一种银掺杂纳米氢氧化镍正极材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种银掺杂纳米氢氧化镍正极材料的制备方法，其步骤是：Ａ、配制一定浓度的镍盐、铝盐和银盐的混合水溶液，再配制一定浓度的碱性沉淀剂溶液；Ｂ、在搅拌和超声波分散的条件下，将碱性沉淀剂溶液滴加到上述含有镍、铝及银离子的反应溶液中，控制反应温度和体系的ｐＨ值，碱性沉淀剂滴完后停止搅拌，继续超声波分散一段时间，得到银掺杂纳米α－氢氧化镍沉淀；Ｃ、将得到的银掺杂纳米α－氢氧化镍沉淀过滤出来，水洗后烘干，即得银掺杂纳米α－氢氧化镍。本发明专利技术方法操作简便、无环境污染，所得的银掺杂纳米α－氢氧化镍作为电极的正极材料的利用效率高、使用寿命长，并且能够大功率、大电流放电，特别适合用作制造动力电池的正极材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及化学电源的正极材料
，具体涉及一种银掺杂纳米α-氢氧化 镍的制备方法。本专利技术的银掺杂纳米α-氢氧化镍可用作Ni/Zn、Ni/MH及Ni/Fe等绿色环 保二次镍基碱性电池，特别是镍基碱性动力电池的正极活性材料。
技术介绍
常见的Ni/Zn、Ni/MH及Ni/Fe等二次镍基碱性电池，其正极材料都是以β -晶体 结构的氢氧化镍或者以掺杂了 Co、Cd、Mn等元素的化合物的球形氢氧化镍为活性物质 的。这些镍电极活性材料主要存在以下几个方面的不足第一、球形β _氢氧化镍是一种导电性能非常差的半导体，由β _氢氧化镍作为活 性物质所制造的电池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 而影响了电极的放电性能、充放电效率及活性物质的利用效率。传统镍基碱性电池充放电 效率约为35 55%，正极活性物质的利用率也只有45 80%。第二、以球形β -Ni (OH)2正极活性物质所制造的镍正极，在活化之后的正常充电 态为β -NiOOH,因此β -Ni (OH)2电极充放电过程也被称为β / β循环。β / β循环过程最 多可利用的电子只有0. 8个，因此，其电化学循环过程中由球形β -Ni (OH)2制造的镍正极 的放电比容量较低，最高值约为200 230mAh/g，只有锌负极的比容量(约为400mAh/g) 的50%左右，这种锌/镍电池的正、负极的比容量十分不匹配，在生产电池时要用到较多的 β -Ni (OH)2正极活性物质，负极氧化锌活性物质用量则相对较少，使得所制造的电池质量 比容量、体积比容量以及质量比能量、体积比能量都较低。第三、用球形β-Ni (OH)2制作的镍正极，在充放电循环过程中容易产生过充电从 而导致电极的膨胀、变形，进而缩短了电池的循环使用寿命。第四、用球形β-Ni (OH)2制造的电极的析氧过电位相对较低，充电过程中正极较 容易析出氧气，从而降低了电池的充电效率，同时会引起电池的气胀，导致电池变形、使用 寿命缩短，甚至产生过量气体可能导致电池爆炸而引起使用安全问题。近年来不少研究者试图通过制备改性的α -氢氧化镍来克服上述缺点，中国专利 申请 00123599. 0,01129615. 1,01109694. 2,200510027345. 7,200510027346. 1 分别公开了 一种球形α-氢氧化镍、一种纳米α-氢氧化镍、一种纳米α-氢氧化镍及其制备方法、水 热法制备α相氢氧化镍的方法以及微波水热法制备α相氢氧化镍的方法等。但是，上述 专利申请除了大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-氢氧化镍密度较小，从而影响电池的体积放电比能量和放电比功率，难以达到动力电池 所要求的高比能、量高比功率的要求；第二，所公开的技术的掺杂元素的含量及掺入杂质的 量较难控制，因为其合成工艺步骤、流程及设备相对较为复杂和要求较高，从而导致实际合 成过程中杂质元素种类、含量等不确定因素较多，难以实现规模化工业生产；第三，掺入的 非活性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 电池的充放电性能；第四，以公开技术所制备的α-氢氧化镍为正极活性物质所制造电极的放电容量较低，最高的比容量值为340mAh/g(专利申请01129615. 1中的实施例一)，只有 α -氢氧化镍电极理论质量比容量578mAh/g的59%左右。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术中存在的不足，提供一种银掺杂纳米氢氧化镍电 池正极材料的制备方法。该方法操作简便、采用无环境污染或低环境污染的原料，制得的产 品作为电池正极材料利用效率较高、所制造的电池具有较高的比能量和较高的比功率，循 环使用寿命长，并且能够大功率、大电流放电，特别适用于制造动力电池的正极材料。本专利技术方法通过如下技术方案来实现，一种银掺杂纳米氢氧化镍电池正极材料的 制备方法，其步骤如下第一步，将镍、铝和银摩尔比为100 10 20 0. 1 5的镍盐、铝盐和银盐， 用水溶解配成镍离子浓度为0. 1 12mol/L的反应溶液；用氢氧化钾和/或氢氧化钠配制 OF浓度为0. 1 12mol/L的碱性沉淀剂溶液；第二步，在搅拌和超声波分散的条件下，将含OH—摩尔量为镍、铝和银离子总摩尔 量的2 2. 5倍的上述碱性沉淀剂溶液滴加到所述的含有镍、铝及银离子的反应溶液中， 控制沉淀剂的加入速度，使得反应体系的PH值保持在8 13之间，控制反应温度为25 65°C，10 120min滴完后，停止搅拌，继续超声波分散5 60min，得到浅灰绿色或者灰绿 色或者灰色的银掺杂纳米α“氢氧化镍沉淀；第三步，将第二步得到的浅灰绿色或者灰绿色或者灰色银掺杂纳米α _氢氧化镍 沉淀过滤出来，用水洗涤至洗出液无硫酸根离子检出(用饱和BaCl2溶液检验)或洗出液 为中性(即与洗涤用水的PH值相同)，再在45 85°C温度条件下烘干至恒重，得到银掺杂 纳米α-氢氧化镍。所述的镍盐为硝酸镍、醋酸镍和硫酸镍中的一种或两种、三种的任意比例混合物。所述的铝盐为硫酸铝、醋酸铝和硝酸铝中的一种或两种、三种的任意比例混合物。所述的银盐为硝酸银和醋酸银中的一种或这两者的任意比例混合物。与现有技术相比，本专利技术具有如下的优点和有益的效果1、本专利技术方法制备的一种银掺杂纳米α-氢氧化镍，由于掺杂了适量的银离子， 使得氢氧化镍的密度显著提高、导电性能大大增强，从而电极大电流放电性能得到提高，用 本专利技术制备的氢氧化镍制造的电池的具有较高的放电比能量和较高的放电比功率，高倍率 充放电性能优良，5C倍率充放电条件下的最高充放电比容量为396mAh/g，特别适用于动力 电池的制造；2、本专利技术方法制备的一种银掺杂纳米α -氢氧化镍，由于其具有相对较大的Ni-O 层间距(见附图1银掺杂纳米α “氢氧化镍的XRD衍射图，与α -氢氧化镍的标准XRD图 谱对比即可知道，其晶体结构均为α -氢氧化镍，层间距在0. 70nm-0. 80nm之间)，其层间能 够容纳更多的C032_、N03-等阴离子，K\Na\H30+等阳离子以及水分子等，使得其质子传导能 力得到显著提高，从而使以改性纳米氢氧化镍为活性物质电极的电化学性能得以提高；3、以本专利技术方法制备的一种银掺杂纳米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Y-羟基氧化镍，放电态的活性物质为氢氧化镍。而且，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，因而电极在充放电过程中，只存在α-氢氧化镍和Y-羟基氧化镍之间的转化，即所谓的α/Υ循环，而不 存在其它类型的晶体形态变化或循环，制造的电极不存在显著的膨胀变形，能有效地延长 电池的使用寿命；4、以本专利技术方法制备的一种银掺杂纳米α -氢氧化镍为正极活性物质制备的镍 电极，在充放电过程中，由于只存在单一的α/Υ循环，而且其活性物质充电态Y-羟基氧 化镍的镍元素具有较高的氧化态，最多可以利用的电子为1.76个。因此，采用本专利技术方法 制备的银掺杂纳米α-氢氧化镍制造的镍正极具有较高的放电比容量，其平均放电比容量 超过368mAh/g，最高放电比容量达到450mAh/g，且其充放电循环性能稳定，镍正极活性本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种银掺杂纳米氢氧化镍正极材料的制备方法，其步骤是：Ａ、将镍、铝和银摩尔比为１００∶１０～２０∶０．１～５的镍盐、铝盐和银盐，用水溶解配成镍离子浓度为０．１～１２ｍｏｌ／Ｌ的反应溶液；配制ＯＨ－浓度为０．１～１２ｍｏｌ／Ｌ的无机碱性沉淀剂溶液；Ｂ、在搅拌和超声波分散的条件下，将步骤Ａ的无机碱性沉淀剂溶液滴加到步骤Ａ的含有镍、铝和银离子的反应溶液中，其中无机碱性沉淀剂溶液中含ＯＨ的摩尔量为被滴加的反应溶液中镍、铝和银离子总摩尔量的２～２．５倍，控制沉淀剂溶液的加入速度，使得反应体系的ｐＨ值保持在８～１３之间，控制反应温度为２５～６５℃，１０～１２０ｍｉｎ滴完后，停止搅拌，继续超声波分散５～６０ｍｉｎ，得到浅灰绿色或者灰绿色或者灰色的银掺杂纳米α－氢氧化镍沉淀；Ｃ、将步骤Ｂ得到的银掺杂纳米α－氢氧化镍沉淀过滤出来，水洗干净后，再在４５～８５℃温度条件下烘干至恒重，得到银掺杂纳米α－氢氧化镍。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：何志艳，程凡，林丽，严立里，郑丽兰，周环波，詹炳然，詹金俊，
申请(专利权)人：广州市云通磁电有限公司，孝感学院，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]