[發明專利]一種復合摻雜α-Ni(OH)2的微乳液合成法

無效

• 申請號: 200910085938.7
• 申請日: 2009-06-08
• 公開（公告）號: CN101572309A
• 公開（公告）日: 2009-11-04
• 發明（設計）人: 吳鋒;吳伯榮;陳實;王敬;楊凱;穆道斌;安偉峰;甘鳳妍
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: H01M4/26
• 分類號: H01M4/26;H01M4/52
• 代理公司: 北京理工大學專利中心
• 代理人: 張利萍

技術領域

本發明涉及一種復合摻雜α-Ni(OH)2的微乳液合成法，屬于貯能電極材料領域。

背景技術

鎳氫電池的商業化生產中普遍采用β-Ni(OH)₂作為正極材料，α-Ni(OH)₂因其在堿溶液中難以穩定存在等缺點而不被采用。然而α-Ni(OH)₂比容量高、放電平臺高，充電產物為γ-NiOOH，循環過程中不發生電極膨脹，可逆性好。以α-Ni(OH)₂作為鎳氫電池的正極活性物質，能顯著提高鎳電極的電化學性能。如何制備在堿溶液中穩定的α-Ni(OH)₂是行業研究的重點方向。

目前穩定α-Ni(OH)₂的方法主要為離子摻雜，通過摻雜高價金屬陽離子產生過剩電荷穩定α-Ni(OH)₂的晶體結構。目前大多數研究者采用的方式為單一元素摻雜，由于摻雜離子半徑與亞鎳離子半徑間的差異，導致原子間作用力平衡被破壞，使其周圍的其它原子產生靠攏或撐開，產生晶格畸變，從而使晶體的穩定性降低。充放電實驗顯示，通過摻雜某種離子制備的α-Ni(OH)₂能夠表現出高的放電容量，但循環一定次數后容量衰減嚴重。

若將活性物質的粒徑降低至納米級，由于其具有較高的比表面積，可有效降低活物質的實際電流密度，減少極化程度，并減少質子在固相中的擴散距離，從而提高電極充放電效率。通過摻雜其他元素產生協同效應，可進一步提高電池的放電容量和循環穩定性。

目前制備Ni(OH)₂納米材料的方法主要有高能球磨法、沉淀轉化法和化學沉淀法。其中高能球磨法容易引入其他雜質，且制備材料粒徑不均勻；沉淀轉化法對合成條件要求高，晶粒生長不容易控制；化學沉淀法中原料及反應介質的選擇對所制備材料性能的影響較大，現在采用的多數化學沉淀法存在工藝路線復雜、成本高利用率低等問題。

發明內容

本發明的目的是解決為了解決上述問題，提供一種簡單的α-Ni(OH)₂納米材料合成方法。

本發明通過下述技術方案實現。

本發明是在α-Ni(OH)₂合成過程中，摻雜兩種或兩種以上正二或正三價金屬陽離子，其中至少一種離子半徑比Ni²⁺大，一種離子半徑比Ni²⁺小；以“表面活性劑/助表面活性劑/環己烷/水”四組分微乳液分散液滴作為微反應器，合成α-Ni(OH)₂材料為納米級。

所述正二或正三價金屬陽離子中，半徑比Ni²⁺大的包括Cu²⁺、Y³⁺、Cr³⁺、Zn²⁺等，半徑比Ni²⁺小的包括Al³⁺、Mn²⁺、Co²⁺等，摻雜離子與亞鎳離子的比例為0～0.2；所述微乳液系統中，表面活性劑為曲拉通X-100，助表面活性劑為正丁醇，二者以0.06～6的質量比混合，溶于5倍體積的環己烷中，作為乳化劑；微乳液中乳化劑的用量為水溶液體積的0～0.05。

本發明的一種復合摻雜α-Ni(OH)₂的微乳液合成法，具體工藝步驟為：

在恒溫和攪拌條件下將堿微乳液逐滴滴入含摻雜金屬陽離子鹽的鎳鹽微乳液中，至pH達到預定值，繼續恒溫攪拌進行沉淀合成；反應結束后，經靜置、分層、抽濾、洗滌、干燥和研磨，得到納米摻雜α-Ni(OH)₂材料。

本發明所用鎳鹽為六水合氯化鎳、六水合硝酸鎳和六水合硫酸鎳中的至少一種；摻雜金屬陽離子鹽為該離子的硫酸鹽、碳酸鹽、硝酸鹽和氯鹽中的至少一種；堿為氫氧化鈉或氫氧化鉀，并以氨水為絡合劑。

合成納米摻雜α-Ni(OH)₂材料過程中的恒溫溫度為40～80℃，滴堿終點pH為10～14，反應時間為1～5h。

有益效果

本發明通過復合摻雜金屬陽離子平衡α-Ni(OH)₂晶格原子間作用力，改善其在堿液中的穩定性。以該材料作為MH/Ni電池正極活性物質與常規Ni(OH)₂材料相比，具有較高的比容量，與單元素摻雜α-Ni(OH)₂相比，具備良好的循環性能。