非晶态氢氧化镍电极活性材料的微乳液快速沉淀制备方法

摘要

本发明涉及一种金属氢化物镍电池正极活性材料的合成技术。该技术以镍盐、碱和掺杂金属元素的氢氧化物为主要原料，以十六烷基三甲基溴化铵、正丁醇、环己烷为辅助原料，通过微乳液快速沉淀法制备非晶态氢氧化镍超细粉体材料。产品材料合成的镍电极组成金属氢化物镍电池，比容量高，工作电压稳定，循环性能较好。本发明的方法操作工艺简便、条件易于控制，制备的材料电化学性能较稳定，可适合作为高容量MH－Ni电池正极活性材料。

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属氢化物镍电池正极活性材料的合成技术，特别是一种非晶态氢氧化镍电极活性材料的微乳液快速沉淀制备方法。

背景技术

非晶态材料其内部不存在晶态微粒的晶界、位错、孪晶等影响材料电化学性能问题，无序性强，其电化学活性点不受晶体结构的限制而明显增多，结构稳定，表现出许多不同于晶态材料的物理、化学特殊性质，并与电极材料的电化学活性密切相关。因此，从非晶态的角度研究开发氢氧化镍电极活性材料，能够克服目前MH-Ni应用的β-Ni(OH)₂材料的理论容量289mA/g限制的不足和α-Ni(OH)₂虽容量高，但由于在强碱性稳定性差等缺陷而不能应用实际生产的问题，从而实现高容量、高性能金属氢化物镍电池的生产和广泛应用。本发明采用微乳液快速沉淀法制备非晶态氢氧化镍电极活性材料尚未见报道。

发明内容

本发明的目的就是提供一种通过掺杂一定金属氢氧化物简便合成高容量、电化学性能稳定的金属氢化物镍电池正极活性材料的新方法，即非晶态氢氧化镍电极活性材料的微乳液快速沉淀制备方法。

本发明采用镍盐、碱和掺杂元素的氢氧化物为主要原料，以十六烷基三甲基溴化铵、正丁醇、环己烷为辅助原料；将主要原料按合理比例配成溶液以及先后顺序加入一定量的十六烷基三甲基溴化铵、正丁醇、环己烷并置于反应釜中，通过控制一定的条件，在快速搅拌下进行合成反应，然后经过快速沉淀、过滤、乙醇洗涤、干燥即可得到电化学性能良好的非晶态氢氧化镍超细粉体材料。

该制备方法操作简单、方便、易于控制条件，合成的产品为非晶态，将其制作的MH-Ni电池的镍电极以100mA/g充电4小时，然后以50mA/g放电，终止电压为1.0v时，容量高达330-350mAh/g，工作电压稳定于1.24v，循环性能较好，可适合作为高容量金属氢化物镍电池正极活性材料。

具体合成步骤如下：

(1)根据所需制备产物的化学式计算镍盐、碱和掺杂金属元素氢氧化物的用量；

(2)将上述原料按一定比例称量，并配制成溶液；

(3)将配制好的溶液按先后顺序加入十六烷基三甲基溴化铵、正丁醇、环己烷置于反应釜中，通过控制水浴温度50-60℃，在搅拌下进行反应2-3小时；

(4)将反应产物快速沉淀、过滤、乙醇洗涤、在60-70℃恒温干燥箱中干燥，即可得到非晶态氢氧化镍电极活性超细粉体材料。

上述原料按镍盐0.8-0.9摩尔、碱1.6-1.8摩尔、掺杂金属元素的氢氧化物0.1-1.2摩尔、十六烷基三甲基溴化铵0.4-0.6克、正丁醇8-10毫升、环己烷8-10毫升的比例配制。掺杂的金属元素为锌、钴、镁、铝、铁等中的一种或多种。

具体实施方式

实施例一

以硫酸镍、氢氧化钠、氢氧化锌为原料用微乳液法制备非晶态Ni_0.8Zn_0.2(OH)₂化合物。

1.根据所制备的产物的化学式Ni_0.8Zn_0.2(OH)₂计算各种主要原料的用量。合成1摩尔Ni_0.8Zn_0.2(OH)₂需要0.8摩尔硫酸镍，0.2摩尔氢氧化锌，1.6摩尔氢氧化钠。同时需加入十六烷基三甲基溴化铵的用量为0.4克，正丁醇为8毫升，环己烷为8毫升。

2.将上述原料准确称量，加水配制成溶液。将配制好的溶液按先后顺序加入十六烷基三甲基溴化铵、正丁醇、环己烷并置于反应釜中，通过控制水浴温度50℃，在搅拌下进行反应两小时。

3.体系反应完毕后快速沉淀、过滤、乙醇洗涤，然后在60℃恒温干燥箱中干燥即可得到非晶态氢氧化镍超细粉体材料。

实施例二

以硫酸镍、氢氧化钠和氢氧化镁为原料用微乳液法制备非晶态Ni_0.9Mg_0.1(OH)₂化合物。

1.根据所制备的产物的化学式Ni_0.9Mg_0.1(OH)₂计算各种主要原料的用量。合成1摩尔Ni_0.9Mg_0.1(OH)₂需要0.9摩尔硫酸镍，0.1摩尔氢氧化镁，1.8摩尔氢氧化钠。同时需加入十六烷基三甲基溴化铵的用量为0.6克，正丁醇为10毫升，环己烷为8毫升。

2.将上述原料准确称量，加水配制成溶液。将配制好的溶液按先后顺序加入十六烷基三甲基溴化铵、正丁醇、环己烷并置于反应釜中，通过控制水浴温度55℃，在搅拌下进行反应两小时。

3.体系反应完毕后快速沉淀、过滤、乙醇洗涤，然后在60℃恒温干燥箱中干燥即可得到非晶态氢氧化镍超细粉体材料。