專利名稱：納米β相球型氫氧化鎳制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種納米β相球型氫氧化鎳的制造方法。屬化學(xué)工程與新材料領(lǐng)域。
鎳氫電池是應(yīng)用最廣泛的可逆電池之一。目前鎳氫電池發(fā)展的最大障礙是電化學(xué)容量難以顯著提高，根本原因在于按現(xiàn)有電極材料的制備方法和技術(shù)，鎳電極的容量已接近極限。納米氫氧化鎳具有大的比表面積、高的質(zhì)子擴(kuò)散系數(shù)、低的電化學(xué)阻抗和新的電子通道，是新一代鎳電極的希望。但納米材料極易團(tuán)聚，振實(shí)密度低，微結(jié)構(gòu)缺陷大，難以達(dá)到實(shí)用要求。目前僅美國(guó)康涅狄格州立大學(xué)于1999年公告了一種納米結(jié)構(gòu)氧化物和氫氧化物的合成方法，他們用噴霧法制備納米粒子，再經(jīng)過熱處理制成微米尺寸堆積物。這種方法對(duì)納米粒子的分散度要求高，工藝較復(fù)雜。
本發(fā)明的方法與上述方法不同。
本發(fā)明的目的在于提出一種納米β相球型氫氧化鎳的制造方法。通過選擇合成的分散劑，降低過飽和混合反應(yīng)液的表面張力，使晶核形成臨界尺寸大幅度降低，反應(yīng)液中納米相小粒子穩(wěn)定存在，得到小尺寸(10納米左右)、晶格結(jié)構(gòu)較完整的β相、球型氫氧化鎳。用本發(fā)明制造的納米β相球型氫氧化鎳與微米球型氫氧化鎳復(fù)合，可獲得高壓實(shí)密度、高電化學(xué)容量和快速充放電性能優(yōu)良的納米電極材料，具有實(shí)用價(jià)值。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的首先用去離子水將工業(yè)鎳鹽(硫酸鎳、硝酸鎳或鹽酸鎳)溶解過濾，去除雜質(zhì)，將分散劑(表面活性劑)加入過濾干凈的鎳鹽溶液中。經(jīng)超聲振蕩乳化，制成含分散劑的鎳鹽水溶液；用去離子水將工業(yè)苛性堿(氫氧化鈉或氫氧化鉀)溶解沉淀，去除雜質(zhì)，將氨水或銨鹽加入沉淀干凈、純化后的苛性堿水溶液中，攪拌混勻，制成含氨或銨的苛性堿水溶液。分別將含分散劑的鎳鹽水溶液和含氨或銨的苛性堿水溶液并流連續(xù)注入反應(yīng)器中，保持反應(yīng)液的溫度、pH值和攪拌速度一定值，反應(yīng)時(shí)間1小時(shí)～5小時(shí)，不斷取出反應(yīng)生成物。將反應(yīng)生成物用去離子水清洗干凈，經(jīng)超聲振蕩和過濾，然后冷凍干燥，得到分散性良好、β相晶格結(jié)構(gòu)較完整、顆粒呈球型、平均粒徑10納米左右的氫氧化鎳粉末。用本發(fā)明制造的納米β相球型氫氧化鎳粉末與微米球型氫氧化鎳粉末復(fù)合，可制成具有高壓實(shí)密度、高電化學(xué)容量和快速充放電性能優(yōu)良的新的鎳電極材料。
本發(fā)明的特征就在于合理選擇和利用分散劑(吐溫80或OP-10)，控制反應(yīng)液的表面張力系數(shù)，大大降低臨界成核尺寸，使納米相小粒子在混合反應(yīng)液中能穩(wěn)定存在。
本發(fā)明設(shè)計(jì)的工藝參數(shù)是鎳鹽水溶液的濃度為0.3mol/l～0.8mol/l，其中0.5mol/l左右為最佳值；苛性堿水溶液的濃度為0.08mol/l～1.5mol/l，其中1.0mol/l左右為最佳值；鎳鹽水溶液中含分散劑(吐溫80或OP-10)的濃度為0.05g/l～2.0g/l，其中1.0g/l左右為最佳值；苛性堿水溶液中含氨或銨的濃度0.05mol/l～1.6mol/l，其中0.26mol/l左右為最佳值；將含分散劑的鎳鹽水溶液超聲振蕩乳化3～5分鐘，將含氨或銨的苛性堿水溶液攪拌混勻。同時(shí)向反應(yīng)器中連續(xù)注入含分散劑的鎳鹽水溶液和含氨或銨的苛性堿水溶液，攪拌速度為200轉(zhuǎn)/分～1000轉(zhuǎn)/分，其中500轉(zhuǎn)/分左右為最佳值?；旌戏磻?yīng)液的溫度為30～70℃，其中55℃左右為最佳值?；旌戏磻?yīng)液的pH值為9～12，其中11為最佳值。反應(yīng)時(shí)間為1～5小時(shí)，其中2～3小時(shí)為最佳值。生成物用去離子水清洗干凈，經(jīng)超聲振蕩分散，固液分離和冷凍干燥，制成納米β相球型氫氧化鎳樣品。本發(fā)明的方法可以線性放大。
實(shí)例用去離子水溶解工業(yè)硫酸鎳，經(jīng)過濾去除雜質(zhì)獲得硫酸鎳水溶液，使其濃度為0.5mol/l。將吐溫80加入硫酸鎳水溶液中，吐溫80的濃度為1.0g/l。將含吐溫80的硫酸鎳水溶液超聲振蕩乳化5分鐘備用；氫氧化鈉堿水溶液由工業(yè)氫氧化鈉經(jīng)去離子水溶解沉淀，去除雜質(zhì)獲得，其濃度配為1.0mol/l，氫氧化鈉水溶液中氨的濃度為0.26mol/l，將含氨的氫氧化鈉水溶液攪拌混勻備用；反應(yīng)器的有效容積為600ml，配制的硫酸鎳水溶液300ml，氫氧化鈉水溶液300ml，用抽壓泵分別將硫酸鎳水溶液和氫氧化鈉水溶液同時(shí)連續(xù)注入反應(yīng)器中，反應(yīng)攪拌速度500轉(zhuǎn)/分，保持混合反應(yīng)液的溫度為55℃，pH值為11，反應(yīng)時(shí)間1.5小時(shí)。沉淀物用去離子水清洗干凈，經(jīng)超聲振蕩分散，過濾，然后冷凍干燥。獲得的樣品為晶格結(jié)構(gòu)較完整的β相，球型氫氧化鎳粉末。粉末游動(dòng)性好，平均粒徑為10納米左右。用本實(shí)例制造的納米β相球型氫氧化鎳與微米氫氧化鎳復(fù)合，使球型氫氧化鎳的體積電化學(xué)容量提高20％以上。
權(quán)利要求
1.一種納米β相球型氫氧化鎳的制造方法，包括鎳鹽水溶液和苛性堿水溶液；從鎳鹽水溶液和苛性堿水溶液的混合物中沉淀出納米β相球型氫氧化鎳；干燥和超聲處理納米β相球型氫氧化鎳。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中鎳鹽水溶液中的鎳鹽包括硫酸鎳、硝酸鎳、鹽酸鎳。
3.如權(quán)利要求2所述的鎳鹽水溶液的濃度為0.3mol/l～0.8mol/l。
4.如權(quán)利要求3所述的鎳鹽水溶液中含有分散劑。
5.如權(quán)利要求4所述鎳鹽水溶液中分散劑包括吐溫80(Tween-80),OP-10。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中每升鎳鹽水溶液中含分散劑為0.05g～2g。
7.如權(quán)利要求6所述含分散劑鎳鹽水溶液，使用前超聲振蕩乳化3分鐘-5分鐘。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中苛性堿水溶液中堿包括氫氧化鈉、氫氧化鉀。
9.如權(quán)利要求8所述的苛性堿水溶液的濃度為0.5mol/l～1.6mol/l。
10.如權(quán)利要求9所述的苛性堿水溶液中含有氨或銨。
11.如權(quán)利要求10所述的苛性堿水溶液中氨或銨的濃度為0.08mol/l～1.5mol/l。
12.如權(quán)利要求11所述的苛性堿水溶液，使用前攪拌混勻。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，鎳鹽水溶液和苛性堿水溶液是并流連續(xù)注入反應(yīng)器的。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，反應(yīng)器內(nèi)安裝有攪拌器，攪拌速度為200轉(zhuǎn)/分～1000轉(zhuǎn)/分。
15.如權(quán)利要求14所述的反應(yīng)器內(nèi)混合反應(yīng)液溫度為30～70℃。
16.如權(quán)利要求15所述的反應(yīng)器內(nèi)混合反應(yīng)液的pH值為9～12。
17.如權(quán)利要求16所述的混合反應(yīng)液反應(yīng)時(shí)間為1～5小時(shí)。
18.如權(quán)利要求1所述的方法，其中沉淀物由超聲分散。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，生成物用冷凍干燥，得到納米β相球型氫氧化鎳。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種納米β相球型氫氧化鎳制造方法。本發(fā)明的方法通過控制反應(yīng)液的表面張力系數(shù),提高過飽和反應(yīng)液中納米小粒子的穩(wěn)定性,制備出分散度良好,平均粒度10納米左右的納米氫氧化鎳粉末。本發(fā)明的特征在于選擇合適的分散劑。用本發(fā)明制造的納米β相氫氧化鎳制成的鎳電極,具有高壓實(shí)密度、高電化學(xué)容量和優(yōu)良快速充放電性能。
文檔編號(hào)C01G53/00GK1313246SQ0110969
公開日2001年9月19日 申請(qǐng)日期2001年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月20日
發(fā)明者李道火, 張紅兵, 張大剛, 徐軍利 申請(qǐng)人:北京科海邁迪生物技術(shù)有限責(zé)任公司