CN104445445B - 从废弃电池制备纳米级针状α-Ni(OH)2电极材料的方法 - Google Patents

从废弃电池制备纳米级针状α-Ni(OH)2电极材料的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种从废弃电池制备氢氧化镍电极材料的方法，尤其涉及一种从废弃电池中回收电子废弃物，制备针状高纯度氢氧化镍电极材料的方法，它是以含镍电子废弃物等为原料，以化学提纯方法制备高纯度的硫酸镍，采用水热反应制备出针状、颗粒分布均匀的、稳定的纳米级α-Ni(OH)2，本发明制备的针状纳米级α-Ni(OH)2，能够克服球形氢氧化镍容量小等问题，适应镍氢动力电池大容量、轻质量发展的需求。

Description

从废弃电池制备纳米级针状α-Ni(OH)2电极材料的方法
技术领域
本发明涉及一种从废弃电池制备氢氧化镍电极材料的方法，尤其涉及一种从废弃电池中回收电子废弃物，制备针状高纯度氢氧化镍电极材料的方法。
背景技术
今后每年新增的废旧电池中的有色金属价值在15亿元以上。在资源日趋紧张的今天，废旧二次电池及其生产废料的回收再利用不仅能节约有限的金属矿产资源，有利于国民经济的可持续发展，而且从勘探、开采、选矿到冶金出金属的全过程对环境的影响综合考虑，则废旧二次电池的资源化利用综合成本更低，其意义更加明显。
目前尚未见到利用含镍废弃物里的镍资源制备针状纳米氢氧化镍的报道，本发明以含镍电子废弃物等为原料，以化学提纯方法制备高纯度的硫酸镍，采用水热反应制备出针状、颗粒分布均匀的、稳定的纳米级α-Ni(OH)2，解决了目前氢氧化镍存在的比电容量偏低、颗粒的粒径分布不均且晶粒较大、晶型结构不利于电极大电流充放电及循环寿命的提高的等问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种从废弃电池制备针状高纯度纳米级α-Ni(OH)2电极材料的方法，制备的氢氧化镍具有针状、高纯度、粒子尺寸均匀等优点，该制备方法一是直接从电子废料中提取制备高纯度纳米级α-Ni(OH)2，克服了我国镍原料短缺的问题，二是采用水热法制备粒子尺寸均一、针状纳米级α-Ni(OH)2，克服球形氢氧化镍容量小等问题，适应镍氢动力电池大容量、轻质量发展的需求。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种从废弃电池制备纳米级针状α-Ni(OH)2电极材料的方法，包括以下步骤：
（1）将含镍废弃电池粉粹至100目后称取1000克置于1.5L水热加压反应釜中，用量筒量取2000-3000ml蒸馏水加入到上述反应釜中，搅拌，温度控制在60～80℃；
（2）用量筒量取浓度为98%的浓硫酸300ml加入到上述反应釜中搅拌，转速控制在500～800r/min,继续搅拌60min，温度保持在60～80℃；然后自然冷却；
（3）用离心机分离上述固液混合体系，量取过滤液1000ml转入水热反应釜制得组分A；
（4）用量筒量取蒸馏水100～200ml于2000ml烧杯中，称取表面活性剂0.5～1mmol，称取尿素2-4g，量取工业氨水150-300ml，置于上述烧杯中，搅拌均匀得到组分B；
（5）将组分B缓慢加入到组分A中，搅拌均匀；
（6）将水热反应釜，在200～250℃下反应10～20h，得到沉淀；
（7）将步骤（6）得到的白色沉淀用蒸馏水、无水乙醇洗涤数次，用超声波清洗机超声10～20min，抽滤数次，然后将抽滤得到的沉淀放入干燥箱，在80～100℃下干燥16～24h研磨后得到具有针状结构的α-Ni(OH)2电极材料。
进一步的，所述步骤（1）中：水浴加热温度为70℃。
进一步的，所述步骤（2）中：磁力搅拌转变为700r/min。
进一步的，所述步骤（4）中：工业氨水量为200ml，表面活性剂为0.8mmol，尿素3g，所用的表面活性剂可以为聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基苯磺酸钠、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基硫酸钠、十二烷基磷酸单酯二钾盐中的一种或几种联用。
进一步的，所述步骤（6）中：温度控制在240℃，反应时间为15h。
综上所述，利用本发明的一种从废弃电池制备针状高纯度氢氧化镍电极材料的方法具有如下优点：
（1）采用含镍电池废弃物为原材料制备氢氧化镍，体现从电池中来，到电池中去，实现资源综合利用。
（2）采用水热反应制备氢氧化镍，制备的材料为针状，粒子均一，纯度高。
具体实施例
实施例1
本发明公开了一种从废弃电池制备纳米级针状α-Ni(OH)2电极材料的方法，包括以下步骤：
（1）将含镍废弃电池粉粹至100目后称取1000克置于1.5L水热加压反应釜中，用量筒量取2500ml蒸馏水加入到上述反应釜中，搅拌，温度控制在70℃；
（2）用量筒量取浓度为98%的浓硫酸300ml加入到上述反应釜中搅拌，转速控制在700r/min,继续搅拌60min，温度保持在70℃；然后自然冷却；
（3）用离心机分离上述固液混合体系，量取过滤液1000ml转入水热反应釜制得组分A；
（4）用量筒量取蒸馏水150ml于2000ml烧杯中，称取表面活性剂0.8mmol，称取尿素3g，量取工业氨水200ml，置于上述烧杯中，搅拌均匀得到组分B；
（5）将组分B缓慢加入到组分A中，搅拌均匀；
（6）将水热反应釜，在240℃下反应15h，得到沉淀；
（7）将步骤（6）得到的白色沉淀用蒸馏水、无水乙醇洗涤数次，用超声波清洗机超声15min，抽滤数次，然后将抽滤得到的沉淀放入干燥箱，在90℃下干燥20h研磨后得到具有针状结构的α-Ni(OH)2电极材料。
该发明制备的氢氧化镍具有针状、高纯度、粒子尺寸均匀等优点，该制备方法一是直接从电子废料中提取制备高纯度纳米级α-Ni(OH)2，克服了我国镍原料短缺的问题，二是采用水热法制备粒子尺寸均一、针状纳米级α-Ni(OH)2，克服球形氢氧化镍容量小等问题，适应镍氢动力电池大容量、轻质量发展的需求。
实施例2
本发明公开了一种从废弃电池制备纳米级针状α-Ni(OH)2电极材料的方法，包括以下步骤：
（1）将含镍废弃电池粉粹至100目后称取1000克置于1.5L水热加压反应釜中，用量筒量取2200ml蒸馏水加入到上述反应釜中，搅拌，温度控制在65℃；
（2）用量筒量取浓度为98%的浓硫酸300ml加入到上述反应釜中搅拌，转速控制在60r/min,继续搅拌60min，温度保持在65℃；然后自然冷却；
（3）用离心机分离上述固液混合体系，量取过滤液1000ml转入水热反应釜制得组分A；
（4）用量筒量取蒸馏水120ml于2000ml烧杯中，称取表面活性剂0.6mmol，称取尿素2.5g，量取工业氨水160ml，置于上述烧杯中，搅拌均匀得到组分B；
（5）将组分B缓慢加入到组分A中，搅拌均匀；
（6）将水热反应釜，在220℃下反应19h，得到沉淀；
（7）将步骤（6）得到的白色沉淀用蒸馏水、无水乙醇洗涤数次，用超声波清洗机超声18min，抽滤数次，然后将抽滤得到的沉淀放入干燥箱，在95℃下干燥18h研磨后得到具有针状结构的α-Ni(OH)2电极材料。
实施例3
本发明公开了一种从废弃电池制备纳米级针状α-Ni(OH)2电极材料的方法，包括以下步骤：
（1）将含镍废弃电池粉粹至100目后称取1000克置于1.5L水热加压反应釜中，用量筒量取2800ml蒸馏水加入到上述反应釜中，搅拌，温度控制在75℃；
（2）用量筒量取浓度为98%的浓硫酸300ml加入到上述反应釜中搅拌，转速控制在750r/min,继续搅拌60min，温度保持在75℃；然后自然冷却；
（3）用离心机分离上述固液混合体系，量取过滤液1000ml转入水热反应釜制得组分A；
（4）用量筒量取蒸馏水180ml于2000ml烧杯中，称取表面活性剂0.9mmol，称取尿素3.5g，量取工业氨水280ml，置于上述烧杯中，搅拌均匀得到组分B；
（5）将组分B缓慢加入到组分A中，搅拌均匀；
（6）将水热反应釜，在240℃下反应12h，得到沉淀；
（7）将步骤（6）得到的白色沉淀用蒸馏水、无水乙醇洗涤数次，用超声波清洗机超声18min，抽滤数次，然后将抽滤得到的沉淀放入干燥箱，在85℃下干燥20h研磨后得到具有针状结构的α-Ni(OH)2电极材料。

Claims (5)

1.一种从废弃电池制备纳米级针状α-Ni(OH)2电极材料的方法，包括以下步骤：
（1）将含镍废弃电池粉粹至100目后称取1000克置于1.5L水热加压反应釜中，用量筒量取2000-3000ml蒸馏水加入到上述反应釜中，搅拌，温度控制在60～80℃；
（2）用量筒量取浓度为98%的浓硫酸300ml加入到上述反应釜中搅拌，转速控制在500～800r/min,继续搅拌60min，温度保持在60～80℃；然后自然冷却；
（3）用离心机分离上述步骤（2）中的固液混合体系，量取过滤液1000ml转入水热反应釜制得组分A；
（4）用量筒量取蒸馏水100～200ml于2000ml烧杯中，称取表面活性剂吡咯烷酮0.5～1mmol，尿素2-4g，量取工业氨水150-300ml，分别置于上述烧杯中，搅拌均匀得到组分B；
（5）将组分B缓慢加入到组分A中，搅拌均匀；
（6）将水热反应釜，在200～250℃下反应10～20h，得到沉淀；
（7）将步骤（6）得到的白色沉淀用蒸馏水、无水乙醇洗涤数次，用超声波清洗机超声10～20min，抽滤数次，然后将抽滤得到的沉淀放入干燥箱，在80～100℃下干燥16～24h研磨后得到具有针状结构的α-Ni(OH)2电极材料。
2.根据权利要求1所述一种从废弃电池制备纳米级针状α-Ni(OH)2电极材料的方法，其特征在于：所述的步骤（1）中：水浴加热温度为70℃。
3.根据权利要求1所述一种从废弃电池制备纳米级针状α-Ni(OH)2电极材料的方法，其特征在于：所述步骤（2）中：磁力搅拌转速为700r/min。
4.根据权利要求1所述一种从废弃电池制备纳米级针状α-Ni(OH)2电极材料的方法，其特征在于：所述的表面活性剂0.8mmol，尿素3g。
5.根据权利要求1所述一种从废弃电池制备纳米级针状α-Ni(OH)2电极材料的方法，其特征在于：所述步骤（6）中：温度控制在240℃，反应时间为15h。
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