[發(fā)明專利]一種具有鐵磁性和優(yōu)異電化學性能的氧化鎳微米球及其合成方法

無效

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• 申請日: 2009-03-13
• 公開（公告）號: CN101830522A
• 公開（公告）日: 2010-09-15
• 發(fā)明（設計）人: 李廣社;唐長林;李莉萍
• 申請（專利權）人: 中國科學院福建物質結構研究所
• 主分類號: C01G53/04
• 分類號: C01G53/04;H01M4/52;H01M4/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發(fā)明涉及納米材料技術領域，是發(fā)展高性能納米磁性材料，電池電極材料的重要方向。尤其是一種發(fā)展納米材料自組裝的重要方法。

背景技術

在工業(yè)，氧化鎳是重要的原料和功能材料，主要用作生產(chǎn)電池電極、催化劑、磁性材料、半導體(如壓敏、熱敏電阻)、鎳鋅鐵氧體、玻璃及陶瓷著色料的粉末原料。這些材料的性能在很大程度上決定于氧化鎳的尺寸和形貌，所以人們采用模板劑輔助制備出了各種形貌的氧化鎳顆粒.在不直接使用模板劑的情況下，人們發(fā)現(xiàn)氨水在加熱過程中釋放的氨氣同樣可以作為軟模板合成各種空心結構的氧化鎳.然而在既不使用有機模板劑，又不使用氨水或尿素的情況下，制備球狀氧化鎳仍未見報導。

工業(yè)上常用的氧化鎳粉體為幾個微米量級的類球狀顆粒，因為較大的顆粒可以提高粉體材料的振實密度，例如在磁性材料中，較高的振實密度可以提高磁能積密度；在鋰離子和鎳氫電池電極材料中，較高的振實密度可以提高其單位體積能量密度。另一方面，當顆粒尺寸較少至納米尺寸時，尺寸效應和邊界效應將越來越重要，例如在磁性材料中，微米級氧化鎳具有反鐵磁基態(tài)，但納米級顆粒的邊界效應可以使反鐵磁性氧化鎳變成鐵磁性材料；在鋰離子電池材料中，納米顆粒可以提高其比容量和倍率性能，但是納米顆粒很容易脫落在電解質中，并滲透過隔膜從而降低其循環(huán)性能。因此要想同時獲得較高的振實密度和納米材料帶來的特征，制備一種由納米微粒組裝而成微米級二次顆粒顯然非常重要。

本發(fā)明提出了通過控制前軀體α-Ni(OH)₂，制備出由納米顆粒組裝而成的微米級球狀氧化鎳的方法.所獲得的微米級球狀氧化鎳具有鐵磁性及優(yōu)良的電化學性能。

發(fā)明內容

本發(fā)明提出了一種由納米顆粒組裝而成的微米級球狀氧化鎳及其合成方法，目的在于提高其振實密度，同時最大限度利用納米材料的尺寸效應，發(fā)展應用前景廣闊的磁性材料和電極材料。

本發(fā)明涉及納米顆粒組裝而成的微米級球狀氧化鎳的制備方法，具體過程如下：(1)首先在制備前軀體α-Ni(OH)2微米級球。將Ni(NO₃)₂·6H₂O溶解到乙醇中，充分攪拌后，轉入反應釜恒溫反應，恒溫溫度為120℃-250℃，恒溫時間為2-48h。反應結束后，冷卻到室溫，離心，洗滌，干燥，收集得到由納米顆粒組成的微米級球狀α-Ni(OH)₂。(2)將得到的微米級球狀α-Ni(OH)₂放入溫度為300-900℃的爐中進行熱處理，即得到微米級氧化鎳球狀顆粒。

我們通過以上方法制備的氧化鎳微球的尺寸為1-5微米，每個微球均由10-100nm組裝而成。此微米球具有明顯的室溫鐵磁性，其矯頑力可達到500Oe。所獲得氧化鎳微球為鋰離子電池電極材料，其首次放電容量為918mAh/g，遠高于塊體氧化鎳及商品化的石墨(小于400mAh/g)的容量。

本發(fā)明的氧化鎳球狀材料的制備技術簡單、設備要求不高、成本低廉，并且整個反應過程僅使用了Ni(NO₃)₂·6H₂O和乙醇試劑，沒有產(chǎn)生其它有害液體或表面活性劑，合成是綠色環(huán)保的。由于樣品為粉體狀態(tài)，很容易與其它材料混合加工，因此在鋰離子電池、鎳氫電池、納米磁性材料等領域具有極大的應用前景。

附圖說明

圖1為水熱法制備的α-Ni(OH)₂前軀體及在400℃和700℃燒結處理后的氧化鎳微球的x-射線衍射譜。

圖2為α-Ni(OH)₂前軀體(a，b)及400℃(c)和700℃(d)燒結處理后得到的氧化鎳的掃面電鏡照片。α-Ni(OH)₂和氧化鎳都呈球狀，并且由微小的納米顆粒組裝而成(d)。

圖3為經(jīng)400℃熱處理得到的氧化鎳粉末的M-H曲線。樣品呈現(xiàn)出鐵磁性，矯頑力約為500Oe。圖4為400℃熱處理得到的氧化鎳作為鋰離子電池正極的首次充放電曲線。

具體實施方式

實例1：

α-Ni(OH)₂的制備：取29.8g的Ni(NO₃)₂·6(H₂O)溶于一定量的無水乙醇中，獲得陽離子濃度為1mol/L的溶液，并移入100ml的反應釜中(填充度為70％)，在160℃烘箱中反應3小時，反應后冷卻至室溫，用蒸餾水抽濾并烘干，即得到所需綠色粉末樣品。所得產(chǎn)物為球狀α-Ni(OH)₂。