專利名稱：納米β相球型氫氧化鎳制造方法
技術領域：
本發明涉及一種納米β相球型氫氧化鎳的制造方法。屬化學工程與新材料領域。
鎳氫電池是應用最廣泛的可逆電池之一。目前鎳氫電池發展的最大障礙是電化學容量難以顯著提高，根本原因在于按現有電極材料的制備方法和技術，鎳電極的容量已接近極限。納米氫氧化鎳具有大的比表面積、高的質子擴散系數、低的電化學阻抗和新的電子通道，是新一代鎳電極的希望。但納米材料極易團聚，振實密度低，微結構缺陷大，難以達到實用要求。目前僅美國康涅狄格州立大學于1999年公告了一種納米結構氧化物和氫氧化物的合成方法，他們用噴霧法制備納米粒子，再經過熱處理制成微米尺寸堆積物。這種方法對納米粒子的分散度要求高，工藝較復雜。
本發明的方法與上述方法不同。
本發明的目的在于提出一種納米β相球型氫氧化鎳的制造方法。通過選擇合成的分散劑，降低過飽和混合反應液的表面張力，使晶核形成臨界尺寸大幅度降低，反應液中納米相小粒子穩定存在，得到小尺寸(10納米左右)、晶格結構較完整的β相、球型氫氧化鎳。用本發明制造的納米β相球型氫氧化鎳與微米球型氫氧化鎳復合，可獲得高壓實密度、高電化學容量和快速充放電性能優良的納米電極材料，具有實用價值。
本發明是這樣實現的首先用去離子水將工業鎳鹽(硫酸鎳、硝酸鎳或鹽酸鎳)溶解過濾，去除雜質，將分散劑(表面活性劑)加入過濾干凈的鎳鹽溶液中。經超聲振蕩乳化，制成含分散劑的鎳鹽水溶液；用去離子水將工業苛性堿(氫氧化鈉或氫氧化鉀)溶解沉淀，去除雜質，將氨水或銨鹽加入沉淀干凈、純化后的苛性堿水溶液中，攪拌混勻，制成含氨或銨的苛性堿水溶液。分別將含分散劑的鎳鹽水溶液和含氨或銨的苛性堿水溶液并流連續注入反應器中，保持反應液的溫度、pH值和攪拌速度一定值，反應時間1小時～5小時，不斷取出反應生成物。將反應生成物用去離子水清洗干凈，經超聲振蕩和過濾，然后冷凍干燥，得到分散性良好、β相晶格結構較完整、顆粒呈球型、平均粒徑10納米左右的氫氧化鎳粉末。用本發明制造的納米β相球型氫氧化鎳粉末與微米球型氫氧化鎳粉末復合，可制成具有高壓實密度、高電化學容量和快速充放電性能優良的新的鎳電極材料。
本發明的特征就在于合理選擇和利用分散劑(吐溫80或OP-10)，控制反應液的表面張力系數，大大降低臨界成核尺寸，使納米相小粒子在混合反應液中能穩定存在。
本發明設計的工藝參數是鎳鹽水溶液的濃度為0.3mol/l～0.8mol/l，其中0.5mol/l左右為最佳值；苛性堿水溶液的濃度為0.08mol/l～1.5mol/l，其中1.0mol/l左右為最佳值；鎳鹽水溶液中含分散劑(吐溫80或OP-10)的濃度為0.05g/l～2.0g/l，其中1.0g/l左右為最佳值；苛性堿水溶液中含氨或銨的濃度0.05mol/l～1.6mol/l，其中0.26mol/l左右為最佳值；將含分散劑的鎳鹽水溶液超聲振蕩乳化3～5分鐘，將含氨或銨的苛性堿水溶液攪拌混勻。同時向反應器中連續注入含分散劑的鎳鹽水溶液和含氨或銨的苛性堿水溶液，攪拌速度為200轉/分～1000轉/分，其中500轉/分左右為最佳值。混合反應液的溫度為30～70℃，其中55℃左右為最佳值。混合反應液的pH值為9～12，其中11為最佳值。反應時間為1～5小時，其中2～3小時為最佳值。生成物用去離子水清洗干凈，經超聲振蕩分散，固液分離和冷凍干燥，制成納米β相球型氫氧化鎳樣品。本發明的方法可以線性放大。
實例用去離子水溶解工業硫酸鎳，經過濾去除雜質獲得硫酸鎳水溶液，使其濃度為0.5mol/l。將吐溫80加入硫酸鎳水溶液中，吐溫80的濃度為1.0g/l。將含吐溫80的硫酸鎳水溶液超聲振蕩乳化5分鐘備用；氫氧化鈉堿水溶液由工業氫氧化鈉經去離子水溶解沉淀，去除雜質獲得，其濃度配為1.0mol/l，氫氧化鈉水溶液中氨的濃度為0.26mol/l，將含氨的氫氧化鈉水溶液攪拌混勻備用；反應器的有效容積為600ml，配制的硫酸鎳水溶液300ml，氫氧化鈉水溶液300ml，用抽壓泵分別將硫酸鎳水溶液和氫氧化鈉水溶液同時連續注入反應器中，反應攪拌速度500轉/分，保持混合反應液的溫度為55℃，pH值為11，反應時間1.5小時。沉淀物用去離子水清洗干凈，經超聲振蕩分散，過濾，然后冷凍干燥。獲得的樣品為晶格結構較完整的β相，球型氫氧化鎳粉末。粉末游動性好，平均粒徑為10納米左右。用本實例制造的納米β相球型氫氧化鎳與微米氫氧化鎳復合，使球型氫氧化鎳的體積電化學容量提高20％以上。
權利要求
1.一種納米β相球型氫氧化鎳的制造方法，包括鎳鹽水溶液和苛性堿水溶液；從鎳鹽水溶液和苛性堿水溶液的混合物中沉淀出納米β相球型氫氧化鎳；干燥和超聲處理納米β相球型氫氧化鎳。
2.如權利要求1所述的方法，其中鎳鹽水溶液中的鎳鹽包括硫酸鎳、硝酸鎳、鹽酸鎳。
3.如權利要求2所述的鎳鹽水溶液的濃度為0.3mol/l～0.8mol/l。
4.如權利要求3所述的鎳鹽水溶液中含有分散劑。
5.如權利要求4所述鎳鹽水溶液中分散劑包括吐溫80(Tween-80),OP-10。
6.如權利要求5所述的方法，其中每升鎳鹽水溶液中含分散劑為0.05g～2g。
7.如權利要求6所述含分散劑鎳鹽水溶液，使用前超聲振蕩乳化3分鐘-5分鐘。
8.如權利要求1所述的方法，其中苛性堿水溶液中堿包括氫氧化鈉、氫氧化鉀。
9.如權利要求8所述的苛性堿水溶液的濃度為0.5mol/l～1.6mol/l。
10.如權利要求9所述的苛性堿水溶液中含有氨或銨。
11.如權利要求10所述的苛性堿水溶液中氨或銨的濃度為0.08mol/l～1.5mol/l。
12.如權利要求11所述的苛性堿水溶液，使用前攪拌混勻。
13.如權利要求1所述的方法，鎳鹽水溶液和苛性堿水溶液是并流連續注入反應器的。
14.如權利要求13所述的方法，反應器內安裝有攪拌器，攪拌速度為200轉/分～1000轉/分。
15.如權利要求14所述的反應器內混合反應液溫度為30～70℃。
16.如權利要求15所述的反應器內混合反應液的pH值為9～12。
17.如權利要求16所述的混合反應液反應時間為1～5小時。
18.如權利要求1所述的方法，其中沉淀物由超聲分散。
19.如權利要求18所述的方法，生成物用冷凍干燥，得到納米β相球型氫氧化鎳。
全文摘要
本發明涉及一種納米β相球型氫氧化鎳制造方法。本發明的方法通過控制反應液的表面張力系數,提高過飽和反應液中納米小粒子的穩定性,制備出分散度良好,平均粒度10納米左右的納米氫氧化鎳粉末。本發明的特征在于選擇合適的分散劑。用本發明制造的納米β相氫氧化鎳制成的鎳電極,具有高壓實密度、高電化學容量和優良快速充放電性能。
文檔編號C01G53/00GK1313246SQ0110969
公開日2001年9月19日 申請日期2001年3月20日 優先權日2001年3月20日
發明者李道火, 張紅兵, 張大剛, 徐軍利 申請人:北京科海邁迪生物技術有限責任公司