[发明专利]一种形貌可控的镍钴氢氧化物的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于化学工程及新材料领域，特别涉及一种形貌可控的镍钴氢氧化物的制备方法。

背景技术

过渡金属氢氧化物及氧化物由于其特殊的氧化还原性质及相结构特性在很多领域都有着重要的应用。纳米科学的发展为新材料的研究开辟了新的领域，过渡金属氢氧化物及氧化物中镍和钴的氢氧化物及氧化物纳米材料由于具有有趣的磁、光、传输、催化、电化学和场发射性质，在磁性、催化、传感、能量储存等领域有着广阔的应用前景。形貌对性能有着重要影响，材料形貌的变化会引起性能的变化。因此，进行材料形貌控制显的尤为重要。

氢氧化镍是镍系列电池的正极活性材料，同时也广泛应用于催化和电致变色领域。氢氧化钴是一种性能优异的电池添加剂，在气体传感器，催化剂，磁性材料，电致变色领域也有着广泛的应用。形貌，粒径和结晶性对氢氧化镍和氢氧化镍的电性能和催化性能有重要影响。

由于单一氢氧化物在形貌和性能上有一定的局限性，人们开始关注复合氢氧化物的研究，来实现形貌的多样化和性能的改善。CN1884089A提供了一种制造镍钴锰氢氧化物的方法，在氨性环境下用共结晶的方法合成镍钴锰氢氧化物，得到产物的颗粒为片状，条状和近球状。氢氧化镍电极中适量Co的掺入，可以降低了电极内阻，提高了电极反应的可逆性，并使其放电容量与循环寿命得到了明显改善。CN101062792A利用缓冲溶液法制备了掺杂Co的球形氢氧化镍。

目前，制备镍钴氢氧化物的形貌较为单一,大部分形貌都为球形,而且制备方法一般周期较长，在实现产物结晶性良好，粒径均一和形貌可控方面还存在较大的困难。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种工艺简单、条件温和、流程短的形貌可控的，并且保证得到的产品结晶性好，粒径均一且一致性良好的镍钴复合氢氧化物的制备方法。

本发明的技术方案是：一种形貌可控的镍钴氢氧化物的制备方法： 

本发明采用共沉淀法制备镍钴复合氢氧化物，首先向镍盐和钴盐水溶液中加入乙撑胺螯合剂制得金属胺螯合物溶液，通过搅拌使金属离子与螯合剂充分螯合，然后向反应体系中加入碱金属氢氧化物溶液，通过控制反应温度得到氢氧化物沉淀。经过过滤，水洗，干燥制得镍钴复合氢氧化物。本发明反应体系中镍离子和钴离子的摩尔比、乙撑胺的种类、不同胺的摩尔比及其滴加顺序共同决定了共沉淀产物的形貌，通过调节这些参数实现对镍钴氢氧化物形貌的控制。如控制镍离子和钴离子的摩尔比为2:1，选用乙二胺为螯合剂，可以得到由双轮结构组装成的球形的镍钴氢氧化物；控制镍离子和钴离子的摩尔比为1:3，选用三乙烯四胺为螯合剂，可以得到由光滑棒状结构组装成的三维剑麻形的镍钴氢氧化物。

具体制备步骤为：

常温下配制浓度为0.5-1mol/L的可溶性镍盐和钴盐的混合溶液，磁力搅拌1-2h，在搅拌条件下加入乙撑胺螯合剂，继续搅拌1-2h，再加入碱金属氢氧化物溶液，使反应体系的pH值大于13，1-2h后停止搅拌，在温度为80~120℃，保温3h，过滤洗涤，然后在40℃下干燥12h后得到的球形或三维剑麻形镍钴氢氧化物；其中，镍离子和钴离子的摩尔比为1~5：1~5，螯合剂与总金属离子的摩尔比为1~5：1，碱金属氢氧化物溶液浓度为6-10mol/L。

所述的可溶性镍盐、钴盐包括：镍、钴的硝酸盐、硫酸盐、卤化物、磷酸盐、有机羧酸盐中的一种或几种，其中优选硝酸盐。

所述的乙撑胺螯合剂包括：乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、五乙烯六胺中的一种或几种，其中优选乙二胺和三乙烯四胺。

所述的碱金属氢氧化物包括：氢氧化钠，氢氧化钾，氢氧化锂中的一种或几种，其中优选氢氧化钠。

所述球形结构的基本结构单元主要有双轮状结构和六边形盘，双轮状结构两侧轮的直径为1-2μm，厚度为70-120nm，中间轴长度为50-70nm，六边形盘的厚度为100-300nm，边长为600-900nm；所述三维剑麻形结构的基本结构单元主要有光滑棒状结构和台阶棒状结构，其中棒的长度为1-2μm，直径为300-600nm。

 

本发明的优点在于：（1）提供了镍钴氢氧化物的新形貌；（2）用本发明提供的方法制备的镍钴氢氧化物，可以通过调节体系中镍离子和钴离子的摩尔比、乙撑胺的种类、不同胺的摩尔比及其滴加顺序实现对镍钴氢氧化物形貌的控制；（3）用本发明提供的方法反应工艺简单、条件温和、流程短，适合工业化生产。

附图说明

图1为本发明实施案例1得到的镍钴氢氧化物的扫描电镜照片。