[發明專利]一種三維蜂窩狀Ni(OH)2電池材料及其制備方法和應用

無效

• 申請號: 201310248778.X
• 申請日: 2013-06-21
• 公開（公告）號: CN103311535A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發明（設計）人: 王銀美;霍煥煥;徐彩玲
• 申請（專利權）人: 蘭州大學
• 主分類號: H01M4/52
• 分類號: H01M4/52;H01M4/29
• 代理公司: 北京中恒高博知識產權代理有限公司 11249
• 代理人: 夏晏平

技術領域

本發明屬于電池領域，具體涉及一種三維蜂窩狀Ni(OH)₂電池材料及其制備方法和應用。

背景技術

Ni(OH)₂被廣泛地用作Ni-Cd、Ni-Fe、Ni-Zn和Ni-MH等堿性二次電池的正極活性物質。目前，廣泛應用于實際商業生產的是β-Ni(OH)₂/β-NiOOH體系。但是這種體系存在理論容量較低，充電過程中效率較低，過充電時生成的γ-NiOOH易引起正極電極膨脹，從而縮短電極的使用壽命，制約了Ni-MH電池電化學性能的進一步提高。相對而言，α-Ni(OH)₂/γ-NiOOH電極對的機械變形較小，且在β-NiOOH?中，Ni的平均氧化態為+2.9，而在γ-NiOOH中，Ni的平均氧化態為+3.67或3.3-3.7，因此每個鎳原子上的電荷轉移數大于1，所以α-Ni(OH)₂具有更高的放電比容量。這樣，如果Ni-MH電池的正極反應在α-Ni(OH)₂和γ-NiOOH之間進行可逆地轉化，可以使Ni-MH電池的容量得到較大幅度的提高。但是α-Ni(OH)₂在高溫或強堿條件下不穩定，易轉化為β-Ni(OH)₂。

為了制備穩定的α-Ni(OH)₂，國內外科學工作者嘗試了很多方法如摻雜其它金屬元素以形成結構穩定，性能理想的α-Ni(OH)₂。摻雜的金屬元素有Al、Zn、Fe、Co、Mn?等。其中Al摻雜的α-Ni(OH)₂具有較理想的電化學性能。Ezhov?等人發現添加Zn可從熱力學角度提高α-Ni(OH)₂的穩定性。

發明內容

本發明的目的是解決現有Ni(OH)₂電池材料不穩定的的問題，提供一種穩定性好的三維蜂窩狀Ni(OH)₂電池材料。

本發明的另一目的是提供一種上述三維蜂窩狀Ni(OH)₂電池材料的制備方法和用途。

本發明實現上述目的所采用的技術方案如下：

一種三維蜂窩狀Ni(OH)₂電池材料，該材料是通過電沉積法在泡沫鎳上負載α-Ni(OH)₂和β-Ni(OH)₂的混合物得到。

所述三維蜂窩狀Ni(OH)₂電池材料的BET比表面積為70-90m²/g。

所述α-Ni(OH)₂和β-Ni(OH)₂的混合物的負載量為所述泡沫鎳重量的2.1-2.6%。

上述三維蜂窩狀Ni(OH)₂電池材料的制備方法，包括如下步驟：在硝酸鎳電解液中，以泡沫鎳為陰極，在-0.7V電壓和60-70℃下，直流電沉積得到三維蜂窩狀Ni(OH)₂電池材料。

所述泡沫鎳的孔隙密度為70-110PPI。（PPI：單位英寸長度上的平均孔數）

所述硝酸鎳電解液為0.1mol/L的?Ni(NO₃)₂水溶液。

進一步，為增加泡沫鎳骨架的粗糙度，將泡沫鎳浸泡于鹽酸中進行刻蝕，刻蝕后的泡沫鎳再經清洗、涼干后作為陰極用于直流電沉積。

進一步，泡沫鎳刻蝕時，鹽酸的濃度為10～16wt%，浸泡時間8-12min。

上述三維蜂窩狀Ni(OH)₂電池材料的應用，其作為鎳氫電池的正極材料的應用。

有益效果：

本發明在泡沫鎳基底上，采用直流電沉積的方法，制備了具有α-Ni(OH)₂和β-Ni(OH)₂混合相的介孔蜂窩狀的三維Ni(OH)₂，BET比表面積為70-90m^2?/g，孔直徑主要處于2.0-15.0?nm，其在0.3C時的放電比容量為553.4?mAh·g^-1，當電流密度從0.3C增加到10?C時，三維蜂窩狀Ni(OH)₂電池材料的放電比容量依然達到343.4?mAh·g^-1，通過5?C的循環壽命研究，三維蜂窩狀Ni(OH)₂電池材料具有良好的電化學穩定性。

附圖說明