一种镍铝层状双氢氧化物电极材料的制备方法技术

本发明专利技术公开一种镍铝层状双氢氧化物电极材料的制备方法，属于纳米技术领域。该方法主要包括：将铝盐配制成水溶液，快速搅拌，并滴加氢氧化钠溶液，调节pH值，充分反应后，将乳浊液转移至高压反应釜内进行水热反应，得到纳米级的勃姆石晶体；经搅拌和超声，将纳米勃姆石晶体分散在去离子水中，然后加入所需的镍盐，并滴加氢氧化钠溶液，调节pH值；最后水热处理上述混合物，得到镍铝层状双氢氧化物电极材料。本发明专利技术制得的镍铝层状双氢氧化物电极材料比容量大且循环稳定性好，同时本发明专利技术具备工艺简单、成本低廉、效率高的优点，可直接用于工业化生产。

Preparation method of nickel aluminum layered double hydroxide electrode material

The invention discloses a method for preparing nickel aluminum layered double hydroxide electrode material, belonging to the field of nanometer technology. The method mainly includes: the preparation of aluminum salt aqueous solution, rapid mixing, and NaOH solution, adjusting the pH value, after full reaction, will be transferred to the emulsion autoclave by hydrothermal reaction, obtained boehmite nano crystal; stirring and ultrasonic, the nano boehmite crystals dispersed in deionized water, then adding nickel salt needed, and NaOH solution, adjusting the pH value; finally the water heat treating the mixture of nickel aluminum layered double hydroxide electrode materials. The nickel aluminum layered double hydroxide electrode material prepared by the invention has large specific capacity and good cycle stability, and has the advantages of simple process, low cost and high efficiency, and can be directly used for industrial production.

【技术实现步骤摘要】
一种镍铝层状双氢氧化物电极材料的制备方法
本专利技术属于纳米
，涉及一种电极材料的制备方法，具体是一种镍铝层状双氢氧化物电极材料的制备方法。
技术介绍
镍元素原料丰富、价格便宜、环境相容性好，将氢氧化镍用作动力电源电极材料，可以制备高性能的动力电源。如高密度球形β-Ni(OH)2，因其高振实密度和稳定性而被广泛地利用，并已实现了商业化生产。但是β-Ni(OH)2材料的一些缺点，如比容量小和电导率低且在充放电过程中电极发生较大的体积变化，会引起材料循环性能恶化，严重影响着其使用寿命，限制了其在动力电源领域的广泛应用。因此，对氢氧化镍进行深入的研究，发挥其性能优势、克服其缺点，从而获得高能量密度和高功率密度的电极材料，不仅具有重要的理论研究意义，还具有重大的应用价值。研究发现在Ni(OH)2的晶格中引进其它金属离子，如Al3+、Fe3+、Y3+、Cr3+等三价离子，来部分取代Ni2+，可以得到水滑石类型的双氢氧化合物。这些化合物具有片层状结构且在强碱介质中能稳定存在，这样能显著的改善电极在碱性溶液中的倍率性能和循环稳定性。其中，Al价格便宜，对环境污染小，能以正三价稳定地存在结构中，与此同时，Al原子量小，它有利于提高电极活性物质的质量比容量，因此以Al3+部分取代Ni2+，制备Ni-Al-LDH是很有前景的电极材料。Ni-Al-LDH的常见制备方法有共沉淀法、尿素水解法与水热合成法。然而，以上几种方法制备的Ni-Al-LDH，其层间阴离子均为电负性较大的CO32-，导致生成的Ni-Al-LDH层间距小且晶粒尺寸大，减少了参与电化学反应的活性位点，从而不利于电化学反应的进行。因此，在制备Ni-Al-LDH过程中避免CO32-的引入，对提高Ni-Al-LDH的电化学性能起到十分重要的作用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种工艺简单、效率高、成本低廉的镍铝层状氢氧化物(Ni-Al-LDH)电极材料的制备方法，该方法适合大量制备高比容量的Ni-Al-LDH电极材料。本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：一种镍铝层状双氢氧化物电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)按照镍铝层状双氢氧化物的化学式Ni1-xAlx(OH)2(Am-)x/m·nH2O，称取所需计量的铝盐，溶解在去离子水中，配制成溶液，搅拌条件下，加入所需计量的氢氧化钠溶液，调节pH值为9～10，反应1～3h后，转移至高压反应釜内进行水热处理，冷却至室温后，过滤分离，用去离子水洗涤，得到纳米级的勃姆石前驱体；(2)将上述勃姆石前驱体超声处理0.5h分散在去离子水中，加入所需计量的镍盐，再加入氢氧化钠溶液，调节pH值为9.5，置于反应釜中，进行水热处理；(3)将上述水热处理的产物过滤，先用去离子水洗涤，再用无水乙醇淋洗，在70℃条件下真空干燥，得到镍铝层状双氢氧化物电极材料。优选的，所述步骤(1)的Ni1-xAlx(OH)2(Am-)x/m·nH2O中的x为0.20～0.33，A为镍铝层状双氢氧化物的层间阴离子，m-为阴离子A的价态；优选的，所述步骤(1)中的铝盐为硝酸铝、氯化铝中的至少一种。优选的，所述步骤(1)中的搅拌速度为150～250rpm。优选的，所述步骤(1)中的水热处理温度为130～200℃，水热处理时间为3～5h，水热反应釜的填充度为80％。优选的，所述步骤(2)中的镍盐为乙酸镍、硝酸镍中的至少一种。优选的，所述步骤(2)超声处理的超声频率为40kHz，功率密度为0.3W/cm2。优选的，所述步骤(2)中的水热处理温度为150～200℃，水热处理时间为12～20h，水热反应釜的填充度为80％。与现有技术相比，本专利技术具有以下技术效果：(1)本专利技术通过合成纳米勃姆石前驱体，与镍盐混合后，在弱碱性条件下以勃姆石为基体生长出Ni-Al-LDH，从而得到粒径均匀的Ni-Al-LDH；(2)本专利技术在材料制备过程中没有引入CO32-离子，制得的Ni-Al-LDH材料微观结构呈三维多孔状，并具有优良的超电容性能；(3)本专利技术制备工艺简单、成本低廉、效率高，可直接用于工业化生产。附图说明图1为本专利技术实施例1制备的Ni0.67Al0.33-LDH电极材料的XRD图谱。图2为本专利技术实施例1制备的Ni0.67Al0.33-LDH电极材料的SEM图谱。图3为本专利技术实施例1制备的Ni0.67Al0.33-LDH电极材料的透射电镜图。图4为本专利技术实施例1制备的Ni0.67Al0.33-LDH电极材料在电流密度10A/g条件下测得的室温(20℃)循环性能图。图5为本专利技术实施例2制备的Ni0.75Al0.25-LDH电极材料的XRD图谱。图6为本专利技术实施例2制备的Ni0.75Al0.25-LDH电极材料的SEM图谱。图7为本专利技术实施例2制备的Ni0.75Al0.25-LDH电极材料在10A/g条件下测得的室温(20℃)循环性能图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细描述。实施例1Ni0.67Al0.33-LDH电极材料的制备：(1)按Ni-Al-LDH的化学式Ni0.67Al0.33(OH)2(CH3COO-，NO3-)0.33·nH2O，称取硝酸铝(Al(NO3)3·9H2O)1.2379g，溶于40mL去离子水中，在搅拌条件下(搅拌速度为200rpm)，加入0.1mol/L的氢氧化钠溶液，调节pH值为9，反应1h后，转移至高压反应釜内升温至130℃并恒温3h，冷却至室温后，过滤分离，用去离子水洗涤；(2)将上述产物分散在去离子水中，超声处理0.5h(频率为40kHz，功率密度为0.3W/cm2，加入乙酸镍(Ni(CH3COO)2·4H2O)1.6674g，再加入0.1mol/L氢氧化钠溶液，调节pH值为9.5，移至100ml反应釜中，150℃进行水热处理；水热处理时间为12h，控制水热反应釜的填充度为80％。(3)将上述水热处理的产物过滤，先用去离子水洗涤，再用无水乙醇淋洗，在70℃条件下真空干燥，得到Ni0.67Al0.33-LDH电极材料。图1显示，11.3°、23.1°、34.9°出现三个较强衍射峰，对应于(003)、(006)和(012)晶面，并满足d003＝2d006的关系，说明该实施例制得的电极材料Ni0.67Al0.33-LDH具有与Mg-Al水滑石相似的晶体结构，且Ni0.70Al0.30-LDH晶体在生长过程中沿着一定的方向生长具有规整的板层结构。图2显示，层状的Ni0.67Al0.33-LDH相互堆叠形成三维多孔结构，该结构有利于电极材料参与电化学反应和电解液离子的传输，从而提高电化学性能。图3显示，大量的Ni0.67Al0.33-LDH(图3中箭头指示)片层交错生长在一起，其横向尺寸为100～200nm。图3恒流充电测量中，采用三电极测量方法，以制作的电极样品为工作电极，铂片为对电极，Hg/HgO为参比电极，使用的电解液是5mol/LKOH水溶液。电极样品的制作方法：将制得的电极材料、导电炭黑与聚四氟乙烯(PTFE)乳液(质量比为80:15:5)混合均匀，均匀涂覆(涂覆面积为1cm×1cm，含电极材料3～4mg)在泡沫镍上，经烘干、压制。图4显示，该电极样品在室温(20℃)、电流密度为10A/g条本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种镍铝层状双氢氧化物电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）按照镍铝层状双氢氧化物的化学式Ni

【技术特征摘要】
1.一种镍铝层状双氢氧化物电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）按照镍铝层状双氢氧化物的化学式Ni1-xAlx(OH)2(Am-)x/m·nH2O，称取所需计量的铝盐，溶解在去离子水中，配制成溶液，搅拌条件下，加入所需计量的氢氧化钠溶液，调节pH值为9~10，反应1~3h后，转移至高压反应釜内进行水热处理，冷却至室温后，过滤分离，用去离子水洗涤，得到纳米级的勃姆石前驱体；（2）将上述勃姆石前驱体超声处理0.5h分散在去离子水中，加入所需计量的镍盐，再加入氢氧化钠溶液，调节pH值为9.5，置于反应釜中，进行水热处理；（3）将上述水热处理的产物过滤，先用去离子水洗涤，再用无水乙醇淋洗，在70℃条件下真空干燥，得到镍铝层状双氢氧化物电极材料。2.根据权利要求1所述的一种镍铝层状双氢氧化物电极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）的Ni1-xAlx(OH)2(Am-)x/m·nH2O中的x为0.20~0.33，A为镍铝层状双氢氧化物的层间阴离子，m-为阴离子A的价态；根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚停，
申请(专利权)人：合肥国轩电池材料有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34