專利名稱：納米氧化鎳復合粉制備方法
技術領域：
本發明涉及一種應用于超級電容器的納米氧化鎳復合粉的制備方 法，屬于化工電極材料制作工藝技術領域。
技術背景超級電容器作為一種新型儲能元件已引起人們的廣泛關注，并對其 進行深入研究。超級電容器的能量密度比傳統電解電容器高上百倍，漏 電流小近千倍，放電比功率較蓄電池高近十倍，不需要任何維護和保養， 壽命長達十年以上，是一種理想的大功率二次電源。超級電容器已成功 用于電動車輛、激光微波武器、移動通信裝置、計算機以及作為燃料電 池的啟動電源等，超大容量電容器與蓄電池聯用作為動力系統被認為是 解決電動汽車驅動問題的較好途徑。電化學電容器作為高脈沖電流發生 器也將在航空航天、國防等方面發揮重要作用。氧化鎳粉是制作超級電容器正極的關鍵材料，其品質好壞直接影響 超級電容器產品性能，目前超級電容器生產中常用的是納米氧化鎳粉。 目前本領域使用一種用沉淀法制備納米氧化鎳的方法，該法操作簡單， 但產物粒度分布不均，易團聚，導電性不好，比容量偏低，導致使用該 材料的超級電容器內阻偏大，不適合大電流放電，循環壽命較低。發明內容本發明要解決的技術問題是提供一種納米氧化鎳復合粉的制備方 法，由該方法制備的氧化鎳復合粉粒徑小，分布均勻，比容量高，以此 為活性物質制成的超級電容器內阻低，循環壽命高。本發明的技術方案是按如下方法制備納米氧化鎳復合粉1、 配制含鎳、鈷、鋅金屬的硝酸鹽和/或羧酸鹽混合溶液，總濃度0. 2 ~ 5mol/L,其中鎳、鈷、鋅金屬元素摩爾比為(80 ~ 98. 9 ) : (1 ~ 15): (0. 1 ~ 5);2、 向上述溶液中加入單體丙烯酰胺和網絡劑N, N—亞甲基雙丙烯 酰胺，加入量分別為溶液總質量的0. 1%~ 3%和0. 1%~2%，室溫下攪拌至 完全溶解；3、 再加入引發劑過硫酸銨，加入量為溶液總質量的20 100PPM，在 60°C 95t:恒溫水溶下聚合反應1~3小時，得到髙分子網絡凝膠；4、 將所得凝膠在5(TC 10(TC下真空干燥0.5-36小時，得到干凝 膠，再放入馬弗爐中在40(TC 70(TC溫度下鍛燒1~5小時，即得粒徑為 30~ 50nm的納米氧化鎳復合粉。進一步的方案是所述含鎳、鈷、鋅金屬的硝酸鹽和/或羧酸鹽混 合溶液為硝酸鎳、乙酸鎳中的一種或兩種加上硝酸鈷、乙酸鈷中的一種 或兩種加上硝酸鋅、乙酸鋅中的 一種或兩種的混合溶液。本發明在鎳鹽溶液中加入一定量的鈷、鋅金屬鹽，并選用容易受熱 分解的鎳、鈷、鋅金屬的硝酸鹽和/或羧酸鹽為原料，采用高分子凝膠法 制備氧化鎳復合粉，通過控制金屬鹽的濃度來控制復合粉粒徑和產率。 摻入鈷后，充電時形成CoOOH，其導電性優于N; OOH,電極的活性物質得到充分利用，鋅在電極中的作用主要是穩定晶格結構，抑制電極膨脹， 減少電極比容量的下降，提高電極循環壽命。該方法中形成的高分子凝 膠網絡具有阻礙作用，使粒子在溶液中的移動受到限制，在隨后的干燥和燒結過程中，粒子接觸和聚集的機會減少，從而形成粒徑小、分布均 勻的納米氧化鎳復合粉體，其粒徑在30 50nm之間，比容量達348 360F/g。
具體實施方式
下面通過實施例進一步說明本發明。 實施例一配制總濃度為0. 5mol/L的金屬鹽的混合溶液，其中乙酸鎳乙酸鈷 乙酸鋅=8. 5: 1: 0. 5 (摩爾比，下同)，向上述溶液中加入0. 1% (重量) 的單體丙烯酰胺和0.1% (重量)的網絡劑N, N —亞甲基雙丙烯酰胺， 在室溫下磁力攪拌至單體和網絡劑全部溶解，再加入20PPM的引發劑過 硫酸銨，在62r恒溫水浴下聚合反應3小時，得到高分子網絡凝膠。將 所得凝膠在IOO'C下真空干燥5小時，得到干凝膠，放入馬弗爐中650 C鍛燒2h，除去有機物并分解無機鹽，即可得到納米氧化物復合粉，經 透射電鏡測試分析，其粒徑為30nm。以制得的納米氧化鎳復合粉作為活性物質，石墨粉作為導電劑， PTFE(聚四氟乙烯)為粘結劑，活性物質、導電劑和粘結劑按8.5:1:0.5 的比例混合均勻，加水攪拌成膏狀后均勻的涂在泡沬鎳基體上。6(TC下 烘干3小時，在15MPa下將電極壓成薄片，焊上極耳作為正極，負極采 用活性炭電極，電解液為7mol/L的KOH,制成單體超級電容器。采用Arbin 蓄電池測式設備測試該超極電容器的性能，循環壽命達5萬次，剩余容量 為85%,電容器中納米氧化鎳復合粉的比容量為360F/g。實施例二配制總濃度為3. 5mol/L的金屬鹽的混合溶液(乙酸鎳乙酸鈷硝 酸鈷硝酸鋅=8. 3: 1: 0. 5: 0. 2),向上述溶液中加入Q. 8% (重量)的丙 烯酰胺(單體)，溶解后，加入0.5% (重量)的N， N—亞甲基雙丙烯酰 胺(網絡劑)，在室溫下攪拌至單體和網絡劑全部溶解，再加入50PPM 的引發劑過硫酸銨，在95。C恒溫水浴下聚合反應1小時，得到高分子網 絡凝膠。將所得凝膠在55。C下真空干燥36小時，得到干凝膠，放入馬 弗爐中55(TC鍛燒3h,除去有機物并分解無機鹽，即可得到納米氧化物 復合粉，經透射電鏡測試分析，其粒徑為49nm。釆用與例一相同的方法制成單體超極電容器，經測試，循環壽命達5 萬次，剩余容量為85%，電容器中納米氧化鎳復合粉的比容量為3"F/g。實施例三配制總濃度為2mol/L的金屬鹽的混合溶液(硝酸鎳乙酸鈷硝酸 鈷乙酸鋅=8. 9: 0.5: 0. 5: 0. 1 ),向上述溶液中加入1% (重量)的丙烯酰胺(單體)，溶解后，加入1%(重量)的N， N—亞甲基雙丙烯酰胺(網 絡劑)，在室溫下磁力攪拌至單體和網絡劑全部溶解，再加入70PPM的引 發劑過硫酸銨，在75'C恒溫水浴下聚合反應2小時，得到高分子網絡凝 膠。將所得凝膠在7(TC下真空干燥25小時，得到干凝膠，放入馬弗爐 中45(TC鍛燒4.5h,除去有機物并分解無機鹽，即可得到納米氧化物復 合粉，經透射電鏡測試分析，其粒徑為41nm。采用與例一相同的方法制成單體超極電容器，經測試，循環壽命達5 萬次，剩余容量為80%，電容器中納米氧化鎳復合粉的比容量為354F/g。實施例四配制總濃度為5mol/L的金屬鹽的混合溶液(乙酸鎳乙酸鈷硝酸 鈷乙酸鋅=9. 0: 0. 4: 0. 5: 0. 1 ),向上述溶液中加入3% (重量)的丙烯 酰胺(單體)溶解后，加入2% (重量)的N, N —亞甲基雙丙烯酰胺(網 絡劑)，在室溫下磁力攪拌至單體和網絡劑全部溶解，再加入100PPM的 引發劑過硫酸銨，在85'C恒溫水浴下聚合反應2小時，得到高分子網絡 凝膠。將所得凝膠在85'C下真空干燥15小時，得到干凝膠，放入馬弗 爐中40(TC鍛燒5h,除去有機物并分解無機鹽，即可得到納米氧化物復 合粉，經透射電鏡測試分析，其粒徑為49nm。采用與例一相同的方法制成單體超極電容器，經測試，循環壽命達5 萬次，剩余容量為82%,電容器中納米氧化鎳復合粉的比容量為352F/g。
權利要求
1、一種納米氧化鎳復合粉制備方法，其特征是(1)配制含鎳、鈷、鋅金屬的硝酸鹽和/或羧酸鹽混合溶液，總濃度0.2～5mol/L，其中鎳、鈷、鋅金屬元素摩爾比為(80～98.9)∶(1～15)∶(0.1～5)；(2)向上述溶液中加入單體丙烯酰胺和網絡劑N，N一亞甲基雙丙烯酰胺，加入量分別為溶液總質量的0.1％～3％和0.1％～2％，室溫下攪拌至完全溶解；(3)再加入引發劑過硫酸銨，加入量為溶液總質量的20～100PPM，在60℃～95℃恒溫水溶下聚合反應1～3小時，得到高分子網絡凝膠；(4)將所得凝膠在50℃～100℃下真空干燥0.5～36小時，得到干凝膠，再放入馬弗爐中在400℃～700℃溫度下鍛燒1～5小時，即得粒徑為30～50nm的納米氧化鎳復合粉。
2、 按權利要求1所述的納米氧化鎳復合粉制備方法，其特征在于 所述含鎳、鈷、鋅金屬的硝酸鹽和/或羧酸鹽混合溶液為硝酸鎳、乙酸鎳 中的一種或兩種加上硝酸鈷、乙酸鈷中的一種或兩種加上硝酸鋅、乙酸 鋅中的一種或兩種的混合溶液。
全文摘要
本發明公開了一種納米氧化鎳復合粉制備方法，屬于超級電容器電極制作工藝技術領域。該方法主要特征是配制含鎳、鈷、鋅金屬的硝酸鹽和/或羧酸鹽混合溶液，總濃度0.2～5mol/L，加入單體丙烯酰胺和網絡劑N，N一亞甲基雙丙烯酰胺，再加入引發劑過硫酸銨，在恒溫水浴下聚合反應得到高分子網絡凝膠。經真空干燥得到干凝膠，再經鍛燒后即可得到成品。由該發明制備的納米氧化鎳復合粉粒徑小(30～50nm)，分布均勻，比容量高(348～360F/g)，以此為活性物質制作的超級電容器內阻低，適合大電流放電，循環壽命高。
文檔編號C01G53/04GK101333008SQ20071002483
公開日2008年12月31日 申請日期2007年6月29日 優先權日2007年6月29日
發明者凌付冬, 全 孫, 蘇迎東, 陳懷林 申請人:江蘇雙登集團有限公司