[发明专利]一种具有铁磁性和优异电化学性能的氧化镍微米球及其合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料技术领域，是发展高性能纳米磁性材料，电池电极材料的重要方向。尤其是一种发展纳米材料自组装的重要方法。

背景技术

在工业，氧化镍是重要的原料和功能材料，主要用作生产电池电极、催化剂、磁性材料、半导体(如压敏、热敏电阻)、镍锌铁氧体、玻璃及陶瓷着色料的粉末原料。这些材料的性能在很大程度上决定于氧化镍的尺寸和形貌，所以人们采用模板剂辅助制备出了各种形貌的氧化镍颗粒.在不直接使用模板剂的情况下，人们发现氨水在加热过程中释放的氨气同样可以作为软模板合成各种空心结构的氧化镍.然而在既不使用有机模板剂，又不使用氨水或尿素的情况下，制备球状氧化镍仍未见报导。

工业上常用的氧化镍粉体为几个微米量级的类球状颗粒，因为较大的颗粒可以提高粉体材料的振实密度，例如在磁性材料中，较高的振实密度可以提高磁能积密度；在锂离子和镍氢电池电极材料中，较高的振实密度可以提高其单位体积能量密度。另一方面，当颗粒尺寸较少至纳米尺寸时，尺寸效应和边界效应将越来越重要，例如在磁性材料中，微米级氧化镍具有反铁磁基态，但纳米级颗粒的边界效应可以使反铁磁性氧化镍变成铁磁性材料；在锂离子电池材料中，纳米颗粒可以提高其比容量和倍率性能，但是纳米颗粒很容易脱落在电解质中，并渗透过隔膜从而降低其循环性能。因此要想同时获得较高的振实密度和纳米材料带来的特征，制备一种由纳米微粒组装而成微米级二次颗粒显然非常重要。

本发明提出了通过控制前躯体α-Ni(OH)₂，制备出由纳米颗粒组装而成的微米级球状氧化镍的方法.所获得的微米级球状氧化镍具有铁磁性及优良的电化学性能。

发明内容

本发明提出了一种由纳米颗粒组装而成的微米级球状氧化镍及其合成方法，目的在于提高其振实密度，同时最大限度利用纳米材料的尺寸效应，发展应用前景广阔的磁性材料和电极材料。

本发明涉及纳米颗粒组装而成的微米级球状氧化镍的制备方法，具体过程如下：(1)首先在制备前躯体α-Ni(OH)2微米级球。将Ni(NO₃)₂·6H₂O溶解到乙醇中，充分搅拌后，转入反应釜恒温反应，恒温温度为120℃-250℃，恒温时间为2-48h。反应结束后，冷却到室温，离心，洗涤，干燥，收集得到由纳米颗粒组成的微米级球状α-Ni(OH)₂。(2)将得到的微米级球状α-Ni(OH)₂放入温度为300-900℃的炉中进行热处理，即得到微米级氧化镍球状颗粒。

我们通过以上方法制备的氧化镍微球的尺寸为1-5微米，每个微球均由10-100nm组装而成。此微米球具有明显的室温铁磁性，其矫顽力可达到500Oe。所获得氧化镍微球为锂离子电池电极材料，其首次放电容量为918mAh/g，远高于块体氧化镍及商品化的石墨(小于400mAh/g)的容量。

本发明的氧化镍球状材料的制备技术简单、设备要求不高、成本低廉，并且整个反应过程仅使用了Ni(NO₃)₂·6H₂O和乙醇试剂，没有产生其它有害液体或表面活性剂，合成是绿色环保的。由于样品为粉体状态，很容易与其它材料混合加工，因此在锂离子电池、镍氢电池、纳米磁性材料等领域具有极大的应用前景。

附图说明

图1为水热法制备的α-Ni(OH)₂前躯体及在400℃和700℃烧结处理后的氧化镍微球的x-射线衍射谱。

图2为α-Ni(OH)₂前躯体(a，b)及400℃(c)和700℃(d)烧结处理后得到的氧化镍的扫面电镜照片。α-Ni(OH)₂和氧化镍都呈球状，并且由微小的纳米颗粒组装而成(d)。

图3为经400℃热处理得到的氧化镍粉末的M-H曲线。样品呈现出铁磁性，矫顽力约为500Oe。图4为400℃热处理得到的氧化镍作为锂离子电池正极的首次充放电曲线。

具体实施方式

实例1：

α-Ni(OH)₂的制备：取29.8g的Ni(NO₃)₂·6(H₂O)溶于一定量的无水乙醇中，获得阳离子浓度为1mol/L的溶液，并移入100ml的反应釜中(填充度为70％)，在160℃烘箱中反应3小时，反应后冷却至室温，用蒸馏水抽滤并烘干，即得到所需绿色粉末样品。所得产物为球状α-Ni(OH)₂。