[发明专利]纳米双相氢氧化镍电极材料及其制备方法

说明书

(一)技术领域：

本发明涉及化学工程与新材料领域，特别是一种纳米双相氢氧化镍电极材料及其制备方法。

(二)背景技术：

氢氧化镍是镍镉、镍氢等碱性二次充电电池的正极材料。按照晶型的不同，氢氧化镍可分为α-Ni(OH)₂和β-Ni(OH)₂两种，在电化学充电过程中分别转换成γ-NiOOH和β-NiOOH。由于β-Ni(OH)₂在强碱性溶液中稳定性很强，因此，长期以来一直受到人们的青睐，目前已经实现商业化。但是，具有水镁石结构的β-Ni(OH)₂在电化学反应过程中只交换1个电子，其理论容量只有289mAh/g，目前已基本达到容量的理论极限；而且在过充过程中，β-NiOOH容易向γ-NiOOH转变，造成电极膨胀，从而导致容量衰减和电池的加速失效。所以，为了满足电池高容量、高功率的不断需求，人们又把研究的焦点转向了α-Ni(OH)₂。

α-Ni(OH)₂的固相质子扩散系数比β-Ni(OH)₂的大，其在电化学充电后转化成具有较高镍化学态的γ-NiOOH，理论容量可高达482mAh/g；而且α-Ni(OH)₂的充电产物γ-NiOOH与α-Ni(OH)₂的密度变化不大，因此镍电极在α与γ之间进行转化可避免膨胀问题的发生。然而，α-Ni(OH)₂在强碱性溶液中不稳定，容易转化成β-Ni(OH)₂。为了稳定其结构，通常采用Al、Co、Fe、Mn或Zn等离子来部分取代镍离子，形成一种结构稳定的水滑石型氢氧化物(LDHs)。根据这些研究，为了得到在强碱溶液中稳定存在的α-Ni(OH)₂，金属离子的取代量一般需要超过20％。不过，由于取代金属离子多为非电化学活性的，因此，其取代量过高势必会造成其容量的降低。

(三)发明内容：

本发明的目的在于提出一种纳米双相氢氧化镍电极材料及其制备方法，该材料不但可以稳定存在于强碱溶液中，而且更具有高的放电容量，其制备方法为利用化学共沉淀-水热法。

纳米双相氢氧化镍电极材料，其特征在于它由α-Ni(OH)₂和β-Ni(OH)₂构成，它们的质量百分数为α-Ni(OH)₂为80-90％，β-Ni(OH)₂为10-20％。

纳米双相氢氧化镍电极材料的制备方法，其特征在于具体步骤如下：

(1)备料：将初始碱水溶液超声震荡3-5分钟，混合均匀备用，将初始镍盐溶液超声震荡3-5分钟或搅拌10～15分钟，混合均匀备用；

其中，初始碱水溶液由至少一种碱或碱和一种缓冲剂组成，碱的浓度为0.4～1.0摩尔/升，缓冲剂的浓度为0.05～0.2摩尔/升，初始镍盐水溶液由镍盐和三价金属盐混合组成，初始镍盐水溶液中[Ni²⁺]+[M³⁺]＝0.20～0.50摩尔/升，[M³⁺]/([Ni²⁺]+[M³⁺])＝0～0.15摩尔/升，初始碱水溶液与初始镍盐水溶液的体积比等于2～2.5∶1；

(2)共沉淀：首先将配制好的初始镍盐水溶液置于反应器中，随后将初始碱水溶液缓慢注入反应器中，直至反应后溶液PH值为7～10，反应温度25～70℃，搅拌速度为500～1500转/分，反应完成后静置1～3小时，得到共沉淀生成物；

(3)水热处理：将共沉淀生成物转移到水热反应釜中，经120～180℃反应24～100小时，自然冷却至室温；

(4)后处理：将步骤(3)得到的水热产物清洗、过滤，经干燥得到纳米双相的氢氧化镍电极材料。

上述步骤(4)所说的干燥为60-65℃加热干燥或喷雾干燥。

上述所说的碱为氢氧化锂、氢氧化钾或氢氧化钠。

上述所说的缓冲剂为草酸盐或尿素。

上述所说的镍盐为硝酸盐、硫酸盐或盐酸盐。

上述所说的三价金属盐为硝酸盐或硫酸盐。