专利名称：纳米β相球型氢氧化镍制造方法
技术领域：
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。
权利要求
1.一种纳米β相球型氢氧化镍的制造方法，包括镍盐水溶液和苛性碱水溶液；从镍盐水溶液和苛性碱水溶液的混合物中沉淀出纳米β相球型氢氧化镍；干燥和超声处理纳米β相球型氢氧化镍。
2.如权利要求1所述的方法，其中镍盐水溶液中的镍盐包括硫酸镍、硝酸镍、盐酸镍。
3.如权利要求2所述的镍盐水溶液的浓度为0.3mol/l～0.8mol/l。
4.如权利要求3所述的镍盐水溶液中含有分散剂。
5.如权利要求4所述镍盐水溶液中分散剂包括吐温80(Tween-80),OP-10。
6.如权利要求5所述的方法，其中每升镍盐水溶液中含分散剂为0.05g～2g。
7.如权利要求6所述含分散剂镍盐水溶液，使用前超声振荡乳化3分钟-5分钟。
8.如权利要求1所述的方法，其中苛性碱水溶液中碱包括氢氧化钠、氢氧化钾。
9.如权利要求8所述的苛性碱水溶液的浓度为0.5mol/l～1.6mol/l。
10.如权利要求9所述的苛性碱水溶液中含有氨或铵。
11.如权利要求10所述的苛性碱水溶液中氨或铵的浓度为0.08mol/l～1.5mol/l。
12.如权利要求11所述的苛性碱水溶液，使用前搅拌混匀。
13.如权利要求1所述的方法，镍盐水溶液和苛性碱水溶液是并流连续注入反应器的。
14.如权利要求13所述的方法，反应器内安装有搅拌器，搅拌速度为200转/分～1000转/分。
15.如权利要求14所述的反应器内混合反应液温度为30～70℃。
16.如权利要求15所述的反应器内混合反应液的pH值为9～12。
17.如权利要求16所述的混合反应液反应时间为1～5小时。
18.如权利要求1所述的方法，其中沉淀物由超声分散。
19.如权利要求18所述的方法，生成物用冷冻干燥，得到纳米β相球型氢氧化镍。
全文摘要
本发明涉及一种纳米β相球型氢氧化镍制造方法。本发明的方法通过控制反应液的表面张力系数,提高过饱和反应液中纳米小粒子的稳定性,制备出分散度良好,平均粒度10纳米左右的纳米氢氧化镍粉末。本发明的特征在于选择合适的分散剂。用本发明制造的纳米β相氢氧化镍制成的镍电极,具有高压实密度、高电化学容量和优良快速充放电性能。
文档编号C01G53/00GK1313246SQ0110969
公开日2001年9月19日 申请日期2001年3月20日 优先权日2001年3月20日
发明者李道火, 张红兵, 张大刚, 徐军利 申请人:北京科海迈迪生物技术有限责任公司