本发明专利技术公开了一种含稀土元素的纳米多相氢氧化镍及其合成方法，含稀土元素的纳米多相氢氧化镍是由稀土钇或镧取代Ni后形成的α-Ni(OH)2结构和未经取代的β-Ni(OH)2结构的混合体；本发明专利技术的合成方法选用无水碳酸钠作调节溶液pH值的缓冲剂，使反应过程pH值更易控制，从而保证生成的纳米颗粒粒度均匀；本发明专利技术合成的含稀土元素的纳米多相Ni(OH)2具有结构稳定活性高、电化学性能优异等特点；用本发明专利技术合成的含稀土元素的纳米多相Ni(OH)2以8wt.%与工业用球镍混合制成复合电极，最大放电比容量在0.1C和0.5C倍率下高达370mAh/g和358mAh/g；本发明专利技术合成的含稀土元素的纳米多相Ni(OH)2适合用作动力型可充电镍氢电池的正极材料。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种镍氢电池正极材料含稀土元素的纳米多相氢氧化镍及其合成方法，属于纳米复合材料和先进能源材料领域。
技术介绍
镍氢电池(MH-Ni)是安全、环保、性价比合理的绿色电池，在电动汽车、混合动力车、各类便携式电器等领域都有广泛应用，但作为大功率电源其比容量有待提高。MH-Ni电池的容量由正极容量决定，因此提高其正极材料——氢氧化镍Ni (OH)2的性能是关键。研究显示，纳米Ni (OH)2比工业用微米级球镍具有更优异的电化学催化活性、高的放电平台与高的放电容量，但P-Ni(OH)2的容量已接近理论容量289mAh/g，而Q-Ni(OH)2的实际容量距离理论容量482mAh/g还有较大空间，因此，a-Ni (OH)2的研究备受关注。但研究发现，a-Ni (OH)2在强碱中不稳定，容易转变为P-Ni (OH)2，且振实密度较低，同时纳米颗粒易团聚，分散性差，因此其应用受到很大限制。为了解决稳定性差问题，目前普遍采用的方法是用其它金属离子部分取代镍离子，如用Al、Co、Zn取代Ni等，取得一定成效。关于制备 ￠ - Ni (OH) 2和 a - Ni(OH)2 的专利已有不少报道，如 CN 1313245A、CN 101525162A、CN101908623A、ZL 200510050318. I、CN 1322677A 及 CN 1772629A 等，但混合相 Ni (OH)2 的文献和专利报道很少。罗方承等研究表明，混合相(多相)Ni (OH)2在碱液中比纯a -Ni (OH)2结构稳定；专利CN 1356268A采用化学沉淀法合成了掺杂Co/Zn/Mn的纳米多相Ni (OH)2,但没有给出相应的晶相结构图，对材料的电化学性能也未在说明书中给以任何描述
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种结构稳定、放电比容量高、电化学性能好的镍氢电池正极材料——一种含稀土元素的纳米多相氢氧化镍Ni (OH)2及其合成方法。含稀土元素的纳米多相Ni (OH)2是通过掺杂稀土元素钇或镧，使稀土三价离子部分取代二价Ni离子，增加晶体层间负电荷阴离子的吸入，增大正负电荷的库仑力，即增强对阴离子的键合强度，从而达到稳定晶格的目的，同时，较多的阴离子插入晶体层间，使晶体缺陷增多并“撑大”层间距，有利于H+和0H_的传导，增大质子扩散系数，达到提高放电容量和其它电化学性能的目的。本专利技术提供的一种含稀土元素的纳米多相Ni (OH)2的合成方法，合成过程中选用无水碳酸钠Na2CO3作为调节反应液pH值的缓冲剂。反应液的pH值是晶相形成的重要因素，pH值主要通过氢氧化钠或氢氧化钾和氨水控制，由于氢氧化钠或氢氧化钾是强碱，少量的加入会产生较大的PH值波动，且容易形成局部过量；而氨水是弱碱，调节作用不明显，如果氨水加入过多，会对环境造成严重影响且浪费资源。Na2CO3的碱性介于氢氧化钠或氢氧化钾和氨水之间，能弥补两者的不足，起到缓冲的作用，使反应过程PH值更加容易控制并维持稳定，从而保证生成的纳米颗粒粒度均匀。本专利技术的具体技术方案是本专利技术提供的一种含稀土元素的纳米多相氢氧化镍，掺杂稀土元素是钇或镧，其纳米多相氢氧化镍是由稀土元素钇或镧取代Ni后形成的a-Ni(OH)2结构和未经取代的3 -Ni (OH)2结构的混合体。本专利技术提供的一种含稀土元素的纳米多相氢氧化镍的合成方法，具有如下步骤 (1)在0.05 I. Omol/1的工业镍盐溶液中，加入一定量的稀土盐溶液，其中Ni2+与M3+的摩尔比为1:0. 03 0. 4，其中M3+是Y3+或La3+，同时加入适量分散剂，制成含稀土元素的镍盐混合溶液； (2)配置浓度为0.I I. 5mol/l的工业苛性碱溶液，加入0. 2 2. Omol/1的氨水和适量无水碳酸钠；所述的无水碳酸钠Na2CO3作为调节反应液pH值的缓冲剂，其用量与镍的摩尔比为0. 01 0. 20:1 ； (3)用氨水配置母液，pH值调至8 12; (4)在加超声波同时搅拌的条件下，将步骤(I)和步骤(2)的两种溶液并流滴入步骤(3)的母液中，保持反应体系温度、pH值和搅拌速度恒定，其中温度保持在室温 60°C的某个值、pH值在8 12之间的某个值，搅拌速度在150 1000转/分的某个值；反应物滴加完后，继续在超声波下搅拌4 6小时直至反应完全，然后室温 60°C下静置5 15小时再洗涤过滤，用60 100°C烘干至恒重，取出研磨得含稀土元素的纳米多相氢氧化镍粉体。上述步骤(I)中的分散剂是聚乙二醇或吐温-80中的一种，其质量分数占氢氧化镍理论产量的Iwt. % 5wt. %。上述步骤(I)中的镍盐为硝酸镍、硫酸镍或氯化镍中的一种或二种、三种的任意比例混合物。上述步骤(I)中的稀土盐是Y或La的硝酸盐、硫酸盐或氯化盐中的一种或二种、三种的任意比例混合物。 上述步骤(2 )中的工业苛性碱是氢氧化钠或氢氧化钾中的一种。上述步骤(4)中的超声波功率是30 90W，频率20 IOOkHz。本专利技术的有益效果 本专利技术合成的含稀土元素的纳米多相Ni (OH)2是由稀土元素钇或镧取代Ni后形成的a -Ni (OH)2结构和未经取代的@ -Ni (OH)2结构的混合体，因此，材料既具有a -Ni (OH)2的高质量比容量特性，又具有P-Ni(OH)2高振实密度或高体积比容量的优点。本专利技术合成的含稀土元素的纳米多相Ni (OH)2具有结构稳定活性高、电化学性能优异等特点；用本专利技术合成的含稀土元素的纳米多相Ni (OH)2以8wt. %与工业用球镍混合制成复合电极，最大放电比容量在0. IC和0. 5C倍率下高达370mAh/g和358mAh/g ;本专利技术合成的含稀土元素的纳米多相Ni (OH)2适合用作动力型可充电镍氢电池的正极材料。附图说明图I是不同Y掺杂比例样品a、b、C、d、e的XRD图谱。图2是不同Y掺杂比例样品a、b、C、d、e的粒度分布图。图3是不同Y掺杂比例样品a、b、C、d、e对应电极A、B、C、D、E在0. IC倍率的充放电曲线。图4是电极A、B、C、D、E在0. 5C倍率的充放电曲线。图5是电极A、B、C、D、E的循环伏安特性曲线。图6是不同功率Y掺杂样品d、f、g、h及La掺杂样品n的XRD图谱。图7是不同功率样品d、f、g、h的粒度分布图。图8是不同功率样品d、f、g、h的微观形貌图。图9是不同功率Y掺杂样品对应的电极D、F、G、H和La掺杂样品n对应的电极及纯球镍电极0在0. 5C倍率下的充放电曲线。图10是电极D、F、G、H的循环伏安特性曲线。图11是不同pH值Y掺杂样品d、i、j的XRD图谱。图12是不同pH值Y掺杂样品d、i、j的微观形貌图。图13是不同pH值Y掺杂样品所对应的电极D、I、J在0.5C倍率下充放电曲线。图14是电极D、I、J的循环伏安特性曲线。图15是不同缓冲剂用量Y掺杂样品d、k、l、m的XRD图谱。图16是不同缓冲剂用量Y掺杂样品d、m的微观形貌图。图17是不同缓冲剂用量Y掺杂样品对应的电极D、K、L、M在0. 2C倍率下充放电曲线。图18是La掺杂样品n的微观形貌。具体实施例方式实施例I 按照实施方案配制镍盐为0. 05mol/L、乾盐为一定摩尔比例的混合溶本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：周焯均，朱燕娟，张仲举，林晓然，叶贤聪，伍尚改，郑汉忠，包杰，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。