專利名稱：具有納米結構的多相氫氧化鎳制備方法
技術領域：
本發明涉及一種用于制備具有納米結構的多相氫氧化鎳的工藝方法。
背景技術：
氫氧化鎳電極已經被廣泛用堿性電池的正極活性物質，隨著個人計算機，通訊設施，音響設備的小型化和輕量化，對高比能量的電池提出了更高的要求。而電池的容量是由正極的容量決定的，一個高放電容量的正極無疑可以大大提高電池的比能量密度。在充放電過程中氫氧化鎳涉及幾種相轉換，現在普遍使用的是球型β-Ni(OH)2，在充放電過程中僅涉及1電子轉移，其相變化是β-Ni(OH)2/β-NiOOH。現已知道對于氫氧化鎳電極的充放電循環，突破β-Ni(OH)2和β-NiOOH的限制，將β-Ni(OH)2氧化為γ-NiOOH，大于1電子轉移的電極反應能實現。但是，由于β-Ni(OH)2和γ--NiOOH存在密度差，充放電過程中體積反復膨脹和收縮，引起活性物質脫落，從而影響電池的壽命。所以一般認為電池充電過程中γ-NiOOH的存在對電池是害的，通常要加入Zn、Cd等添加劑以防止γ-NiOOH的形成。
α-Ni(OH)2是另一種晶形的氫氧化鎳，與β-Ni(OH)2一樣，都是沿著C軸層狀堆積的水鎂石層狀結構，但是層間距不同，α-Ni(OH)2是7.5，β-Ni(OH)2是4.6。在充放電過程中α-Ni(OH)2能可逆地轉化為γ-NiOOH而沒有體積變化，且能轉換1個以上電子(約1.2-1.7個)，因而具有更高的能量密度。并且已經發現α-Ni(OH)2比β-Ni(OH)2具有更好的電化學可逆性。然而，α-Ni(OH)2在堿性溶液中是不穩定的，容易轉化為β-Ni(OH)2。為了解決α-Ni(OH)2的穩定性問題，已經進行了大量的研究工作。Kamath等合成了Al穩定的α-Ni(OH)2，Demourgues等研究了錳穩定的α-Ni(OH)2的物理、化學和電化學性質。最近，Dai等報導了Al穩定的、具有納米結構的α-Ni(OH)2的結構、形貌和電化學性質。盡管這些工作都取得了一定進展，其產品有較高的質量比容量，但其振實密度較低，用作電池正極活性物質體積比容量低。
發明內容
本發明的目的在于提供一種具有納米結構的多相氫氧化鎳制備方法。
本發明的目的是通過如下途徑實現的一種具有納米結構的多相氫氧化鎳制備方法，其特征是先將0.5～6mol/l的金屬離子混合溶液與1～6mol/l的NH4·H2O在PH值為7～9，溫度為30～60℃條件下形成配離子，然后調整PH值至10～13，逐漸加入1～8mol/l的堿液并以250～800轉/分鐘的速度進行攪拌，使其與金屬離子形成過飽和溶液，將該過飽和溶液通過循環沉淀金屬離子，經過濾后用30～70℃的清洗水進行水洗，再在50～100℃的溫度下進行干燥后得到多相氫氧化鎳NiXM1-X(OH)2[其中X＝0.7～1，M為Co或Zn或Mn]。
金屬離子的來源可以是硫酸鹽或硝酸鹽或氯化物本發明所制備的多相結構的Ni(OH)2，既部分保持材料的α-Ni(OH)2結構，保證材料有較高的放電容量；又部分具有β-Ni(OH)2結構，保證材料有較高的振實密度(經實驗能達1.8-1.9g/cm3)，從而使電池不但有較高的質量比容量，同時有較高的體積比容量。納米材料是近年來材料科學的研究熱點，在電池材料的研究中也有重要意義。本發明在制備多相Ni(OH)2研究的同時，對具有納米結構的的多相類球型Ni(OH)2進行了重點研究。通過容量測試發現，用納米結構的的多相類球型Ni(OH)2制成的AA型MH/Ni電池具有比β-Ni(OH)2明顯高的放電容量和優良的充放電性能；通過XRD、SEM研究發現，所具有的多相結構穩定，分別在充放電50，100和200個循環后進行測試，產品仍是穩定的多相結構。
具體實施例方式
實施例1；金屬離子溶液是硫酸鎳溶液，硫酸鈷溶液，硫酸鋅溶液，硫酸錳溶液，先分別配制1mol/L四種金屬離子溶液，然后按81％Ni，1％Co，3％Zn和15％Mn的比例配制金屬離子混合溶液。將金屬離子混合溶液與氨水(29％)同時加入反應容器中，攪拌，攪拌速度250轉/分，控制溫度在35℃，控制反應過程的pH值在8左右，使金屬離子和氨水形成配離子。再在另一反應容器中將配離子溶液與6mol/L NaOH溶液同時加入，控制加料速度，攪拌，攪拌速度為350轉/分，反應過程中控制pH值控制在12.3，控制反應過程時間和晶粒長大時間，可獲得具有納米結構的多相氫氧化鎳。再過濾，用50℃熱水清洗，在70℃干燥，即得納米結構的多相氫氧化鎳成品。
實施例2金屬離子溶液是硫酸鎳溶液，硫酸鈷溶液，硫酸鋅溶液，硫酸錳溶液，先分別配制1mol/L四種金屬離子溶液，然后按81％Mn，1％Co，3％Zn和15％Mn的比例配制金屬離子混合溶液。將金屬離子混合溶液與氨水(29％)同時加入反應容器中，攪拌，攪拌速度250轉/分，控制溫度在35℃，控制反應過程的pH值在8左右，使金屬離子和氨水形成配離子。再在另一反應容器中將配離子溶液與6mol/L NaOH溶液同時加入，控制加料速度，攪拌，攪拌速度為350轉/分，反應過程中控制pH值控制在12.3，反應后物料和溶液進行循環，控制晶粒長大時間，可獲得球型多相氫氧化鎳。再過濾，用50℃熱水清洗，在70℃干燥，即得球型多相氫氧化鎳成品。
權利要求
1.一種具有納米結構的多相氫氧化鎳制備方法，其特征是先將0.5～6mol/l的金屬離子混合溶液與1～6mol/l的NH4·H2O在PH值為7～9，溫度為30～60℃條件下形成配離子，然后調整PH值至10～13，逐漸加入1～8mol/l的堿液并以250～800轉/分鐘的速度進行攪拌，使其與金屬離子形成過飽和溶液，將該過飽和溶液通過循環沉淀金屬離子，經過濾后用30～70℃的清洗水進行水洗，再在50～100℃的溫度下進行干燥后得到多相氫氧化鎳NiXM1-X(OH)2[其中X＝0.7～1，M為Co或Zn或Mn]。
2.如權利要求1所述具有納米結構的多相氫氧化鎳制備方法，其特征在于金屬離子的來源可以是硫酸鹽或硝酸鹽或氯化物
全文摘要
本發明涉及一種具有納米結構的多相氫氧化鎳制備方法。制備的方法是Ni
文檔編號C01G53/00GK1356268SQ0113163
公開日2002年7月3日 申請日期2001年12月25日 優先權日2001年12月25日
發明者王先友, 翟海軍, 楊紅平 申請人:湘潭大學