一种碱性二次电池用氧化钴包覆氢氧化镍复合材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种碱性二次电池用氧化钴包覆氢氧化镍复合材料的制备方法，包括如下步骤：(1)将氯化镍、硫酸钴和硫酸钇配制成镍钴钇的盐溶液，氢氧化钾溶液，氨水的络合剂，注入反应釜中进行化学沉淀，得到掺杂钇的球形氢氧化镍前躯体；(2)称取适量掺杂钇的球形氢氧化镍前躯体置于密闭的氧化反应器中，通O2进行氧化反应；(3)将Mg(OH)2碱性水溶液加入上述反应结束后的氧化反应器中进行保温处理。本发明专利技术制备的碱性二次电池用球形氢氧化镍材料，大大提高了球形氢氧化镍的导电性和循环稳定性，在用于碱性二次电池时，使得电池具有高的比容量以及较长的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种碱性二次电池用氧化钴包覆氢氧化镍复合材料的制备方法
本专利技术涉及碱性二次电池制造领域，尤其涉及一种碱性二次电池用氧化钴包覆氢氧化镍复合材料的制备方法。
技术介绍
随着能源危机与环境污染的加剧，电动汽车的发展越来越受到人们的重视。金属氢化物镍氢二次电池(Ni/MH)以其高比能量、高比功率、长寿命、安全性好等优异的综合性能，相比其它蓄电池成为电动汽车(EV)和混合动力汽车(HEV)的最佳动力电源。氢镍电池中，正极活性物质的性能是电池整体综合性能提高的关键，尤其是作为电动车动力蓄电池，镍电极的大电流充放电性能还需进一步提高。氢氧化镍是一种具有半导体性质的材料，其颗粒内部和颗粒之间的电阻很大，导致氢氧化镍作为活性物质组装电池的性能不是很理想。为了满足镍氢动力电池高功率密度的电性能需求，广大科技工作者对其采用的正极材料Ni(OH)2进行了各种表面改性处理。然而，在大电流充放电条件下，电化学反应主要集中在氢氧化镍颗粒的表层进行，因氢氧化镍的电阻很大，其颗粒内部深处的的活性物质在此种条件下很难得到充分的利用，因而充放电的比容量降低。为了进一步完善MH/Ni电池的性能，在对其正极活性材料Ni(OH)2的改进过程中，研究人员一方面是在成熟的球形氢氧化镍基础上，通过对其进行内部掺杂、表面修饰等手段来改善其性能，另一方面则是通过制备不同尺寸、形貌的新型的氢氧化镍来提高其性能。但总体来说，表面包覆γ羟基氧化钴的氢氧化镍材料，在诸如导电网络的导电性、完整性以及材料表现出的循环使用寿命、大电流放电性能等电性能指标方面均还有提高的空间。
技术实现思路
为克服上述不足，本专利技术提供一种碱性二次电池用氧化钴包覆氢氧化镍复合材料的制备方法，使用该方法制备的氢氧化镍复合材料，具有良好的导电性能以及循环稳定性。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术的第一个方面是提供一种碱性二次电池用氧化钴包覆氢氧化镍复合材料的制备方法，包括如下步骤：(1)制备掺杂钇的球形氢氧化镍前躯体将氯化镍、硫酸钴和硫酸钇按镍、钴、钇摩尔比例为：镍90-95％，钴3-7％、钇2-3％混合均匀配制1-2摩尔/升的镍钴钇的盐溶液，配制浓度为3-5摩尔/升的氢氧化钾溶液、配制氨浓度为15-25％的氨水的络合剂，同时注入带有搅拌分散功能的反应釜中进行化学沉淀，其中所述盐溶液的流量为3-5ml/min，氢氧化钾流量为6-8ml/min，氨水溶液的流量为3-5ml/min，控制化学反应的条件为pH在11-13范围内，温度为在60-70℃范围内，将得到的沉淀抽滤，用去离子水洗涤至中性，于80-100℃干燥至恒重，得到掺杂钇的球形氢氧化镍前躯体；(2)氧化反应称取适量掺杂钇的球形氢氧化镍前躯体置于密闭的氧化反应器中，加热至100-120℃，机械搅拌30-60分钟，称取适量的氢氧化钠溶于蒸馏水中并配制成质量百分比为50-70％的碱性水溶液，将配制的碱性水溶液以喷淋方式加入到氧化反应器中，掺杂钇的球形氢氧化镍前躯体与碱性水溶液的质量比为10:1-2，采用机械搅拌的搅拌时间为10-15分钟，使掺杂钇的球形氢氧化镍前躯体表面均匀被碱液浸润，机械搅拌的搅拌速度为200-300转/分钟；通入O2到密闭的氧化反应器中，O2的流量为10-20m3/小时，同时打开密闭氧化反应器的排气阀，使O2在进行氧化反应的同时将产物中的水分一起排出，形成覆γ-羟基氧化钴球形氢氧化镍颗粒，在氧化反应过程中同时采用超声波搅拌和机械搅拌相结合以阻止覆γ-羟基氧化钴球形氢氧化镍颗粒抱团，并使钠金属离子能嵌入到γ-羟基氧化钴层状结构的晶格中，氧化反应的反应温度为120-150℃，氧化反应的反应时间为1-2小时；(3)保温处理称取适量Mg(OH)2溶于蒸馏水中并配制成质量百分比为1-2％的Mg(OH)2碱性水溶液，Mg(OH)2碱性水溶液的温度为60-80℃，将配制得到的Mg(OH)2碱性水溶液加入上述反应结束后的氧化反应器中进行保温处理，使Mg+离子与γ-羟基氧化钴晶格中的碱金属Na+离子发生置换反应而进入γ-羟基氧化钴晶格中，制得氧化钴包覆氢氧化镍复合材料。进一步地，在所述的碱性二次电池用氧化钴包覆氢氧化镍复合材料的制备方法中，步骤(1)中，所述镍、钴、钇摩尔比例为镍93％，钴4％、钇3％。进一步地，在所述的碱性二次电池用氧化钴包覆氢氧化镍复合材料的制备方法中，步骤(2)中，所述碱性水溶液为NaOH溶液。进一步地，在所述的碱性二次电池用氧化钴包覆氢氧化镍复合材料的制备方法中，步骤(2)中，所述超声波搅拌器的频率为25-30千赫兹，机械搅拌的搅拌速度为200-300转/分钟。进一步地，在所述的碱性二次电池用氧化钴包覆氢氧化镍复合材料的制备方法中，步骤(3)中，所述Mg(OH)2碱性水溶液的加入量与覆γ-羟基氧化钴的球形氢氧化镍产品的质量比为1:0.2-0.3，保温处理的温度为60-80℃，时间为50-70分钟。进一步地，在所述的碱性二次电池用氧化钴包覆氢氧化镍复合材料的制备方法中，步骤(3)中，保温过程同时采用超声波搅拌和机械搅拌，所述超声波搅拌器的频率为25-30KHz，机械搅拌的搅拌速度为200-300转/分钟。本专利技术的第二个方面是提供一种如上述方法制备的碱性二次电池用氧化钴包覆氢氧化镍复合材料。本专利技术采用上述技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：本专利技术制备的碱性二次电池用氧化钴包覆氢氧化镍复合材料，采用了稀土元素钇对氢氧化镍进行湿法掺杂改性的同时，还在球形氢氧化镍的表面形成氧化钴覆层，并通过氧化反应和保温处理，在氧化钴晶格中掺入钠和镁，大大提高了球形氢氧化镍的导电性和循环稳定性，因此该材料在用于碱性二次电池时，使得电池具有高的比容量以及较长的使用寿命。具体实施方式下面通过具体实施例对本专利技术进行详细和具体的介绍，以使更好的理解本专利技术，但是下述实施例并不限制本专利技术范围。实施例1碱性二次电池用氧化钴包覆氢氧化镍复合材料的制备(1)制备掺杂钇的球形氢氧化镍前躯体将氯化镍、硫酸钴和硫酸钇按镍、钴、钇摩尔比例为：镍90％，钴7％、钇3％混合均匀配制1摩尔/升的镍钴钇的盐溶液，配制浓度为3-5摩尔/升的氢氧化钾溶液、配制氨浓度为15％的氨水的络合剂，同时注入带有搅拌分散功能的反应釜中进行化学沉淀，其中所述盐溶液的流量为3ml/min，氢氧化钾流量为6ml/min，氨水溶液的流量为3ml/min，控制化学反应的条件为pH在11-13范围内，温度为在60℃，将得到的沉淀抽滤，用去离子水洗涤至中性，于80℃干燥至恒重，得到掺杂钇的球形氢氧化镍前躯体。(2)氧化反应称取适量掺杂钇的球形氢氧化镍前躯体置于密闭的氧化反应器中，加热至120℃，机械搅拌60分钟，称取适量的氢氧化钠溶于蒸馏水中并配制成质量百分比为50％的碱性水溶液，将配制的碱性水溶液以喷淋方式加入到氧化反应器中，掺杂钇的球形氢氧化镍前躯体与碱性水溶液的质量比为10:1，采用机械搅拌的搅拌时间为10分钟，使掺杂钇的球形氢氧化镍前躯体表面均匀被碱液浸润，机械搅拌的搅拌速度为200转/分钟；通入O2到密闭的氧化反应器中，O2的流量为10m3/小时，同时打开密闭氧化反应器的排气阀，使O2在进行氧化反应的同时将产物中的水分一起排出，形成覆γ-羟基氧化钴球形氢氧化镍颗粒，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碱性二次电池用氧化钴包覆氢氧化镍复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)制备掺杂钇的球形氢氧化镍前躯体将氯化镍、硫酸钴和硫酸钇按镍、钴、钇摩尔比例为：镍90‑95％，钴3‑7％、钇2‑3％混合均匀配制1‑2摩尔/升的镍钴钇的盐溶液，配制浓度为3‑5摩尔/升的氢氧化钾溶液、配制氨浓度为15‑25％的氨水的络合剂，同时注入带有搅拌分散功能的反应釜中进行化学沉淀，其中所述盐溶液的流量为3‑5ml/min，氢氧化钾流量为6‑8ml/min，氨水溶液的流量为3‑5ml/min，控制化学反应的条件为pH在11‑13范围内，温度为在60‑70℃范围内，将得到的沉淀抽滤，用去离子水洗涤至中性，于80‑100℃干燥至恒重，得到掺杂钇的球形氢氧化镍前躯体；(2)氧化反应称取适量掺杂钇的球形氢氧化镍前躯体置于密闭的氧化反应器中，加热至100‑120℃，机械搅拌30‑60分钟，称取适量的氢氧化钠溶于蒸馏水中并配制成质量百分比为50‑70％的碱性水溶液，将配制的碱性水溶液以喷淋方式加入到氧化反应器中，掺杂钇的球形氢氧化镍前躯体与碱性水溶液的质量比为10:1‑2，采用机械搅拌的搅拌时间为10‑15分钟，使掺杂钇的球形氢氧化镍前躯体表面均匀被碱液浸润，机械搅拌的搅拌速度为200‑300转/分钟；通入O2到密闭的氧化反应器中，O2的流量为10‑20m...

【技术特征摘要】
1.一种碱性二次电池用氧化钴包覆氢氧化镍复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)制备掺杂钇的球形氢氧化镍前躯体将氯化镍、硫酸钴和硫酸钇按镍、钴、钇摩尔比例为：镍90-95％，钴3-7％、钇2-3％混合均匀配制1-2摩尔/升的镍钴钇的盐溶液，配制浓度为3-5摩尔/升的氢氧化钾溶液、配制氨浓度为15-25％的氨水的络合剂，同时注入带有搅拌分散功能的反应釜中进行化学沉淀，其中所述盐溶液的流量为3-5ml/min，氢氧化钾流量为6-8ml/min，氨水溶液的流量为3-5ml/min，控制化学反应的条件为pH在11-13范围内，温度为在60-70℃范围内，将得到的沉淀抽滤，用去离子水洗涤至中性，于80-100℃干燥至恒重，得到掺杂钇的球形氢氧化镍前躯体；(2)氧化反应称取适量掺杂钇的球形氢氧化镍前躯体置于密闭的氧化反应器中，加热至100-120℃，机械搅拌30-60分钟，称取适量的氢氧化钠溶于蒸馏水中并配制成质量百分比为50-70％的碱性水溶液，将配制的碱性水溶液以喷淋方式加入到氧化反应器中，掺杂钇的球形氢氧化镍前躯体与碱性水溶液的质量比为10:1-2，采用机械搅拌的搅拌时间为10-15分钟，使掺杂钇的球形氢氧化镍前躯体表面均匀被碱液浸润，机械搅拌的搅拌速度为200-300转/分钟；通入O2到密闭的氧化反应器中，O2的流量为10-20m3/小时，同时打开密闭氧化反应器的排气阀，使O2在进行氧化反应的同时将产物中的水分一起排出，形成覆γ-羟基氧化钴球形氢氧化镍颗粒，在氧化反应过程中同时采用超声波搅拌和机械搅拌相结合以阻止覆γ-羟基氧化钴球形氢氧化镍颗粒抱团，并使钠金属离子能嵌入到γ-羟基氧化钴层状结构的晶格中，氧化反应的反应温...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋玛丽，
申请(专利权)人：宁波高新区锦众信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33