专利名称：一种镍基大孔材料的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种镍基大孔材料的制备方法。
背景技术：
大孔材料在吸附、催化、分离、隔声、气敏及光学晶体等领域都有着重要的应用。到目前为止，大部分制备大孔材料的方法都需要模板辅助。而其他无模板法所得到的大孔材料的孔隙率非常低且孔径分布不均勻。此外，这些方法的制备过程都比较繁琐，需要较长的时间。溶液燃烧合成方法可以简单、快速制备多种纳米氧化物材料。由于燃烧过程伴随着大量气体的产生，溶液燃烧的产物中往往存在一些大孔，但这些大孔的孔径不均勻且孔隙率很低。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种快速制备高孔隙率镍基大孔材料的方法。本发明的镍基大孔材料的制备方法，其步骤如下
1)以水合胼和甘氨酸的混合物为燃料，以硝酸镍为氧化剂，将混合燃料、硝酸镍和醋酸镍完全溶于蒸馏水中，得到混合溶液，蒸馏水用量以能完全溶解上述试剂的最少量为宜， 混合燃料中水合胼所占的质量分数为50% 100%，混合燃料总质量与硝酸镍的质量比为 0. 27 1. 40，醋酸镍与硝酸镍的质量比为1. 0 2. 0。2)将装有上述混合溶液的坩埚置于马弗炉中于350 450° C加热，溶液经历沸腾、起泡、变干并发生自蔓延燃烧，得到Μ0/Μ镍基大孔材料。本发明的进一步特征在于，将NiO/Ni镍基大孔材料在600 700°C空气中煅烧 3 5小时，得到纯NiO镍基大孔材料。镍基大孔材料的大孔结构和孔隙率可通过改变溶液组成加以调控。本发明制备工艺简单、周期短、能耗低，不需要任何模板或表面活性剂，制得的镍基大孔材料孔隙率高且孔径均勻，在高功率密度锂离子电池领域有着潜在的应用前景。
图1为实施例1制备的大孔NiO/Ni材料的场发射扫描电子显微镜照片； 图2为实施例2制备的大孔Μ0/Μ材料的场发射扫描电子显微镜照片；
图3为实施例2制备的大孔M0/M材料的粉末X射线衍射图谱； 图4为实施例2制备的大孔M0/M材料的大孔孔径分布图； 图5为实施例3制备的大孔M0/M材料的场发射扫描电子显微镜照片； 图6为实施例3制备的大孔M0/M材料的粉末X射线衍射图谱； 图7为实施例3制备的大孔MO/M材料的大孔孔径分布图；图8为实施例4制备的大孔材料的场发射扫描电子显微镜照片； 图9为实施例5制备的大孔材料的场发射扫描电子显微镜照片； 图10为实施例6制备的大孔材料的场发射扫描电子显微镜照片； 图11为实施例7制备的大孔NiO材料的场发射扫描电子显微镜照片； 图12为实施例7制备的大孔NiO材料的粉末X射线衍射图谱； 图13为实施例8制备的大孔NiO材料的场发射扫描电子显微镜照片； 图14为实施例8制备的大孔NiO材料的粉末X射线衍射图谱； 图15为实施例9制备的大孔NiO材料的场发射扫描电子显微镜照片； 图16为实施例10制备的大孔NiO材料的场发射扫描电子显微镜照片； 图17为实施例2制备的大孔NiO/Ni材料在4C电流密度(2872 mA g—1)下的锂离子电池的循环充放电性能曲线；
图18为实施例2制备的大孔NiO/Ni材料在20C电流密度(14360 mA g—1)下的锂离子电池的循环充放电性能曲线。
具体实施例方式以下结合实施例进一步阐述本发明。但本发明不仅仅局限于下述实施例。实施例1
将 1. 250 g 的 Ni (NO3)2 · 6Η20、1· 250 g 的 Ni (CH3COO)2 · 4Η20、0· 317 g 的 N2H4 · H2O 禾口
0. 030 g的C2H5NO2完全溶于15 mL蒸馏水得到透明溶液，再将装有上述溶液的坩埚置于马弗炉中于350 ° C加热。溶液经历沸腾、起泡、变干并发生自蔓延燃烧，即可获得高孔隙率的Ni/NiO大孔材料。图1为所获产物的场发射扫描电子显微镜照片，可以看到产物为多孔结构，且孔分布均勻。实施例2
将 1. 250 g 的 Ni (NO3)2 · 6Η20、1· 250 g 的 Ni (CH3COO)2 · 4Η20、0· 630 g 的 N2H4 · H2O 禾口
0. 060 g的C2H5NO2完全溶于15 mL蒸馏水得到透明溶液，再将装有上述溶液的坩埚置于马弗炉中于400 ° C加热。溶液经历沸腾、起泡、变干并发生自蔓延燃烧，即可获得高孔隙率的Ni/NiO大孔材料。图2为产物的场发射扫描电子显微镜照片，可以看到产物为多孔的结构，且孔径尺寸较均勻，孔径的大致范围为几百纳米到几微米。图3为产物的X射线衍射图谱，经与标准卡片对照可知，所得产物的物相主要为NiO和Ni，并含极少量的Ni3C。图4为所得产物的大孔分布图，可以看出其孔径覆盖了 0. 2 2微米的范围，峰值孔径在0. 7微米左右，孔隙率为86. 4%。实施例3
将 1. 250 g 的 Ni (NO3) 2 · 6H20、1. 250 g 的 Ni (CH3COO) 2 · 4H20、1. 583 g 的 N2H4 · H2O 禾口
0. 150 g的C2H5NO2完全溶于15 mL蒸馏水得到透明溶液，再将装有上述溶液的坩埚置于马弗炉中于400 ° C加热。溶液经历沸腾、起泡、变干并发生自蔓延燃烧，即可获得高孔隙率的Ni/NiO大孔材料。图5为所获产物的场发射扫描电子显微镜照片，可以看到获得产物为高度多孔的结构，且孔径尺寸较均勻，孔径的大致范围为几百纳米到几微米。图6为所得产物的X射线衍射图谱，经与标准卡片对照可知，所得产物的物相主要为NiO和Ni，并含极少量的Ni3C。 图7为所得产物的大孔分布图，可以看出，峰值孔径在2. 0微米左右，孔隙率为79. 1。实施例4
将 1. 250 g 的 Ni (NO3)2 · 6Η20、2· 500 g 的 Ni (CH3COO)2 · 4Η20、0· 630 g 的 N2H4 · H2O 禾口
0. 060 g的C2H5NO2完全溶于15 mL蒸馏水得到透明溶液，再将装有上述溶液的坩埚置于马弗炉中于450 ° C加热。溶液经历沸腾、起泡、变干并发生自蔓延燃烧，即可获得高孔隙率的Ni/NiO大孔材料。图8为所获产物的场发射扫描电子显微镜照片，可以看到获得产物为高度多孔的结构，且孔径尺寸较均勻且孔尺寸较大。实施例5
将 1. 250 g 的 Ni (NO3) 2 ·6Η20、1. 250 g 的 Ni (CH3COO) 2 ·4Η20 和 0. 759 g 的 N2H4 .H2O 完全溶于15 mL蒸馏水得到透明溶液，再将装有上述溶液的坩埚置于马弗炉中于400 ° C加热。溶液经历沸腾、起泡、变干并发生自蔓延燃烧，即可获得高孔隙率的Ni/NiO大孔材料。图9为所获产物的场发射扫描电子显微镜照片，可以看到获得产物为高度多孔的结构，孔隙率为83%。实施例6
将 1. 250 g 的 Ni (NO3) 2 · 6H20、1. 25 g 的 Ni (CH3COO) 2 · 4Η20、0· 304 g 的 N2H4 · H2O 禾口
0. 258 g的C2H5NO2完全溶于15 mL蒸馏水得到透明溶液，再将装有上述溶液的坩埚置于马弗炉中于400 ° C加热。溶液经历沸腾、起泡、变干并发生自蔓延燃烧，即可获得高孔隙率的Ni/NiO大孔材料。图10为所获产物的场发射扫描电子显微镜照片，可以看到获得产物为高度多孔的结构，且孔径尺寸较均勻且孔尺寸较大，孔隙率为70. 4%。实施例7
将实施例2中所得的产物在空气中于600 °C热处理池，得到纯NiO大孔材料。图11为所获产物的场发射扫描电子显微镜照片，图12为所获产物的粉末X射线衍射图谱，经检索可知，所得产物为纯附0。实施例8
将实施例3中所得的产物在空气中于600 °C热处理证，得到纯NiO大孔材料。图13为所获产物的场发射扫描电子显微镜照片，图14为所获产物的粉末X射线衍射图谱，经检索可知，所得产物为纯附0。实施例9
将实施例2中所得的产物在空气中于700 °C热处理证，得到纯NiO大孔材料。图15为所获产物的场发射扫描电子显微镜照片。实施例10
将实施例3中所得的产物在空气中于700 °C热处理证，得到纯NiO大孔材料。图16为所获产物的场发射扫描电子显微镜照片。本发明所述镍基大孔材料作为锂离子电池负极效果实验例
为了进一步说明本发明所述的镍基大孔材料的应用优势，将实施例2所制备的Μ0/Μ大孔材料作为负极，测试锂离子电池性能。具体组装过程为将按照质量比85:10:5比例称量的NiO/Ni大孔粉末、碳黑和偏氟乙烯(PVDF)分散于N-甲基吡咯烷酮(NMP)中搅拌均勻， 然后涂覆在铜箔上，120 ° C真空干燥12 h后，用10 MI^a的压力压实得到干膜。将干膜切割成片，再在氩气气氛手套箱内与金属锂片、电解液和隔膜组成纽扣式电池。其中，隔膜为聚丙烯(PP)膜(Celgard 2300)，电解液为1 mol/L的LiPF6溶解于质量比为50:50的碳酸乙烯酯(EC)和碳酸二乙酯(DEC)的混合物中。将所得电池在LAND2001A电池测试仪上进行循环充放电测试。4C电流密度(2872 mA 下的测试结果如图17所示，20C电流密度 (14360 mA 下的测试结果如图18所示。
权利要求
1.一种镍基大孔材料的制备方法，其步骤如下1)以水合胼和甘氨酸的混合物为燃料，以硝酸镍为氧化剂，将混合燃料、硝酸镍和醋酸镍完全溶于蒸馏水中，得到混合溶液，蒸馏水用量以能完全溶解上述试剂的最少量为宜， 混合燃料中水合胼所占的质量分数为50% 100%，混合燃料总质量与硝酸镍的质量比为 0. 27 1. 40，醋酸镍与硝酸镍的质量比为1. 0 2. 0 ；2)将装有上述混合溶液的坩埚置于马弗炉中于350 450° C加热，溶液经历沸腾、 起泡、变干并发生自蔓延燃烧，得到Μ0/Μ镍基大孔材料。
2.根据权利要求1所述的镍基大孔材料的制备方法，其特征在于将MO/M镍基大孔材料在600 700 °C空气中煅烧3 5小时，得到纯NiO镍基大孔材料。
全文摘要
本发明公开的镍基大孔材料的制备方法，以水合肼和甘氨酸的混合物为燃料，以硝酸镍为氧化剂，将混合燃料、硝酸镍和醋酸镍完全溶于蒸馏水中，得到混合溶液，经自蔓延燃烧得到高孔隙率的NiO/Ni镍基大孔材料。产物的孔结构和孔隙率可通过调整溶液的组成加以调控。将燃烧所得的NiO/Ni镍基大孔材料在空气中600～700℃煅烧3～5小时可进一步得到纯NiO镍基大孔材料。本发明制备工艺简单、能耗低、制备周期短，不需要任何模板或表面活性剂，制得的镍基大孔材料孔隙率高且孔径均匀，在高功率密度锂离子电池领域有着潜在的应用前景。
文档编号C22C1/08GK102534288SQ201210036179
公开日2012年7月4日 申请日期2012年2月17日 优先权日2012年2月17日
发明者吴进明, 文伟 申请人:浙江大学