CN102509787A - 一种球形掺杂纳米Ni(OH)2的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种球形掺杂纳米Ni(OH)₂的制备方法，涉及制备球形掺杂纳米Ni(OH)₂的方法。解决现有掺杂纳米Ni(OH)₂形状不规则的问题。制备方法：向正己醇与表面活性剂的混合溶液中加入烷烃或环烷烃，搅均，再加入含掺杂金属离子和镍离子的溶液，搅匀后滴加碱性溶液，调节pH值为8～11，分离沉淀物，洗涤后焙烧再研磨即可。得到的纳米Ni(OH)₂为球形或近球形，晶型为β型。采用钴掺杂的球形纳米Ni(OH)₂制作的镉镍电池的1C放电比容量最高达245mAh·g^-1，比非球形掺杂纳米Ni(OH)₂的镉镍电池提高16％，循环比容量也明显提高。锌和铝掺杂球形纳米Ni(OH)₂的1C放电比容量都有所提高。

Description

一种球形掺杂纳米Ni(OH)2的制备方法

技术领域

本发明涉及一种制备球形掺杂纳米Ni(OH)₂的方法。

背景技术

随着电子信息产业的飞速发展，电子产品趋于功能复杂化、尺寸小型化、重量轻型化，这对提供电力的电池提出了更高的要求，电池需具有良好的高倍率充放电性能、循环性能，同时还应具有成本低、稳定性好的特点。同时随着混合电动汽车、电动车需求日益增多，对动力电池的需求也越来越多。MH/Ni电池是一种以氢氧化镍材料为正极、金属氢化物为负极、碱性水溶液为电解液的碱性蓄电池。它具有质量比容量高、可快速充电、无记忆效应、低污染、寿命长等显著的优点，在电池行业被誉为“绿色电池”。与其他系列电池相比，MH/Ni电池具有更宽的应用领域，它不仅可以作为混合电动汽车、电动车的动力电源，还可以为各种电子产品提供动力。但同时MH/Ni电池目前也还存在一定的问题，其倍率性能还需进一步提高。

Ni(OH)₂作为MH/Ni电池的正极材料，其性能直接决定了MH/Ni电池的性能。纳米Ni(OH)₂的晶粒尺寸接近原子级别，界面原子数增多，无序度增加，晶体中的空穴和缺陷较多，更有利于电化学反应过程中质子的迁移和导电，进而可使纳米Ni(OH)₂得到更高的放电比容量；同时纳米Ni(OH)₂的粒径小，质子在其中的扩散距离短，可加速其中质子扩散速率，这样在宏观上就表现出更高的活性物质利用率和大电流充放电性能及更高的电化学可逆性。但纳米Ni(OH)₂自身在其结构和性能方面存在着一定的缺陷：首先纳米Ni(OH)₂是一种p型半导体，在电极充放电不同时期其导电性和固相质子扩散速度均表现出较大的差异，氧化态和还原态电导率分别为10^-4S/cm和10^-10S/cm，H⁺在NiOOH及Ni(OH)₂中的扩散系数分别为3.4×10^-8cm²/s和6.4×10^-11cm²/s。其次，纳米Ni(OH)₂由于晶体结构的不同，密度差异较大(特别是γ-NiOOH和β-NiOOH间的差别)，由此造成充放电过程中电极膨胀变形、机械稳定性和容量明显下降，加速了电极老化，缩短了电极的使用寿命。此外，纳米Ni(OH)₂的氧化电势与氧气的析出电势比较接近，使得纳米Ni(OH)₂在充电后期效率下降，电池内压明显增加，因此，单纯采用纳米Ni(OH)₂制成的电极很难满足高性能镍电池的要求。对纳米Ni(OH)₂进行掺杂改性是改善纳米Ni(OH)₂自身缺陷、提高其性能的主要途径。

一些研究人员已采用共沉淀等方法对纳米Ni(OH)₂进行了掺杂改性研究，提高了材料的电化学性能，但所制备的掺杂材料多为片状或针状。片状和针状材料在充放电过程中存在极化不均匀的问题，使电流分布不合理，影响电池的高倍率性能。因此制备球形掺杂纳米Ni(OH)₂具有很大的实际意义。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有掺杂纳米Ni(OH)₂形状不规则的问题，本发明提供了一种球形掺杂纳米Ni(OH)₂的制备方法。

本发明的球形掺杂纳米Ni(OH)₂的制备方法是通过以下步骤实现的：一、按正己醇与表面活性剂的质量比为2∶2～5的比例，将正己醇与表面活性剂混合得混合液A，然后向混合液中加入烷烃或环烷烃，搅拌均匀得混合液B，其中，表面活性剂为辛基苯基聚氧乙烯醚、琥珀酸二辛酯磺酸钠和十六烷基三甲基溴化铵中的一种或其中几种的组合，加入的烷烃或环烷烃的体积与混合液A的体积的比例为3～6∶1，烷烃或环烷烃的碳原子个数为5～10；二、将含有掺杂金属离子和镍离子的溶液C加入步骤一得到的混合液B中，搅拌得混合溶液D，其中掺杂金属离子为钴离子、锌离子或铝离子，掺杂金属离子与镍离子的摩尔比为0.01～0.15∶1；三、向步骤二得到的混合溶液D中加入浓度为2～10mol·L^-1的碱性溶液，调节混合溶液D的pH值为8～11，然后搅拌60～180分钟，再采用离心分离方式将沉淀物分离出来，然后将沉淀物用丙酮洗涤后再用水洗涤至洗涤液呈中性，得沉淀物；四、将步骤三得到的沉淀物在80～120℃下干燥6～12小时，然后在玛瑙研钵中研磨30～50分钟，得到球形掺杂纳米Ni(OH)₂。

本发明步骤一中正己醇与表面活性剂重量比优选为2∶3～4。

本发明步骤一中加入的烷烃或环烷烃的体积与混合液A的体积的比例优选为5∶1。

本发明步骤一中烷烃或环烷烃的碳原子个数优选为6～8。更优选的是烷烃或环烷烃的碳原子个数为6。

本发明采用微乳液法制备出球形掺杂纳米Ni(OH)₂。制备的球形掺杂纳米Ni(OH)₂为球形或近似球形，颗粒尺寸为10nm～50nm，晶型为β型。与非球形的氢氧化镍材料相比，球形颗粒中电荷分布更均匀，质子扩散距离短，速度快，降低反应过程中的极化，提高活性物质利用率和大电流放电性能。

采用钴掺杂的球形纳米Ni(OH)₂制作的镉镍电池的1C放电比容量最高可达245mAh·g^-1，为0.2C放电比容量的90.7％，比非球形掺杂纳米Ni(OH)₂制作的镉镍电池的1C放电比容量提高16％，同时循环比容量也明显提高。采用锌和铝掺杂的球形纳米Ni(OH)₂1C放电比容量最高分别可达235mAh·g^-1和226mAh·g^-1，比非球形纳米氢氧化镍都有所提高。

附图说明

图1是制备的球形钴掺杂纳米Ni(OH)₂的XRD谱图，其中，曲线a是试验1制备的球形钴掺杂纳米Ni(OH)₂的，曲线b是试验4制备的球形钴掺杂纳米Ni(OH)₂的，曲线c是试验3制备的球形钴掺杂纳米Ni(OH)₂的，曲线d是试验4制备的球形钴掺杂纳米Ni(OH)₂的，曲线e是试验5制备的非球形钴掺杂纳米Ni(OH)₂的；

图2是试验1制备的球形钴掺杂纳米Ni(OH)₂的透射电子显微照片；

图3是循环伏安曲线图，其中，曲线a是试验1制备的球形钴掺杂纳米Ni(OH)₂的，曲线b是试验2制备的球形钴掺杂纳米Ni(OH)₂的，曲线c是试验3制备的球形钴掺杂纳米Ni(OH)₂的；

图4是0.2C放电倍率下的放电比容量-电压曲线图，其中，曲线a是试验1制备的球形钴掺杂纳米Ni(OH)₂的制作的模拟电池的，曲线b是试验4制备的球形钴掺杂纳米Ni(OH)₂的制作的模拟电池的，曲线c是试验3制备的球形钴掺杂纳米Ni(OH)₂的制作的模拟电池的，曲线d是试验2制备的球形钴掺杂纳米Ni(OH)₂的制作的模拟电池的，曲线e是试验5制备的非球形钴掺杂纳米Ni(OH)₂的制作的模拟电池的；

图5是1C放电倍率下的放电比容量-电压曲线图，其中，曲线a是试验1制备的球形钴掺杂纳米Ni(OH)₂的制作的模拟电池的，曲线b是试验4制备的球形钴掺杂纳米Ni(OH)₂的制作的模拟电池的，曲线c是试验3制备的球形钴掺杂纳米Ni(OH)₂的制作的模拟电池的，曲线d是试验2制备的球形钴掺杂纳米Ni(OH)₂制作的模拟电池的，曲线e是试验5制备的非球形钴掺杂纳米Ni(OH)₂的制作的模拟电池的；

图6是试验2制备的球形钴掺杂纳米Ni(OH)₂的透射电子显微照片；

图7是试验3制备的球形钴掺杂纳米Ni(OH)₂的透射电子显微照片；

图8是试验4制备的球形钴掺杂纳米Ni(OH)₂的透射电子显微照片；

图9是循环伏安曲线图，其中，曲线a是试验4制备的球形钴掺杂纳米Ni(OH)₂的，曲线b是试验5制备的非球形钴掺杂纳米Ni(OH)₂的；

图10是模拟电池的循环次数-放电比容量曲线图，其中，“●”所示的曲线为试验4制作的模拟电池的，“▲”所示的曲线为试验5制作的模拟电池的；

图11是试验5制备的非球形钴掺杂纳米Ni(OH)₂的透射电子显微照片；

图12是0.2C放电倍率下的放电比容量-电压曲线图，其中，曲线a是试验6制备的球形铝掺杂纳米Ni(OH)₂制作的模拟电池的，曲线b是试验7制备的球形锌掺杂纳米Ni(OH)₂制作的模拟电池的。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式为球形掺杂纳米Ni(OH)₂的制备方法，其是通过以下步骤实现的：一、按正己醇与表面活性剂的质量比为2∶2～5的比例，将正己醇与表面活性剂混合得混合液A，然后向混合液中加入烷烃或环烷烃，搅拌均匀得混合液B，其中，表面活性剂为辛基苯基聚氧乙烯醚、琥珀酸二辛酯磺酸钠和十六烷基三甲基溴化铵中的一种或其中几种的组合，加入的烷烃或环烷烃的体积与混合液A的体积的比例为3～6∶1，烷烃或环烷烃的碳原子个数为5～10；二、将含有掺杂金属离子和镍离子的溶液C加入步骤一得到的混合液B中，搅拌得混合溶液D，其中掺杂金属离子为钴离子、锌离子或铝离子，掺杂金属离子与镍离子的摩尔比为0.01～0.15∶1；三、向步骤二得到的混合溶液D中加入浓度为2～10mol·L^-1的碱性溶液，调节混合溶液D的pH值为8～11，然后搅拌60～180分钟，再采用离心分离方式将沉淀物分离出来，然后将沉淀物用丙酮洗涤后再用水洗涤至洗涤液呈中性，得沉淀物；四、将步骤三得到的沉淀物在80～120℃下干燥6～12小时，然后在玛瑙研钵中研磨30～50分钟，得到球形掺杂纳米Ni(OH)₂。

本实施方式步骤一中当表面活性剂为几种的组合时，以任意比组合。

本实施方式步骤一中正己醇与表面活性剂重量比优选的为2∶3～4。加入的烷烃或环烷烃的体积与混合液A的体积的比例优选为5∶1。

本实施方式采用微乳液法制备出球形掺杂纳米Ni(OH)₂。制备的球形掺杂纳米Ni(OH)₂为球形或近似球形，颗粒尺寸为10nm～50nm，晶型为β型。与非球形的氢氧化镍材料相比，球形颗粒中电荷分布更均匀，质子扩散距离短，速度快，降低反应过程中的极化，提高活性物质利用率和大电流放电性能。

采用钴掺杂的球形纳米Ni(OH)₂制作的镉镍电池的1C放电比容量最高可达245mAh·g^-1，为0.2C放电比容量的90.7％，比非球形掺杂纳米Ni(OH)₂制作的镉镍电池的1C放电比容量提高16％，同时循环比容量也明显提高。采用锌和铝掺杂的球形纳米Ni(OH)₂1C放电比容量最高分别可达234mAh·g^-1和226mAh·g^-1，比非球形纳米氢氧化镍都有所提高。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中烷烃或环烷烃的碳原子个数为5～8。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中烷烃或环烷烃的碳原子个数为6。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一、二或三不同的是步骤二中掺杂金属离子与镍离子的摩尔比为0.03～0.1∶1。其它步骤及参数与具体实施方式一、二或三相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一、二或三不同的是步骤二中掺杂金属离子与镍离子的摩尔比为0.05∶1。其它步骤及参数与具体实施方式一、二或三相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是步骤三中的碱性溶液为氨水、NaOH溶液和KOH溶液中的一种或其中几种的组合。其它步骤及参数与具体

实施方式一至五之一相同。

本实施方式中当为其中几种的组合时，以任意比组合。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是步骤三中向步骤二得到的混合溶液D中加入浓度为5～10mol·L^-1的碱性溶液。其它步骤及参数与具体实施方式一至六之一相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是步骤三中向步骤二得到的混合溶液D中加入浓度为8mol·L^-1的碱性溶液。其它步骤及参数与具体实施方式一至六之一相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是步骤四中将步骤三得到的沉淀物在90～110℃下干燥6～10小时。其它步骤及参数与具体实施方式一至八之一相同。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是步骤四中将步骤三得到的沉淀物在100℃下干燥6小时。其它步骤及参数与具体实施方式一至八之一相同。

采用如下试验验证本发明的有益效果：

试验1：球形掺杂纳米Ni(OH)₂的制备方法是通过以下步骤实现的：一、按正己醇与表面活性剂的质量比为2∶3的比例，将正己醇与表面活性剂辛基苯基聚氧乙烯醚混合得混合液A，然后向混合液中加入环己烷，搅拌均匀得混合液B，其中加入的环己烷的体积与混合液A的体积的比例为5∶1；二、将含有掺杂金属离子和镍离子的溶液C加入步骤一得到的混合液B中，搅拌得混合溶液D，其中掺杂金属离子为钴离子，掺杂金属离子与镍离子的摩尔比为0.01∶1；三、向步骤二得到的混合溶液D中加入浓度为10mol·L^-1的氢氧化钠溶液，调节混合溶液D的pH值为9，然后搅拌120分钟，再采用离心分离方式将沉淀物分离出来，然后将沉淀物用丙酮洗涤后再用水洗涤至洗涤液呈中性，得沉淀物；四、将步骤三得到的沉淀物在100℃下干燥6小时，然后在玛瑙研钵中研磨30分钟，得到球形钴掺杂纳米Ni(OH)₂。

试验1的步骤二中含有掺杂金属离子和镍离子的溶液C中含有的是硝酸钴和硝酸镍。

试验1制备得到的球形钴掺杂纳米Ni(OH)₂的XRD谱图如图1中曲线a所示，可见，试验1制备得到的球形钴掺杂纳米Ni(OH)₂的晶型为β型。

试验1制备得到的球形钴掺杂纳米Ni(OH)₂的透射电子显微照片如图2所示，可见，钴掺杂纳米Ni(OH)₂的形状为球形或近球形，粒径为10nm～20nm，粒径均一。

将试验1制备的球形钴掺杂纳米Ni(OH)₂研磨至微孔直径为80微米的粉末微电极中，作为研究电极，参比电极为Hg/HgO电极，辅助电极为Cd电极，电解液为7mol·L^-1的KOH和15g·L^-1的LiOH的混合溶液。循环伏安测试采用CHI430电化学工作站，扫描范围为0～0.7V，扫描的速度为2mV·s^-1。测试得到的循环伏安曲线如图3中的曲线a所示。可见，球形钴掺杂纳米Ni(OH)₂的电化学反应可逆性良好，有利于其电化学性能的提高。

按重量百分比将75％的商用Ni(OH)₂、8％的试验1制备的球形钴掺杂纳米Ni(OH)₂、5％的Co粉和12％的Ni粉混合均匀得混合物，再向混合物中加入羧甲基纤维素钠(CMC)和聚四氟乙烯(PTFE)，搅拌得膏状物，其中，羧甲基纤维素钠的质量为混合物的1.5％，聚四氟乙烯的质量为混合物的5％。然后将膏状物填涂在1cm×1cm的泡沫镍基体上，并在60℃下真空干燥3小时。干燥后的极片在5MPa下压制成片，制得电池正极。将制得的正极与过量的Cd电极组装成镉镍模拟电池，电解液为7mol/L KOH+15g/L LiOH溶液。采用新威电池测试系统测试电池性能。测试得到的0.2C放电倍率下的放电比容量-电压曲线如图4中曲线a所示，可见，在0.2C放电倍率下，放电比容量为232.0mAh·g^-1，放电平台平缓。

1C放电倍率下的放电比容量-电压曲线如图5中曲线a所示，可见，在1C放电倍率下，放电比容量为195.7mAh·g^-1，放电平台平缓。

试验2：与试验1的不同在于步骤二中掺杂金属离子与镍离子的摩尔比为0.15∶1，掺杂金属离子为钴离子。其它步骤及参数与试验1相同。

试验2制备得到的球形钴掺杂纳米Ni(OH)₂的XRD谱图如图1中曲线d所示，可见，试验2制备得到的球形钴掺杂纳米Ni(OH)₂的晶型为β型。

试验2制备得到的球形钴掺杂纳米Ni(OH)₂的透射电子显微照片如图6所示，可见，钴掺杂纳米Ni(OH)₂的形状为球形或近球形，粒径为30nm～50nm，粒径均一。

按照试验1中记载的方式，测试得到的循环伏安曲线，如图3中的曲线b所示。可见，球形钴掺杂纳米Ni(OH)₂的电化学反应可逆性，有利于其电化学性能的提高。

按照试验1中记载的方式，组装成模拟电池。采用新威电池测试系统测试电池性能。测试得到的0.2C放电倍率下的放电比容量-电压曲线如图4中曲线d所示，可见，在0.2C放电倍率下，放电比容量为209.3mAh·g^-1，放电平台平缓。

1C放电倍率下的放电比容量-电压曲线如图5中曲线d所示，可见，在1C放电倍率下，放电比容量为170.0mAh·g^-1，放电平台平缓。

试验3：与试验1的不同在于步骤二中掺杂金属离子与镍离子的摩尔比为0.10∶1，掺杂金属离子为钴离子。其它步骤及参数与试验1相同。

试验3制备得到的球形钴掺杂纳米Ni(OH)₂的XRD谱图如图1中曲线c所示，可见，试验3制备得到的球形钴掺杂纳米Ni(OH)₂的晶型为β型。

试验3制备得到的球形钴掺杂纳米Ni(OH)₂的透射电子显微照片如图7所示，可见，钴掺杂纳米Ni(OH)₂的形状为球形或近球形，粒径为30nm～50nm，粒径均一。

按照试验1中记载的方式，测试得到的循环伏安曲线，如图3中的曲线c所示。可见，球形钴掺杂纳米Ni(OH)₂的电化学反应可逆性，有利于其电化学性能的提高。

按照试验1中记载的方式，组装成模拟电池。采用新威电池测试系统测试电池性能。测试得到的0.2C放电倍率下的放电比容量-电压曲线如图4中曲线c所示，可见，在0.2C放电倍率下，放电比容量为253.7mAh·g^-1，放电平台平缓。

1C放电倍率下的放电比容量-电压曲线如图5中曲线c所示，可见，在1C放电倍率下，放电比容量为216.6mAh·g^-1，放电平台平缓。

试验4：与试验1的不同在于步骤二中掺杂金属离子与镍离子的摩尔比为0.05∶1，掺杂金属离子为钴离子。其它步骤及参数与试验1相同。

试验4制备得到的球形钴掺杂纳米Ni(OH)₂的XRD谱图如图1中曲线b所示，可见，试验4制备得到的球形钴掺杂纳米Ni(OH)₂的晶型为β型。

试验4制备得到的球形钴掺杂纳米Ni(OH)₂的透射电子显微照片如图8所示，可见，钴掺杂纳米Ni(OH)₂的形状为球形或近球形，粒径为20nm～30nm，粒径均一。

按照试验1中记载的方式，测试得到的循环伏安曲线，如图9中的曲线a所示。可见，球形钴掺杂纳米Ni(OH)₂的电化学反应可逆性，有利于其电化学性能的提高。

按照试验1中记载的方式，组装成模拟电池。采用新威电池测试系统测试电池性能。测试得到的0.2C放电倍率下的放电比容量-电压曲线如图4中曲线b所示，可见，在0.2C放电倍率下，放电比容量为270.7mAh·g^-1，放电平台平缓。

1C放电倍率下的放电比容量-电压曲线如图5中曲线b所示，可见，在1C放电倍率下，放电比容量为245.0mAh·g^-1，放电平台平缓。

模拟电池的循环次数-放电比容量曲线如图10中“●”所示的曲线所示。可见，循环100次时，模拟电池的放电比容量仍达249.7mAh·g^-1，具有很好的循环放电性能。

试验5：本试验为对比试验，非球形钴掺杂纳米Ni(OH)₂的制备方法，是通过如下制备方法得到的：向含有掺杂金属钴离子和镍离子的溶液中加入浓度为10mol·L^-1的氢氧化钠溶液，调节溶液的pH值为9，然后搅拌120分钟，再采用离心分离方式将沉淀物分离出来，然后将沉淀物用丙酮洗涤后再用水洗涤至洗涤液呈中性，得沉淀物；然后再将沉淀物在100℃下干燥6小时，然后在玛瑙研钵中研磨30分钟，得到非球形钴掺杂纳米Ni(OH)₂；其中，掺杂金属钴离子和镍离子的摩尔比为0.05∶1。

试验5制备得到的非球形钴掺杂纳米Ni(OH)₂的XRD谱图如图1中曲线e所示，可见，试验5制备得到的球形钴掺杂纳米Ni(OH)₂的晶型为β型。

试验5制备得到的球形钴掺杂纳米Ni(OH)₂的透射电子显微照片如图11所示，可见，钴掺杂纳米Ni(OH)₂的形状为非球形。

按照试验1中记载的方式，测试得到的循环伏安曲线，如图9中的曲线b所示。可见，非球形钴掺杂纳米Ni(OH)₂的电化学反应可逆性差。

按照试验1中记载的方式，组装成模拟电池。采用新威电池测试系统测试电池性能。测试得到的0.2C放电倍率下的放电比容量-电压曲线如图4中曲线e所示，可见，在0.2C放电倍率下，放电比容量为245.5mAh·g^-1，放电平台平缓。

1C放电倍率下的放电比容量-电压曲线如图5中曲线e所示，可见，在1C放电倍率下，放电比容量为209.5mAh·g^-1，放电平台平缓。

模拟电池的循环次数-放电比容量曲线如图10中“▲”所示的曲线所示。可见，循环100次时，模拟电池的放电比容量仅为223.5mAh·g^-1，循环性能明显劣于试验4中的球形钴掺杂纳米Ni(OH)₂组装成的模拟电池。

试验6：本试验与试验4的不同在于，步骤二中掺杂金属离子与镍离子的摩尔比为0.05∶1，掺杂金属离子为铝离子。其它步骤及参数与试验1相同。

制备得到球形铝掺杂纳米Ni(OH)₂。

按照试验1中记载的方式，组装成模拟电池。采用新威电池测试系统测试电池性能。测试得到的0.2C放电倍率下的放电比容量-电压曲线如图12中曲线a所示，可见，在0.2C放电倍率下，放电比容量为226.3mAh·g^-1，放电平台平缓。

试验7：本试验与试验4的不同在于，步骤二中掺杂金属离子与镍离子的摩尔比为0.05∶1，掺杂金属离子为锌离子。其它步骤及参数与试验1相同。

制备得到球形锌掺杂纳米Ni(OH)₂。

按照试验1中记载的方式，组装成模拟电池。采用新威电池测试系统测试电池性能。测试得到的0.2C放电倍率下的放电比容量-电压曲线如图12中曲线b所示，可见，在0.2C放电倍率下，放电比容量为235.4mAh·g^-1，放电平台平缓。

综上，由图2、图6、图7和图8的透射电镜显微照片看出，随着钴离子的掺杂量增加，球形纳米Ni(OH)₂粒径也随之增大，团聚变得严重，粒子分散性变差。由图3和图5的循环伏安曲线图可知，钴离子的掺杂可减小球形掺杂纳米Ni(OH)₂的氧化还原峰电位差，改善反应可逆性，提高电化学性能。

由图4中0.2C放电倍率下的放电比容量-电压曲线图和图5中1C放电倍率下的放电比容量-电压曲线图分析可知，掺杂金属钴离子与镍离子的摩尔比为0.05∶1的球形钴掺杂纳米Ni(OH)₂的放电比容量明显提高，1C放电倍率下，放电比容量(见图5中曲线b)达到245mAh·g^-1，为0.2C放电倍率下放电比容量(见图4中曲线b)的90.7％，比非球形掺杂纳米Ni(OH)₂提高16％(见图5中曲线e)。由图10模拟电池的循环次数-放电比容量曲线知，掺杂钴(0.05∶1)的球形纳米Ni(OH)₂在循环过程中表现出较高的比容量，循环性能优于掺杂钴(0.05∶1)的非球形纳米Ni(OH)₂。

由图12和图4分析可知，在0.2C放电倍率下，球形钴、锌和铝掺杂纳米Ni(OH)₂组装成的模拟电池的放电比容量均比非球形钴掺杂纳米Ni(OH)₂组装成的模拟电池的放电比容量提高。

Claims (10)

1.一种球形掺杂纳米Ni(OH)₂的制备方法，其特征在于球形掺杂纳米Ni(OH)₂的制备方法是通过以下步骤实现的：一、按正己醇与表面活性剂的质量比为2∶2～5的比例，将正己醇与表面活性剂混合得混合液A，然后向混合液中加入烷烃或环烷烃，搅拌均匀得混合液B，其中，表面活性剂为辛基苯基聚氧乙烯醚、琥珀酸二辛酯磺酸钠和十六烷基三甲基溴化铵中的一种或其中几种的组合，加入的烷烃或环烷烃的体积与混合液A的体积的比例为3～6∶1，烷烃或环烷烃的碳原子个数为5～10；二、将含有掺杂金属离子和镍离子的溶液C加入步骤一得到的混合液B中，搅拌得混合溶液D，其中掺杂金属离子为钴离子、锌离子或铝离子，掺杂金属离子与镍离子的摩尔比为0.01～0.15∶1；三、向步骤二得到的混合溶液D中加入浓度为2～10mol·L^-1的碱性溶液，调节混合溶液D的pH值为8～11，然后搅拌60～180分钟，再采用离心分离方式将沉淀物分离出来，然后将沉淀物用丙酮洗涤后再用水洗涤至洗涤液呈中性，得沉淀物；四、将步骤三得到的沉淀物在80～120℃下干燥6～12小时，然后在玛瑙研钵中研磨30～50分钟，得到球形掺杂纳米Ni(OH)₂。。

2.根据权利要求1所述的一种球形掺杂纳米Ni(OH)₂的制备方法，其特征在于步骤一中烷烃或环烷烃的碳原子个数为5～8。

3.根据权利要求1所述的一种球形掺杂纳米Ni(OH)₂的制备方法，其特征在于步骤一中烷烃或环烷烃的碳原子个数为6。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种球形掺杂纳米Ni(OH)₂的制备方法，其特征在于步骤二中掺杂金属离子与镍离子的摩尔比为0.03～0.1∶1。

5.根据权利要求1、2或3所述的一种球形掺杂纳米Ni(OH)₂的制备方法，其特征在于步骤二中掺杂金属离子与镍离子的摩尔比为0.05∶1。

6.根据权利要求1、2或3所述的一种球形掺杂纳米Ni(OH)₂的制备方法，其特征在于步骤三中的碱性溶液为氨水、NaOH溶液和KOH溶液中的一种或其中几种的组合。

7.根据权利要求1、2或3所述的一种球形掺杂纳米Ni(OH)₂的制备方法，其特征在于步骤三中向步骤二得到的混合溶液D中加入浓度为5～10mol·L^-1的碱性溶液。

8.根据权利要求1、2或3所述的一种球形掺杂纳米Ni(OH)₂的制备方法，其特征在于步骤三中向步骤二得到的混合溶液D中加入浓度为8mol·L^-1的碱性溶液。

9.根据权利要求1、2或3所述的一种球形掺杂纳米Ni(OH)₂的制备方法，其特征在于步骤四中将步骤三得到的沉淀物在90～110℃下干燥6～10小时。

10.根据权利要求1、2或3所述的一种球形掺杂纳米Ni(OH)₂的制备方法，其特征在于步骤四中将步骤三得到的沉淀物在100℃下干燥6小时。

Images