[发明专利]掺Mg纳米球形花状α‑Ni(OH)2电极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于一种电极材料及其制备方法，具体涉及一种掺杂Mg的纳米球形花状α-Ni(OH)₂电极材料及其制备方法。

背景技术

超级电容器具有高功率密度、长循环寿命、无污染、工作温度范围宽的优点，广泛应用于电动汽车、通讯、消费和娱乐电子、信号监控等领域。超级电容器的电极材料主要有碳基材料、导电聚合物及其复合材料和过渡金属化合物及其复合材料。

Ni(OH)₂电极材料具有价格低廉、比电容数值高等优异特性，具有极高的商业价值和应用前景。Ni(OH)₂有α型和β型两种晶体结构。β-Ni(OH)₂/β-NiOOH电对反应中理论电子转移数为0.8个，其质量比容量低；另外，在充放电过程中由于β-Ni(OH)₂活性物质的体积反复收缩和膨胀造成脱落，从而影响电极的循环寿命。α-Ni(OH)₂在某些方面较β-Ni(OH)₂具有更多的优点。α-Ni(OH)₂/γ-NiOOH电对的充放电循环不会发生电极膨胀，可逆性好；α-Ni(OH)₂/γ-NiOOH电对反应中理论电子转移数为1.67，其质量比容量高。但是，α-Ni(OH)₂在碱性电解液中不稳定，α-Ni(OH)₂/γ-NiOOH电对迅速地老化转化为β-Ni(OH)₂/β-NiOOH电对，电极材料的比容量衰减严重。研究表明，可以将+3价金属阳离子或+2价金属阳离子掺入到Ni(OH)₂晶格中，得到结构稳定的α-Ni(OH)₂。在本发明之前，申请号为00123599.0的发明专利中，采用共沉淀、过滤、干燥的方法制备得到掺杂Al、Co、Fe、Mn、In及Ga的球形α-Ni(OH)₂。该材料充电效率高，放电深度大，大电流充放电性能优良。申请号为201210357142.4的发明专利中，采用丙三醇为反应溶剂，尿素为沉淀剂，在100-210℃溶剂热条件下制备球形α-Ni(OH)₂。该活性材料在充放电电流密度为1A/g时，其比容量达到1177F/g。申请号为200410045467.4的专利中，研究人员在60-70℃下，利用正丁醇和十六烷基三甲基溴化铵为辅料，采用共沉淀、过滤、干燥的方法制备得到掺杂Al、Co、Fe、Mg及Zn的非晶体α-Ni(OH)₂。该材料比容量高，循环性能好。

然而，在上述专利中，反应温度相对较高，而且使用有机溶剂或者表面活性剂，导致后处理水消耗大或溶剂、表面活性剂残留，从而影响材料的电化学 性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种反应温度温和，电化学性能好的掺Mg纳米球形花状α-Ni(OH)₂电极材料及其制备方法。

本发明的掺Mg纳米球形花状α-Ni(OH)₂电极材料是Ni_1-xMg_x(OH)₂置换型固溶体，其中0.01≤X≤0.4，Mg均匀掺杂于α-Ni(OH)₂中，结构呈球形花状，颗粒直径为1-10μm。

本发明电极材料的制备方法包括如下步骤：

(1)将水溶性镍盐溶解在去离子水中，搅拌均匀配制成浓度为0.1～2mol/L的溶液；

(2)将水溶性镁盐溶解在去离子水中，搅拌均匀配制成浓度为0.1～2mol/L的溶液；

(3)在磁力搅拌器不断搅拌下，将步骤(2)制备的镁盐溶液混入步骤(1)制备的镍盐溶液中，制得混盐溶液，其中[Mg²⁺]/{[Ni²⁺]+[Mg²⁺]}摩尔比为0.01～0.4；

(4)在磁力搅拌器不断搅拌下，将浓度为1～10wt％沉淀剂缓慢滴入步骤(3)的混盐溶液中，反应完成后陈化2～8小时，最终得到共沉淀生成物。其中沉淀剂加入速率是每1ml混盐溶液中每小时加入0.3-0.4mL，反应温度为15～35℃；

(5)将步骤(4)得到的共沉淀生成物水洗、过滤，经40～80℃干燥，得到掺杂Mg的纳米球形花状α-Ni(OH)₂电极材料。