分离，将固体物在80～150℃烘干至恒重制备出氯氧化铋。4.根据权利要求3所述的氯氧化铋/氢氧化镍二次碱性电池，其特征在于，所述的溶剂为水、甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、正丁醇、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；所述的酸溶液为盐酸、硫酸、硝酸、乙酸中的一种或两种以上，其浓度为0.1～18mol/L。5.根据权利要求3所述的氯氧化铋/氢氧化镍二次碱性电池，其特征在于，所述的沉淀剂为醋酸钠、亚硝酸钠、EDTA四钠、酒石酸钠、甲酸钠、乳酸钠、丙酸钠、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、酒石酸钾钠、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、甲胺、二甲胺、三甲胺、乙二胺...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘恩辉，杨锃，刘琨，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
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