一种碱性二次电池用多层级α-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多层级α‑氢氧化镍复合材料的制备方法，包括步骤：(1)以硫酸镍、氯化锰和硝酸镱为原料，尿素为沉淀剂，以蒸馏水和乙醇的混合液为溶剂，将混合溶液进行微波加热处理，分离，干燥，得锰、镱掺杂多层级α‑氢氧化镍前躯体；(2)将α‑氢氧化镍前躯体与硫酸钴溶液混合，滴加氢氧化钾溶液，得到氢氧化钴包覆α‑氢氧化镍；(3)电解包覆羟基氧化钴层。本发明专利技术制备的碱性二次电池用多层级α‑氢氧化镍复合材料，在增大材料能量密度的同时，还提高了球形氢氧化镍的导电性和循环稳定性；其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多层级α-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
，尤其涉及一种碱性二次电池用多层级α-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。碱性二次电池以其高比能量、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。Ni(OH)2是一种重要的碱性蓄电池(Ni/Cd、Ni/H2、Ni/Zn、Ni/MH、Ni/Fe)的正极活性材料，对电池的容量、寿命和电化学性能起关键作用。氢氧化镍有两种晶体结构：α-Ni(OH)2和β-Ni(OH)2，对应的充电态分别为γ-NiOOH和β-NiOOH。目前，镍氢电池的正极都采用β-Ni(OH)2/β-NiOOH电对循环，镍原子在电化学反应过程中理论的电子转移数是1，理论比容量为289mAh·g-1。由于β-Ni(OH)2的理论比容量低，而且在过充电时生成的β-NiOOH会造成电极体积膨胀，严重影响了电极的性能。α-Ni(OH)2由于其具有较高的平均氧化价态(接近3.67)，因而具有较高的理论比容量(482mAh·g-1)，并且又能很好地解决β-Ni(OH)2在过充电时产生的电极体积膨胀问题而受到广泛关注。虽然最近几年来不少研究者试图通过制备α-氢氧化镍来克服上述的缺点，但是还存在如下不足：第一，所制备的α相氢氧化镍密度较小，从而影响电池的体积放电比能量和放电比功率，难以达到动力电池所要求的高比能、量高比功率的要求；第二，掺入的非活性杂质不仅降低了活性物质的实际容量，而且会直接降低电极放电比容量，从而影响电池的充放电性能。
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多层级α-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，具有较高的比容量以及良好的循环稳定性。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多层级α-氢氧化镍复合材料的制备方法，具体包括如下步骤：(1)制备锰、镱掺杂多层级α-氢氧化镍前躯体以硫酸镍、氯化锰和硝酸镱为原料，尿素为沉淀剂，以蒸馏水和乙醇的混合液为溶剂，在室温下磁力搅拌来获得混合溶液，其中镍离子的浓度为2-3mol/L、锰离子的浓度为0.15-0.25mol/L、镱离子的浓度为0.02-0.03mol/L，将混合溶液转移到微波反应瓶中在150-200℃下进行微波加热处理，微波热处理时间为30-50分钟，对热处理后的液相体系进行产物离心分离，对分离出来的产物进行洗涤和干燥处理，得到锰、镱掺杂多层级α-氢氧化镍前躯体；(2)包覆氢氧化钴将上述α-氢氧化镍前躯体与钴离子摩尔量相当于α-氢氧化镍的镍离子摩尔量2-3％的硫酸钴溶液混合，超声波分散30-40分钟，在搅拌和超声波作用的条件下，向分散好的含α-氢氧化镍的钴盐溶液中滴加氢氧化钾溶液，控制沉淀剂的加入速度，使得反应体系的pH值保持在9-11之间进行反应，反应结束后停止搅拌，过滤，得到包覆有氢氧化钴的α-氢氧化镍沉淀，用水洗涤3-5次至洗出液的pH值为中性，过滤，在70-90℃温度条件下干燥至恒重，得到氢氧化钴包覆α-氢氧化镍；(3)电解包覆羟基氧化钴层用碱性电池用的隔膜将电解槽分隔成阳极室和阴极室，由钛基二氧化铅的阳极和不锈钢制成的阴极分别放入设有氯化钠碱性电解液的阳极室和阴极室内，将氢氧化钴包覆α-氢氧化镍加入阳极室内，用KOH调至pH值为10-12，在5-10伏恒压、室温以及搅拌下电解生成羟基氧化钴层的α-氢氧化镍，过滤、洗涤、烘干，制得成品。进一步地，在所述的碱性二次电池用多层级α-氢氧化镍复合材料的制备方法中，步骤(1)中所述蒸馏水和乙醇的体积比为1-2:1。进一步地，在所述的碱性二次电池用多层级α-氢氧化镍复合材料的制备方法中，步骤(1)中所述干燥温度为90-100℃。进一步地，在所述的碱性二次电池用多层级α-氢氧化镍复合材料的制备方法中，步骤(2)中所述反应的温度为40-45℃，反应时间为30-40分钟。本专利技术的第二个方面是提供一种如上述所述方法制备的碱性二次电池用多层级α-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多层级α-氢氧化镍复合材料，采用了稀土元素镱及金属元素锰对α-氢氧化镍进行湿法掺杂改性，并在α-氢氧化镍的通过湿法包覆和电解形成均匀的羟基氧化钴包覆层，因此，在增大材料能量密度的同时，还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碱性二次电池用多层级α-氢氧化镍复合材料的制备(1)制备锰、镱掺杂多层级α-氢氧化镍前躯体以硫酸镍、氯化锰和硝酸镱为原料，尿素为沉淀剂，以体积比1:1的蒸馏水和乙醇的混合液为溶剂，在室温下磁力搅拌来获得混合溶液，其中镍离子的浓度为2mol/L，锰离子的浓度为0.15mol/L，镱离子的浓度为0.02mol/L，将混合溶液转移到微波反应瓶中在150℃下进行微波加热处理，微波热处理时间为50分钟，对热处理后的液相体系进行产物离心分离，对分离出来的产物进行洗涤和干燥处理，干燥温度为90℃，得到锰、镱掺杂多层级α-氢氧化镍前躯体。(2)包覆氢氧化钴将上述α-氢氧化镍前躯体与钴离子摩尔量相当于α-氢氧化镍的镍离子摩尔量2％的硫酸钴溶液混合，超声波分散30分钟，在搅拌和超声波作用的条件下，向分散好的含α-氢氧化镍的钴盐溶液中滴加氢氧化钾溶液，控制沉淀剂的加入速度，使得反应体系的pH值保持在9-11之间，控制反应温度为40℃，反应时间40分钟，反应结束后停止搅拌，过滤，得到包覆有氢氧化钴的α-氢氧化镍沉淀，用水洗涤3次至洗出液的pH值为中性，过滤，在70℃温度条件下干燥至恒重，得到氢氧化钴包覆α-氢氧化镍。(3)电解包覆羟基氧化钴层用碱性电池用的隔膜将电解槽分隔成阳极室和阴极室，由钛基二氧化铅的阳极和不锈钢制成的阴极分别放入设有氯化钠碱性电解液的阳极室和阴极室内，将氢氧化钴包覆α-氢氧化镍加入阳极室内，用KOH调至pH值为10-12，在5伏恒压、室温以及搅拌下电解生成羟基氧化钴层的α-氢氧化镍，过滤、洗涤、烘干，制得成品。实施例2碱性二次电池用多层级α-氢氧化镍复合材料的制备(1)制备锰、镱掺杂多层级α-氢氧化镍前躯体以硫酸镍、氯化锰和硝酸镱为原料，尿素为沉淀剂，以体积比2:1的蒸馏水和乙醇的混合液为溶剂，在室温下磁力搅拌来获得混合溶液，其中镍离子的浓度为3mol/L，锰离子的浓度为0.25mol/L，镱离子的浓度为0.03mol/L，将混合溶液转移到微波反应瓶中在200℃下进行微波加热处理，微波热处理时间为30分钟，对热处理后的液相体系进行产物离心分离，对分离出来的产物进行洗涤和干燥处理，干燥温度为100℃，得到锰、镱掺杂多层级α-氢氧化镍前躯体。(2)包覆氢氧化钴将上述α-氢氧化镍前躯体与钴离子摩尔量相当于α-氢氧化镍的镍离子摩尔量3％的硫酸钴溶液混合，超声波分散40分钟，在搅拌和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碱性二次电池用多层级α‑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)制备锰、镱掺杂多层级α‑氢氧化镍前躯体以硫酸镍、氯化锰和硝酸镱为原料，尿素为沉淀剂，以蒸馏水和乙醇的混合液为溶剂，在室温下磁力搅拌来获得混合溶液，其中镍离子的浓度为2‑3mol/L、锰离子的浓度为0.15‑0.25mol/L、镱离子的浓度为0.02‑0.03mol/L，将混合溶液转移到微波反应瓶中在150‑200℃下进行微波加热处理，微波热处理时间为30‑50分钟，对热处理后的液相体系进行产物离心分离，对分离出来的产物进行洗涤和干燥处理，得到锰、镱掺杂多层级α‑氢氧化镍前躯体；(2)包覆氢氧化钴将上述α‑氢氧化镍前躯体与钴离子摩尔量相当于α‑氢氧化镍的镍离子摩尔量2‑3％的硫酸钴溶液混合，超声波分散30‑40分钟，在搅拌和超声波作用的条件下，向分散好的含α‑氢氧化镍的钴盐溶液中滴加氢氧化钾溶液，控制沉淀剂的加入速度，使得反应体系的pH值保持在9‑11之间进行反应，反应结束后停止搅拌，过滤，得到包覆有氢氧化钴的α‑氢氧化镍沉淀，用水洗涤3‑5次至洗出液的pH值为中性，过滤，在70‑90℃温度条件下干燥至恒重，得到氢氧化钴包覆α‑氢氧化镍；(3)电解包覆羟基氧化钴层用碱性电池用的隔膜将电解槽分隔成阳极室和阴极室，由钛基二氧化铅的阳极和不锈钢制成的阴极分别放入设有氯化钠碱性电解液的阳极室和阴极室内，将氢氧化钴包覆α‑氢氧化镍加入阳极室内，用KOH调至pH值为10‑12，在5‑10伏恒压、室温以及搅拌下电解生成羟基氧化钴层的α‑氢氧化镍，过滤、洗涤、烘干，制得成品。...

【技术特征摘要】
1.一种碱性二次电池用多层级α-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)制备锰、镱掺杂多层级α-氢氧化镍前躯体以硫酸镍、氯化锰和硝酸镱为原料，尿素为沉淀剂，以蒸馏水和乙醇的混合液为溶剂，在室温下磁力搅拌来获得混合溶液，其中镍离子的浓度为2-3mol/L、锰离子的浓度为0.15-0.25mol/L、镱离子的浓度为0.02-0.03mol/L，将混合溶液转移到微波反应瓶中在150-200℃下进行微波加热处理，微波热处理时间为30-50分钟，对热处理后的液相体系进行产物离心分离，对分离出来的产物进行洗涤和干燥处理，得到锰、镱掺杂多层级α-氢氧化镍前躯体；(2)包覆氢氧化钴将上述α-氢氧化镍前躯体与钴离子摩尔量相当于α-氢氧化镍的镍离子摩尔量2-3％的硫酸钴溶液混合，超声波分散30-40分钟，在搅拌和超声波作用的条件下，向分散好的含α-氢氧化镍的钴盐溶液中滴加氢氧化钾溶液，控制沉淀剂的加入速度，使得反应体系的pH值保持在9-11之间进行反应，反应结束后停止搅拌，过滤，得到包覆有氢氧化钴的α-氢氧化镍沉淀，用水洗涤3...

【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