[发明专利]纳米β相球型氢氧化镍制造方法

说明书

本发明涉及一种纳米β相球型氢氧化镍的制造方法。属化学工程与新材料领域。

镍氢电池是应用最广泛的可逆电池之一。目前镍氢电池发展的最大障碍是电化学容量难以显著提高，根本原因在于按现有电极材料的制备方法和技术，镍电极的容量已接近极限。纳米氢氧化镍具有大的比表面积、高的质子扩散系数、低的电化学阻抗和新的电子通道，是新一代镍电极的希望。但纳米材料极易团聚，振实密度低，微结构缺陷大，难以达到实用要求。目前仅美国康涅狄格州立大学于1999年公告了一种纳米结构氧化物和氢氧化物的合成方法，他们用喷雾法制备纳米粒子，再经过热处理制成微米尺寸堆积物。这种方法对纳米粒子的分散度要求高，工艺较复杂。

本发明的方法与上述方法不同。    

本发明的目的在于提出一种纳米β相球型氢氧化镍的制造方法。通过选择合成的分散剂，降低过饱和混合反应液的表面张力，使晶核形成临界尺寸大幅度降低，反应液中纳米相小粒子稳定存在，得到小尺寸(10纳米左右)、晶格结构较完整的β相、球型氢氧化镍。用本发明制造的纳米β相球型氢氧化镍与微米球型氢氧化镍复合，可获得高压实密度、高电化学容量和快速充放电性能优良的纳米电极材料，具有实用价值。

本发明是这样实现的：

首先用去离子水将工业镍盐(硫酸镍、硝酸镍或盐酸镍)溶解过滤，去除杂质，将分散剂(表面活性剂)加入过滤干净的镍盐溶液中。经超声振荡乳化，制成含分散剂的镍盐水溶液；用去离子水将工业苛性碱(氢氧化钠或氢氧化钾)溶解沉淀，去除杂质，将氨水或铵盐加入沉淀干净、纯化后的苛性碱水溶液中，搅拌混匀，制成含氨或铵的苛性碱水溶液。分别将含分散剂的镍盐水溶液和含氨或铵的苛性碱水溶液并流连续注入反应器中，保持反应液的温度、pH值和搅拌速度一定值，反应时间1小时～5小时，不断取出反应生成物。将反应生成物用去离子水清洗干净，经超声振荡和过滤，然后冷冻干燥，得到分散性良好、β相晶格结构较完整、颗粒呈球型、平均粒径10纳米左右的氢氧化镍粉末。用本发明制造的纳米β相球型氢氧化镍粉末与微米球型氢氧化镍粉末复合，可制成具有高压实密度、高电化学容量和快速充放电性能优良的新的镍电极材料。

本发明的特征就在于合理选择和利用分散剂(吐温80或OP-10)，控制反应液的表面张力系数，大大降低临界成核尺寸，使纳米相小粒子在混合反应液中能稳定存在。

本发明设计的工艺参数是：镍盐水溶液的浓度为0.3mol/l～0.8mol/l，其中0.5mol/l左右为最佳值；苛性碱水溶液的浓度为0.08mol/l～1.5mol/l，其中1.0mol/l左右为最佳值；镍盐水溶液中含分散剂(吐温80或OP-10)的浓度为0.05g/l～2.0g/l，其中1.0g/l左右为最佳值；苛性碱水溶液中含氨或铵的浓度0.05mol/l～1.6mol/l，其中0.26mol/l左右为最佳值；将含分散剂的镍盐水溶液超声振荡乳化3～5分钟，将含氨或铵的苛性碱水溶液搅拌混匀。同时向反应器中连续注入含分散剂的镍盐水溶液和含氨或铵的苛性碱水溶液，搅拌速度为200转/分～1000转/分，其中500转/分左右为最佳值。混合反应液的温度为30～70℃，其中55℃左右为最佳值。混合反应液的pH值为9～12，其中11为最佳值。反应时间为1～5小时，其中2～3小时为最佳值。生成物用去离子水清洗干净，经超声振荡分散，固液分离和冷冻干燥，制成纳米β相球型氢氧化镍样品。本发明的方法可以线性放大。

实例：用去离子水溶解工业硫酸镍，经过滤去除杂质获得硫酸镍水溶液，使其浓度为0.5mol/l。将吐温80加入硫酸镍水溶液中，吐温80的浓度为1.0g/l。将含吐温80的硫酸镍水溶液超声振荡乳化5分钟备用；氢氧化钠碱水溶液由工业氢氧化钠经去离子水溶解沉淀，去除杂质获得，其浓度配为1.0mol/l，氢氧化钠水溶液中氨的浓度为0.26mol/l，将含氨的氢氧化钠水溶液搅拌混匀备用；反应器的有效容积为600ml，配制的硫酸镍水溶液300ml，氢氧化钠水溶液300ml，用抽压泵分别将硫酸镍水溶液和氢氧化钠水溶液同时连续注入反应器中，反应搅拌速度500转/分，保持混合反应液的温度为55℃，pH值为11，反应时间1.5小时。沉淀物用去离子水清洗干净，经超声振荡分散，过滤，然后冷冻干燥。获得的样品为晶格结构较完整的β相，球型氢氧化镍粉末。粉末游动性好，平均粒径为10纳米左右。用本实例制造的纳米β相球型氢氧化镍与微米氢氧化镍复合，使球型氢氧化镍的体积电化学容量提高20％以上。