CN102234136B - 一种凹形片状氢氧化镍材料的制备方法 - Google Patents

一种凹形片状氢氧化镍材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种制备氢氧化镍材料的方法，包括以下步骤：按照摩尔比1-2∶1-6∶0.01-0.125配制硫酸镍、尿素和松香基表面活性剂的反应混合物，将该反应混合物加入到溶剂中，所述反应混合物与溶剂的比例为1∶15-40，搅拌均匀得到反应液，其中所述溶剂选自去离子水和乙醇中的一种；将所述反应液放入高压反应釜中，控制反应温度为180-220℃，反应时间4-18小时，反应后，经过冷却、洗涤、干燥，得到形貌为凹片状的氢氧化镍材料。

Description

一种凹形片状氢氧化镍材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种电极材料的制备方法，具体涉及凹形片状氢氧化镍材料的制备方法。
背景技术
21世纪，面临日趋短缺的能源问题和日益严重的环境污染，化学电源越来越显示出其重要作用，也加速了人们对绿色环保二次电池(可充放电)的需求。镍氢二次电池以其价格低、通用性强、寿命长、环保稳定和电流大，在电动工具、电动汽车等大功率设施上显示出竞争力。
镍氢二次电池的正极材料直接影响电池的性能。早在1887年，人们就讨论了氧化镍作为正极活性物质在碱性电池中应用的可能性。近年来，为消除镉电极而迅速发展起来新型镍氢电池，均以氢氧化镍电极材料作为正极。因此，对于高容量、高活性Ni(OH)2正极材料的研究具有重要现实意义。
清华大学采用络合剂控制结晶法制备高浓度球形氢氧化镍材料(CN1221707A、CN128211A)；专利CN1421394A中通过酸解、合成、过滤、洗涤和干燥等步骤得到掺杂钴、锌等其他金属元素的球形氢氧化镍电极材料；由于材料的形貌和尺寸对其性能有着重要的影响，近年来，又有专利采用添加络合剂的方法制备出纳米级球形氢氧化镍材料(CN1322677A)，并有文献(大连海事大学学报，2008，34(5)：87-90)报道氢氧化镍电池材料中掺杂8％的纳米氢氧化镍，可以减弱镍氢电池的记忆性能，提高10％的电容量；吴正翠(无机化学学报，2006，22(8)：1371-1374)使用自制的大环多胺与过量的碱式碳酸镍反应得到花式氢氧化镍。娄载亮等(无机材料学报，200924(2)：345-348.)以高分子聚合物为模板得到空心氢氧化镍微球；Zhou(Journal of the AmericanChemical Society，2009，161(8)：2959-2964.)制备出0.3～1μm大小不均的凹多面体纳米堆积体，以上文献中制备特殊形貌氢氧化镍材料往往大小不均难以控制。在反应过程中加入表面活性剂是控制制备材料的良好方法，文献中(2007，化学世界，3：189-190)使用的表面活性剂多为OP、Tween系列产品，该类产品为石油化学合成产品，在石油资源日益枯竭的今天，以新型表面活性剂代替该类表面活性剂控制制备特殊形貌氢氧化镍具有重要意义。
发明内容
本发明旨在提供一种制备特殊形貌氢氧化镍的方法，其中使用松香基表面活性剂控制形貌。松香基表面活性剂，是以我国重要的可再生资源松香为原料合成的产品，具有原料易得，环保、分子结构有刚性等特点。本发明制备凹形片状貌氢氧化镍的方法步骤如下：
配制硫酸镍、尿素、松香基表面活性剂衍生物按照摩尔比1-2∶1-6∶0.01-0.125混合加入到溶剂中，所述溶剂选自去离子水或乙醇，反应物与溶剂的质量比为1∶15-40，搅拌均匀；其中硫酸镍为镍源、尿素为体系pH值调节剂以产生碱性反应条件、松香基表面活性剂为控制形貌的添加剂。将反应液放入密封的耐高压反应釜中，然后将高压反应釜放入烘箱中，控制温度为180-220℃，反应时间为4-18小时，反应后，经冷却、洗涤、干燥得到产品。
本发明中所用的冷却可以采用自然冷却或强制冷却。本发明中所用的高压反应釜可以是任何类型的高压反应釜，只要其能够满足本发明方法的要求即可。
根据本发明的一个实施方案，其中所述松香基表面活性剂选自以下松香基表面活性剂中的任一种或其组合：
Figure GSA00000075876600031
松香基表面活性剂(I)
其中，n的范围为：1≤n≤6，
Figure GSA00000075876600032
松香基表面活性剂(II)
其中，n的范围为：1≤n≤4，
松香基表面活性剂(III)
其中，n的范围为：1≤n≤10，
Figure GSA00000075876600041
松香基表面活性剂(IV)
其中，
Figure GSA00000075876600042
n的范围为：1≤n≤10；m的范围为：4≤m≤9；R1＝(CH2)pCH3，p的范围为1≤p≤4。
使用扫描电子显微镜(SEM)对根据本发明方法制备的氢氧化镍材料进行分析。结果发现根据本发明方法制备的氢氧化镍材料为凹形片状颗粒。根据本发明，使用松香基表面活性剂，获得了尺寸均匀的凹形片状氢氧化镍颗粒。
本发明可通过松香基表面活性剂辅助高压釜水热法制备出凹形片状氢氧化镍材料，高压釜水热法工艺设备简单，适用于工业化生产。
附图说明
以下结合附图说明本发明的具体实施例。
图1-图5表示根据本发明的实施方案制备的凹形片状氢氧化镍颗粒的扫描电镜(SEM)照片。
具体实施方式
实施例1
将5mL 0.4mol/L的硫酸镍水溶液和0.6mL 100g/L的尿素水溶液、0.2mL10g/mL松香基表面活性剂A乙醇溶液和4.2mL去离子水加入到20mL的反应釜中，超声分散均匀，将反应釜放入烘箱，控制反应温度180℃，反应18h，冷却至室温，经洗涤，105℃下干燥，得到如图1和图2所示的凹形片状氢氧化镍材料。
Figure GSA00000075876600051
     松香基表面活性剂A                            松香基表面活性剂B
实施例2
将5mL 0.4mol/L的硫酸镍水溶液和0.6mL 100g/L的尿素水溶液、2mL10g/mL松香基表面活性剂B 乙醇溶液和2.4mL去离子水加入到20mL的反应釜中，超声分散均匀，将反应釜放入烘箱，控制反应温度190℃，反应5h，冷却至室温，经洗涤，105℃下干燥，得到如图3所示的凹形片状氢氧化镍材料。
Figure GSA00000075876600052
松香基表面活性剂C
Figure GSA00000075876600053
松香基表面活性剂D
其中，
Figure GSA00000075876600061
R1＝(CH2)2CH3。
实施例3
将5mL 0.4mol/L的硫酸镍水溶液和0.6mL 100g/L的尿素水溶液、0.2mL10g/mL松香基表面活性剂C乙醇溶液和4.2mL去离子水加入到20mL的反应釜中，超声分散均匀，将反应釜放入烘箱，控制反应温度185℃，反应10h，冷却至室温，经洗涤，105℃下干燥，得到如图4所示的凹形片状氢氧化镍材料。
实施例4
将5mL 0.4mol/L的硫酸镍水溶液和0.6mL 100g/L的尿素水溶液、0.8mL10g/mL松香基表面活性剂D乙醇溶液和3.6mL去离子水加入到20mL的反应釜中，超声分散均匀，将反应釜放入烘箱，控制反应温度220℃，反应10h，冷却至室温，经洗涤，105℃下干燥，得到如图5所示的凹形片状氢氧化镍材料。
虽然以上实施例举例说明了本发明的具体实施方案，但是，应当理解的是，这些实施例仅用于举例说明本发明的实施方案而不对本发明的范围有任何限定意义。所附权利要求及其任何变化形式都应包括在本发明要求保护的范围内。

Claims (1)

1.一种制备氢氧化镍材料的方法，包括以下步骤：
按照摩尔比1-2:1-6:0.01-0.125配制硫酸镍、尿素和松香基表面活性剂的反应混合物，将该反应混合物加入到溶剂中，所述反应混合物与溶剂的质量比为1:15-40，搅拌均匀得到反应液，其中所述溶剂选自去离子水和乙醇中的一种；
将所述反应液放入高压反应釜中，控制反应温度为180-220℃，反应时间4-18小时，反应后，经过冷却、洗涤、干燥，得到颗粒形貌为凹形片状的氢氧化镍材料，其中所述松香基表面活性剂选自以下松香基表面活性剂中的任意一种或其组合：
Figure FDA00003072603200011
松香基表面活性剂（Ⅰ）
其中，n的范围为：1≤n≤6，
Figure FDA00003072603200012
松香基表面活性剂（Ⅱ）；
其中，n的范围为：1≤n≤4，
Figure FDA00003072603200013
松香基表面活性剂（Ⅲ）
其中，n的范围为：1≤n≤10
Figure FDA00003072603200021
松香基表面活性剂（Ⅳ）
其中，
Figure FDA00003072603200022
n的范围为：1≤n≤10；m的范围为：4≤m≤9；R1=（CH2）pCH3，p的范围为1≤p≤4。
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微波溶剂热法松香基表面活性剂控制合成氢氧化镍材料;韩春蕊 等;《林产化学与工业》;20091031;第29卷;149-153 *
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