CN106910903B - 一种镍钴碳纳米管气凝胶锌空电池催化剂的制备方法 - Google Patents

一种镍钴碳纳米管气凝胶锌空电池催化剂的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了电池催化剂技术领域的一种镍钴碳纳米管气凝胶锌空电池催化剂的制备方法，其特征在于：该镍钴碳纳米管气凝胶锌空电池催化剂的制备方法的具体步骤如下：S1：滴加氨水调节pH值；S2：同时滴加硝酸钴溶液和氨水并搅拌均匀；S3：再次滴加氨水调节pH值，产生水凝胶；S4：无水乙醇置换水凝胶中的水得到冻状醇凝胶；S5：将醇凝胶移入高压釜内，并升温加压；S6：将乙醇蒸发，并用氮气吹扫得到催化剂前体；S7：粉碎并过筛，本发明催化剂制作方法简单，可进行规模化的工业生产，所制备出的催化剂活性高、稳定性好、颗粒超细，为制备出质量均一的碳纳米管提高了前提保障，具有很高的经济效益。

Description

一种镍钴碳纳米管气凝胶锌空电池催化剂的制备方法
技术领域
本发明涉及电池催化剂技术领域，具体为一种镍钴碳纳米管气凝胶锌空电池催化剂的制备方法。
背景技术
钴酸锂是目前应用最广的电池材料，但钴资源日益匮乏，价格昂贵，且钴酸锂电池在使用过程中存在安全隐患。镍钴锰酸锂以相对廉价的镍和锰取代了钴酸锂中三分之二以上的钴，成本方面优势非常明显，和其他锂离子电池正极材料锰酸锂、磷酸亚铁锂相比，镍钴锰酸锂材料和钴酸锂在电化学性能和加工性能方面非常接近，使得镍钴锰酸锂材料成为新的电池材料而逐渐取代钴酸锂，成为新一代锂离子电池材料的宠儿。
碳纳米管是由单层或多层石墨片卷曲形成的无缝纳米管，含碳气体制备碳纳米管反应条件温和，过程易实现且可大量、连续生产，钴的催化对含碳气体分解制备碳纳米管在多数情况下，获得的碳纳米管形态不易控制且直径较粗，其中催化剂的制备方法对碳纳米管的反应活性与获得的碳纳米管形态将产生显著影响，碳纳米管的直径与催化剂的颗粒大小基本保持一致。因此制备均匀分布的超细金属催化剂是获得管径细小、形态均一的碳纳米管的前提。基于此，我们提出了一种镍钴碳纳米管气凝胶锌空电池催化剂的制备方法投入使用，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种镍钴碳纳米管气凝胶锌空电池催化剂的制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种镍钴碳纳米管气凝胶锌空电池催化剂的制备方法，该镍钴/碳纳米管气凝胶锌空电池催化剂的制备方法的具体步骤如下：
S1：在室温强烈搅拌下将氨水滴加到0.2～0.4mol/l的金属镍溶液中，至混合液的pH值为7.5时停止滴加氨水；
S2：同时滴加0.2～0.4mol/l的硝酸钴溶液和氨水到混合溶液中，并搅拌15～20min；
S3：再滴加氨水使混合溶液的pH值维持在8.5～9之间，并进行搅拌和静置，混合溶液中产生水凝胶；
S4：采用无水乙醇置换水凝胶中的水，至滤液中的水含量用气相色谱检测低于5％，此时得到冻状醇凝胶；
S5：将醇凝胶移入高压釜内，加入无水乙醇后密封高压釜，并以一定的速率将高压釜升温至260～280℃，此时高压釜内的压力达到75～78atm，在无水乙醇超临界状态下保持25～30min；
S6：打开高压釜的出口阀，缓慢放出乙醇蒸汽，使高压釜内的压力逐步将至常压，并将氮气吹扫高压釜使其在氮气气氛下将至常温，打开高压釜后得到催化剂前体；
S7：将催化剂前体进行粉碎并过筛，制备出超细镍钴催化剂。
优选的，所述步骤S1中，金属镍溶液在反应前采用置换沉淀法将其溶液中的杂质滤除。
优选的，所述步骤S3中，搅拌和静置的时间各为3h。
优选的，所述步骤S5中，高压釜的加热速率为25～35℃/min，无水乙醇的临界温度为243℃，临界压力为6.4MPa。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明催化剂制作方法简单，可进行规模化的工业生产，所制备出的催化剂活性高、稳定性好、颗粒超细，为制备出质量均一的碳纳米管提高了前提保障，具有很高的经济效益。
附图说明
图1为本发明工作流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
一种镍钴碳纳米管气凝胶锌空电池催化剂的制备方法，该镍钴/碳纳米管气凝胶锌空电池催化剂的制备方法的具体步骤如下：
S1：在室温强烈搅拌下将氨水滴加到0.2mol/l的金属镍溶液中，至混合液的pH值为7.5时停止滴加氨水，金属镍溶液在反应前采用置换沉淀法将其溶液中的杂质滤除；
S2：同时滴加0.2mol/l的硝酸钴溶液和氨水到混合溶液中，并搅拌15min；
S3：再滴加氨水使混合溶液的pH值维持在8.5之间，并进行搅拌和静置，混合溶液中产生水凝胶，搅拌和静置的时间各为3h；
S4：采用无水乙醇置换水凝胶中的水，至滤液中的水含量用气相色谱检测低于5％，此时得到冻状醇凝胶；
S5：将醇凝胶移入高压釜内，加入无水乙醇后密封高压釜，并以一定的速率将高压釜升温至260℃，此时高压釜内的压力达到75atm，在无水乙醇超临界状态下保持25min，高压釜的加热速率为25℃/min，无水乙醇的临界温度为243℃，临界压力为6.4MPa；
S6：打开高压釜的出口阀，缓慢放出乙醇蒸汽，使高压釜内的压力逐步将至常压，并将氮气吹扫高压釜使其在氮气气氛下将至常温，打开高压釜后得到催化剂前体；
S7：将催化剂前体进行粉碎并过筛，制备出超细镍钴催化剂。
实施例二
一种镍钴碳纳米管气凝胶锌空电池催化剂的制备方法，该镍钴/碳纳米管气凝胶锌空电池催化剂的制备方法的具体步骤如下：
S1：在室温强烈搅拌下将氨水滴加到0.4mol/l的金属镍溶液中，至混合液的pH值为7.5时停止滴加氨水，金属镍溶液在反应前采用置换沉淀法将其溶液中的杂质滤除；
S2：同时滴加0.4mol/l的硝酸钴溶液和氨水到混合溶液中，并搅拌20min；
S3：再滴加氨水使混合溶液的pH值维持在9之间，并进行搅拌和静置，混合溶液中产生水凝胶，搅拌和静置的时间各为3h；
S4：采用无水乙醇置换水凝胶中的水，至滤液中的水含量用气相色谱检测低于5％，此时得到冻状醇凝胶；
S5：将醇凝胶移入高压釜内，加入无水乙醇后密封高压釜，并以一定的速率将高压釜升温至280℃，此时高压釜内的压力达到8atm，在无水乙醇超临界状态下保持30min，高压釜的加热速率为35℃/min，无水乙醇的临界温度为243℃，临界压力为6.4MPa；
S6：打开高压釜的出口阀，缓慢放出乙醇蒸汽，使高压釜内的压力逐步将至常压，并将氮气吹扫高压釜使其在氮气气氛下将至常温，打开高压釜后得到催化剂前体；
S7：将催化剂前体进行粉碎并过筛，制备出超细镍钴催化剂。
实施例三
一种镍钴碳纳米管气凝胶锌空电池催化剂的制备方法，该镍钴/碳纳米管气凝胶锌空电池催化剂的制备方法的具体步骤如下：
S1：在室温强烈搅拌下将氨水滴加到0.3mol/l的金属镍溶液中，至混合液的pH值为7.5时停止滴加氨水，金属镍溶液在反应前采用置换沉淀法将其溶液中的杂质滤除；
S2：同时滴加0.3mol/l的硝酸钴溶液和氨水到混合溶液中，并搅拌18min；
S3：再滴加氨水使混合溶液的pH值维持在8.7之间，并进行搅拌和静置，混合溶液中产生水凝胶，搅拌和静置的时间各为3h；
S4：采用无水乙醇置换水凝胶中的水，至滤液中的水含量用气相色谱检测低于5％，此时得到冻状醇凝胶；
S5：将醇凝胶移入高压釜内，加入无水乙醇后密封高压釜，并以一定的速率将高压釜升温至270℃，此时高压釜内的压力达到76atm，在无水乙醇超临界状态下保持28min，高压釜的加热速率为30℃/min，无水乙醇的临界温度为243℃，临界压力为6.4MPa；
S6：打开高压釜的出口阀，缓慢放出乙醇蒸汽，使高压釜内的压力逐步将至常压，并将氮气吹扫高压釜使其在氮气气氛下将至常温，打开高压釜后得到催化剂前体；
S7：将催化剂前体进行粉碎并过筛，制备出超细镍钴催化剂。
综合以上实施例所述，本发明的最佳实施例为实施例三，其制备出的催化剂颗粒均匀超细，为制备出质量均一的碳纳米管提供了前提，同时其制备方法简单、高效，制备出的催化剂活性高，稳定性好。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.一种镍钴碳纳米管气凝胶锌空电池催化剂的制备方法，其特征在于：该镍钴/碳纳米管气凝胶锌空电池催化剂的制备方法的具体步骤如下：
S1：在室温强烈搅拌下将氨水滴加到0.2～0.4mol/L的金属镍溶液中，至混合液的pH值为7.5时停止滴加氨水；
S2：同时滴加0.2～0.4mol/L的硝酸钴溶液和氨水到混合溶液中，并搅拌15～20min；
S3：再滴加氨水使混合溶液的pH值维持在8.5～9之间，并进行搅拌和静置，混合溶液中产生水凝胶；
S4：采用无水乙醇置换水凝胶中的水，至滤液中的水含量用气相色谱检测低于5％，此时得到冻状醇凝胶；
S5：将醇凝胶移入高压釜内，加入无水乙醇后密封高压釜，并以一定的速率将高压釜升温至260～280℃，此时高压釜内的压力达到75～78atm，在无水乙醇超临界状态下保持25～30min，高压釜的加热速率为25～35℃/min，无水乙醇的临界温度为243℃，临界压力为6.4MPa；
S6：打开高压釜的出口阀，缓慢放出乙醇蒸汽，使高压釜内的压力逐步降至常压，并将氮气吹扫高压釜使其在氮气气氛下降至常温，打开高压釜后得到催化剂前体；
S7：将催化剂前体进行粉碎并过筛，制备出超细镍钴催化剂。
2.根据权利要求1所述的一种镍钴碳纳米管气凝胶锌空电池催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中，金属镍溶液在反应前采用置换沉淀法将其溶液中的杂质滤除。
3.根据权利要求1所述的一种镍钴碳纳米管气凝胶锌空电池催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤S3中，搅拌和静置的时间各为3h。
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