本發(fā)明涉及一種制備球形氫氧化鎳的方法，屬于材料工程技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

氫氧化鎳是鎳基電池（ni/mh、ni/cd、ni/zn等）的正極活性物質(zhì)，其性能的優(yōu)良與否直接影響著電池的性能。高性能球形氫氧化鎳的制備研究是國內(nèi)外同行關(guān)注的焦點(diǎn)。目前國內(nèi)外生產(chǎn)氫氧化鎳的方法有：液相沉淀法、均相沉淀法、水熱法、氧化法、高壓水解法、離子交換樹脂法、微乳液法、電解法、機(jī)械化學(xué)合成法等。氫氧化鎳材料的晶型有α型、β型和γ型，形貌有不規(guī)則形、球形、片狀形、管形、空心球形等。γ-ni(oh)2是電池的過充產(chǎn)物，會引起電極膨脹；α-ni(oh)2在堿性環(huán)境中不穩(wěn)定。微觀形貌為球形的氫氧化鎳振實(shí)密度較大，利于提升電極容量，因此堿性鎳基電池通常選用在堿性環(huán)境中能穩(wěn)定工作且能大功率放電的β-ni(oh)2。專利cn103204554a將鎳鹽、陰離子活性劑與陽離子活性劑加入溶液中，溶解后混入堿性試劑在高壓釜中，在80~100℃反應(yīng)1~10h過濾洗滌得到氫氧化鎳，該方法反應(yīng)溫度較高，反應(yīng)時(shí)間過長，需引入添加劑；專利cn104319394a采用100~140g/l的niso4溶液、6~8mol/l的naoh溶液、比重為0.9~0.95的液氨為原料，將這三者以一定比例加入反應(yīng)釜中反應(yīng)6~12h洗滌干燥得到氫氧化鎳，該法缺點(diǎn)在于反應(yīng)時(shí)間較長，氨水的引入需要單獨(dú)控制；專利cn1467160a將含金屬元素的無機(jī)鹽、鎳鹽的混合溶液，配位混合物溶液，堿性溶液等三種溶液并流注入到加油基液的反應(yīng)釜中，通過控制反應(yīng)釜中ni²⁺的濃度、ph值和攪拌速度、反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)過熱堿處理后得到球形氫氧化鎳，該法缺點(diǎn)在于需要控制ph，反應(yīng)時(shí)間達(dá)10h~12h；專利cn102664266a提出了一種摻雜鋅、錳、鋁制備球形氫氧化鎳的方法，將硫酸鎳鹽、硫酸鋅鹽、硫酸錳鹽以及硫酸鋁鹽混合水溶液，氨水，氫氧化鈉水溶液經(jīng)精密流量控制系統(tǒng)連續(xù)注入到反應(yīng)釜中，控制反應(yīng)體系的溫度、ph值以及攪拌強(qiáng)度，反應(yīng)生成球形氫氧化鎳，再經(jīng)反應(yīng)釜溢流口連續(xù)流出，經(jīng)陳化、洗滌、干燥。該法的缺點(diǎn)在于需要控制ph，氫氧化鎳漿料需要陳化，延長了制備氫氧化鎳的時(shí)間。

大規(guī)模生產(chǎn)氫氧化鎳的方法是濕法工藝即傳統(tǒng)液相沉淀法，該法主要利用氨水作為配合劑，反應(yīng)體系中ni²⁺優(yōu)先與nh3結(jié)合形成鎳氨配合物，在一定的ph值下游離態(tài)的ni²⁺與nh3作用生成絡(luò)合物，該絡(luò)合物再與oh^-作用生成ni(oh)2的過程。該制備方法控制的變量有反應(yīng)物濃度、ph、攪拌強(qiáng)度、氨水濃度、反應(yīng)溫度、表面活性劑濃度、反應(yīng)物進(jìn)料速度、陳化時(shí)間、烘干溫度。該法適合大規(guī)模生產(chǎn)，但反應(yīng)時(shí)間一般超過6h，陳化時(shí)間一般超過12h，烘干時(shí)間一般超過6h，整個生產(chǎn)周期至少在24h以上。傳統(tǒng)液相沉淀法的特點(diǎn)是生產(chǎn)周期長，控制變量多，粒度分布范圍較寬，一致性不足，而且很難在較短時(shí)間內(nèi)制備出球形氫氧化鎳。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有制備球形氫氧化鎳的技術(shù)問題，提供一種制備球形氫氧化鎳的方法，即在超聲波條件下，氫氧化鈉和氨水混合溶液與硫酸鎳溶液反應(yīng)制得球形氫氧化鎳，制備的球形氫氧化鎳具有流動性好、純度高、粒度可控且分布均勻的特點(diǎn)。

一種制備球形氫氧化鎳的方法，具體步驟如下：

（1）在氫氧化鈉溶液中加入氨水得到混合溶液a；

（2）將硫酸鎳溶液和步驟（1）所得混合溶液a均逐滴滴入反應(yīng)容器中，在溫度為40~80℃、超聲波和攪拌條件下反應(yīng)4~8h得到氫氧化鎳漿料，過濾、洗滌、干燥即得球形氫氧化鎳；

所述步驟（1）中步驟（1）混合溶液a中氫氧化鈉濃度為2~6mol/l，混合溶液a中氨水濃度為1.5~4.5mol/l；

所述步驟（2）硫酸鎳溶液的濃度為1~2.5mol/l；

所述步驟（2）中硫酸鎳溶液和混合溶液a的滴速比為1~2:1；

所述步驟（2）中超聲波的頻率為40khz，超聲波的功率為140~240w。

本發(fā)明的有益效果是：

（1）本發(fā)明方法安全可靠，工藝簡單，生產(chǎn)周期短、有規(guī)模化生產(chǎn)的潛力；

（2）本發(fā)明的工藝過程中氨水用量較少，無需控制ph，無需引入添加劑，反應(yīng)完后可直接進(jìn)行過濾、洗滌、烘干等工序，無需陳化，可連續(xù)生產(chǎn)作業(yè)；

（3）本發(fā)明制備的球形氫氧化鎳顆粒分布均勻，粒徑為0~20μm，具有比普通球形氫氧化鎳更大的比表面積，在電池反應(yīng)過程中氫氧化鎳顆粒更易與電解液充分接觸，具有更好的活性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中制備ni(oh)2的x射線衍射圖(xrd)；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中制備ni(oh)2的掃描電子顯微鏡圖(sem)；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例1中制備ni(oh)2的粒度分析圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例2中制備ni(oh)2的掃描電子顯微鏡圖(sem)；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例2中制備ni(oh)2的粒度分析圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例3中制備ni(oh)2的掃描電子顯微鏡圖(sem)；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例3中制備ni(oh)2的粒度分析圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于所述內(nèi)容。

實(shí)施例1：一種制備球形氫氧化鎳的方法，其具體步驟如下：

（1）在氫氧化鈉溶液中加入氨水得到混合溶液a，其中混合溶液a中氫氧化鈉濃度為2.5mol/l，氨水濃度2.0mol/l；

（2）配制濃度為1.0mol/l的硫酸鎳溶液；在溫度為60℃、超聲波（超聲波的頻率為40khz，超聲波的功率為240w）和攪拌（攪拌速率為100r/min）條件下，將硫酸鎳溶液和步驟（1）所得混合溶液a均逐滴滴入反應(yīng)容器中，反應(yīng)5h得到氫氧化鎳漿料，其中硫酸鎳溶液和混合溶液a的滴速比為2:1；

（3）將步驟（2）所得氫氧化鎳漿料過濾，洗滌至中性，然后在攪拌條件下，采用酒精進(jìn)行洗滌，采用酒精對氫氧化鎳顆粒進(jìn)行洗滌處理，既能防止烘干工程中的團(tuán)聚現(xiàn)象，又能縮短后序的烘干時(shí)間、降低烘干溫度，酒精可多次使用；固液分離，將固體置于溫度為50℃條件下烘干4h即得球形氫氧化鎳；

本實(shí)施例制備的球形氫氧化鎳為綠色粉末，具有與沙相類似的流動性，本實(shí)施例制備的ni(oh)2的x射線衍射圖(xrd)如圖1所示，x射線衍射圖(xrd)顯示所得材料在19°、33°、38°、52°、59°、62°、69°和72°附近出現(xiàn)了與標(biāo)準(zhǔn)圖譜jcpds(14-117)相吻合的衍射峰，說明制得的氫氧化鎳為β型氫氧化鎳；本實(shí)施例制備ni(oh)2的掃描電子顯微鏡圖(sem)和粒度分析圖分別如圖2、3所示；由圖2、3可知，本實(shí)施例ni(oh)2的中位粒徑6.38μm，90%的顆粒在11.23μm以下，粒徑分布范圍為0~13.96μm，微觀形貌為球形。

實(shí)施例2：一種制備球形氫氧化鎳的方法，其具體步驟如下：

（1）在氫氧化鈉溶液中加入氨水得到混合溶液a，其中混合溶液a中氫氧化鈉濃度為2.0mol/l，氨水濃度3.0mol/l；

（2）配制濃度為1.5mol/l的硫酸鎳溶液；在溫度為70℃、超聲波（超聲波的頻率為40khz，超聲波的功率為150w）和攪拌（攪拌速率為100r/min）條件下，將硫酸鎳溶液和步驟（1）所得混合溶液a均逐滴滴入反應(yīng)容器中，反應(yīng)6h得到氫氧化鎳漿料，其中硫酸鎳溶液和混合溶液a的滴速比為1.3:1；

（3）將步驟（2）所得氫氧化鎳漿料過濾，洗滌至中性，然后在攪拌條件下，采用酒精進(jìn)行洗滌，采用酒精對氫氧化鎳顆粒進(jìn)行洗滌處理，既能防止烘干工程中的團(tuán)聚現(xiàn)象，又能縮短后序的烘干時(shí)間、降低烘干溫度，酒精可多次使用；固液分離，將固體置于溫度為70℃條件下烘干4h即得球形氫氧化鎳；

本實(shí)施例制備的球形氫氧化鎳為綠色粉末，具有與沙相類似的流動性，本實(shí)施例制備ni(oh)2的掃描電子顯微鏡圖(sem)如圖4所示，本實(shí)施例制備ni(oh)2的粒度分析圖如圖5所示，從圖4、5可知，本實(shí)施例的ni(oh)2的中位粒徑6.07μm，11.98μm以下的顆粒達(dá)90%，粒徑分布范圍在0~15.65μm，微觀形貌為球形。

實(shí)施例3：一種制備球形氫氧化鎳的方法，其具體步驟如下：

（1）在氧氧化鈉溶液中加入氨水得到混合溶液a，其中混合溶液a中氧氧化鈉濃度為6.0mol/l，氨水濃度為3.0mol/l；

（2）配制濃度為2.0mol/l的硫酸鎳溶液；在溫度為50℃、超聲波（超聲波的頻率為40khz），超聲波的功率為140w）和攪拌（攪拌速率為120r/min）條件下，將硫酸鎳溶液和步驟（1）所得混合溶液a均逐滴滴入反應(yīng)容器中，反應(yīng)6h得到氫氧化鎳漿料，其中硫酸鎳溶液和混合溶液a的滴速比為1.2:1；

（3）將步驟（2）所得氫氧化鎳漿料過濾，洗滌至中性，然后在攪拌條件下，采用酒精進(jìn)行洗滌，采用酒精對氫氧化鎳顆粒進(jìn)行洗滌處理，既能防止烘干工程中的團(tuán)聚現(xiàn)象，又能縮短后序的烘干時(shí)間、降低烘干溫度，酒精可多次使用；固液分離，將固體置于溫度為80℃條件下烘干4h即得球形氫氧化鎳；

本實(shí)施例制備的球形氫氧化鎳為綠色粉末，具有與沙相類似的流動性，本實(shí)施例制備ni(oh)2的掃描電子顯微鏡圖(sem)如圖6所示，本實(shí)施例制備ni(oh)2的粒度分析圖如圖7所示，從圖6、7可知，本實(shí)施例的ni(oh)2的中位粒徑4.75μm，12.43μm以下顆粒達(dá)90%，粒徑分布在0~21.23μm中位粒徑4.75μm，12.43μm以下顆粒達(dá)90%，粒徑分布在0~21.23μm，微觀形貌為球形。

實(shí)施例4：一種制備球形氫氧化鎳的方法，其具體步驟如下：

（1）在氧氧化鈉溶液中加入氨水得到混合溶液a，其中混合溶液a中氧氧化鈉濃度為4.0mol/l，氨水濃度為4.5mol/l；

（2）配制濃度為2.5mol/l的硫酸鎳溶液；在溫度為40℃、超聲波（超聲波的頻率為40khz），超聲波的功率為190w）和攪拌（攪拌速率為150r/min）條件下，將硫酸鎳溶液和步驟（1）所得混合溶液a均逐滴滴入反應(yīng)容器中，反應(yīng)4h得到氫氧化鎳漿料，其中硫酸鎳溶液和混合溶液a的滴速比為1:1；

（3）將步驟（2）所得氫氧化鎳漿料過濾，洗滌至中性，然后在攪拌條件下，采用酒精進(jìn)行洗滌，采用酒精對氫氧化鎳顆粒進(jìn)行洗滌處理，既能防止烘干工程中的團(tuán)聚現(xiàn)象，又能縮短后序的烘干時(shí)間、降低烘干溫度，酒精可多次使用；固液分離，將固體置于溫度為80℃條件下烘干4h即得球形氫氧化鎳；

本實(shí)施例制備的球形氫氧化鎳為綠色粉末，具有與沙相類似的流動性，本實(shí)施例制備ni(oh)2經(jīng)掃描電子顯微鏡測試，粒徑分析得知，本實(shí)施例的氫氧化鎳粒徑為0~23μm，微觀形貌為球形。

實(shí)施例5：一種制備球形氫氧化鎳的方法，其具體步驟如下：

（1）在氧氧化鈉溶液中加入氨水得到混合溶液a，其中混合溶液a中氧氧化鈉濃度為3mol/l，氨水濃度為1.5mol/l；

（2）配制濃度為1.7mol/l的硫酸鎳溶液；在溫度為80℃、超聲波（超聲波的頻率為40khz，超聲波的功率為170w）和攪拌（攪拌速率為180r/min）條件下，將硫酸鎳溶液和步驟（1）所得氫氧化鈉與氨水混合液均逐滴滴入反應(yīng)容器中，反應(yīng)8h得到氫氧化鎳漿料，其中硫酸鎳溶液和混合溶液a的滴速比為1.7:1；

（3）將步驟（2）所得氫氧化鎳漿料過濾，洗滌至中性，然后在攪拌條件下，采用酒精進(jìn)行洗滌，采用酒精對氫氧化鎳顆粒進(jìn)行洗滌處理，既能防止烘干工程中的團(tuán)聚現(xiàn)象，又能縮短后序的烘干時(shí)間、降低烘干溫度，酒精可多次使用；固液分離，將固體置于溫度為70℃條件下烘干4h即得球形氫氧化鎳；

本實(shí)施例制備的球形氫氧化鎳為綠色粉末，具有與沙相類似的流動性，本實(shí)施例制備ni(oh)2經(jīng)掃描電子顯微鏡測試，粒徑分析得知，本實(shí)施例的氫氧化鎳粒徑為0~24μm，微觀形貌為球形。