一种球形α-氢氧化镍、合成方法、正极片及电池与流程

一种球形
α-氢氧化镍、合成方法、正极片及电池
技术领域
1.本发明涉及镍二次电池技术领域，尤其涉及一种球形α-氢氧化镍、合成方法、正极片及电池。

背景技术：

2.ni(oh)2作为正极材料，被广泛用于镍氢、镍锌等二次可充电环保电池中。ni(oh)2本身具有α和β两种相结构，目前大规模商用的为β型ni(oh)2，经过近三十年的研究与应用，β型ni(oh)2已达到其技术瓶颈。现有商用化ni(oh)2的容量越来越难以满足市场对电池容量密度提升的需求，因此迫切需要一种更高容量的材料来取而代之，而α-氢氧化镍因其独有的高容量、高平台性能优势，自然而然映入了研究者的视线。
3.与传统β型ni(oh)2对比，α型ni(oh)2用作氢镍、镍锌等可充电电池正极材料具有延长电池的循环寿命、提升电池的容量、电化学可逆性、大倍率充放电性能优异和原料成本低等优势。因而开发合成α-氢氧化镍极具研究价值和商业应用前景。
4.现有α-氢氧化镍的合成方法主要有：化学共沉淀法、电渗析法、溶胶-凝胶合成法、溶剂热沉淀法(水热法)等几大类。每种合成方法各有缺点。如化学沉淀法的缺点为合成速度与产物的形貌难以控制；溶胶-凝胶合成法的缺点是合成工艺复杂，不易大规模生产。

技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种球形α-氢氧化镍、合成方法、正极片及电池，合成的球形α-氢氧化镍与目前商用化β-氢氧化镍规则程度相当，且相较于β-氢氧化镍，克容量提升明显。
6.本发明公开了一种球形α-氢氧化镍合成方法，包括步骤：
7.按照摩尔比(5～15):(1～4)称取硝酸镍和碳酰胺作为反应原料，称取适量聚乙二醇作为催化活性剂；
8.将反应原料和催化活性剂依次加入到水中，搅拌溶解，得到混合溶液；
9.加热混合溶液进行合成反应，得到反应产物；其中，反应温度为140℃-170℃，反应时间为6h-12h；
10.对反应产物进行后处理，得到形貌规则的球形α-氢氧化镍。
11.可选地，反应温度为140℃-150℃，反应时间为10-12h。
12.可选地，反应温度为140℃，反应时间为12h。
13.可选地，反应温度为170℃，反应时间为6h。
14.可选地，对反应产物进行后处理的包括对反应产物清洗、离心和干燥。
15.可选地，对反应物清洗的步骤具体为：先用酒精洗涤反应产物，再用去离子水洗涤反应产物至中性；和/或
16.对反应物干燥的步骤具体为：把洗涤后的反应产物放入真空干燥箱中，干燥温度为50℃，干燥温度保持时间为24h。
17.可选地，加热混合溶液进行合成反应的步骤具体为：
18.转移混合溶液至高压反应釜中，并密封；
19.将密封好的高压反应釜放入鼓风干燥箱，设定鼓风干燥箱反应温度为140℃-170℃，反应时间为6h-12h。
20.本发明还公开了一种球形α-氢氧化镍，采用如上述的球形α-氢氧化镍合成方法合成。
21.本发明还公开了一种正极片，包括如权上述的球形α-氢氧化镍。
22.本发明还公开了一种电池，包括如上述的正极片。
23.本发明的合成方法，通过控制反应原料与活性剂的比例、反应温度、反应时间等变量，来控制合成产物的相结构和形貌，最终合成的球形α-氢氧化镍与目前商用化β-氢氧化镍形貌规则程度相当，其形貌为规则的球形状，形貌规则，且相较于β-氢氧化镍，克容量提升明显，具有极高的商业化应用前景。并且，本发明的合成方法反应温度仅需140℃-170℃，反应时间仅需6h-12h，反应温度低，反应时间短。
附图说明
24.所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施方式，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
25.图1是本发明实施例α-氢氧化镍的sem图(400x)；
26.图2是本发明实施例α-氢氧化镍的sem图(100kx)；
27.图3是本发明实施例α-氢氧化镍的sem图(500kx)；
28.图4是本发明实施例α-氢氧化镍的sem图(1500kx)。
具体实施方式
29.需要理解的是，这里所使用的术语、公开的具体结构和功能细节，仅仅是为了描述具体实施例，是代表性的，但是本发明可以通过许多替换形式来具体实现，不应被解释成仅受限于这里所阐述的实施例。
30.下面参考附图和可选的实施例对本发明作详细说明。
31.作为本发明的一实施例，公开了一种球形α-氢氧化镍合成方法，包括步骤：
32.s100：按照摩尔比(5～15):(1～4)称取硝酸镍和碳酰胺作为反应原料，称取适量聚乙二醇作为催化活性剂；
33.s200：将反应原料和催化活性剂依次加入到水中，搅拌溶解，得到混合溶液；
34.s300：加热混合溶液进行合成反应，得到反应产物；其中，反应温度为140℃-170℃，反应时间为6h-12h；
35.s400：对反应产物进行后处理，得到形貌规则的球形α-氢氧化镍。
36.本发明的合成方法，通过控制反应原料与活性剂的比例、反应温度、反应时间等变量，来控制合成产物的相结构和形貌，最终合成的球形α-氢氧化镍与目前商用化β-氢氧化镍形貌规则程度相当，其形貌为规则的球形状，形貌规则，且相较于β-氢氧化镍，克容量提
升明显，具有极高的商业化应用前景。并且，本发明的合成方法反应温度仅需140℃-170℃，反应时间仅需6h-12h，反应温度低，反应时间短。
37.具体地，在s200步骤中，将反应原料和催化活性剂依次加入到去离子水中搅拌溶解。在s300步骤中，反应温度为140℃-150℃，反应时间为10-12h。更具体地，在s300步骤中，反应温度为140℃，反应时间为12h，反应温度低。在另一实施例中，反应温度也可以为170℃，反应时间也可以为6h，反应时间短。
38.具体地，在s300步骤中，加热混合溶液进行合成反应的步骤具体为：
39.转移混合溶液至高压反应釜中，并密封；
40.将密封好的高压反应釜放入鼓风干燥箱，设定鼓风干燥箱反应温度为140℃-170℃，反应时间为6h-12h。
41.具体地，在s400步骤中，对反应产物进行后处理的包括对反应产物清洗、离心和干燥，保证反应产物的纯度。更具体地，对反应物清洗的步骤具体为：先用酒精洗涤反应产物，再用去离子水洗涤反应产物至中性，去除未反应的原材料。更具体地，对反应物干燥的步骤具体为：把洗涤后的反应产物放入真空干燥箱中，干燥温度为50℃，干燥温度保持时间为24h。达到设定干燥时间后，即可得到纯度高的、干燥的α-氢氧化镍。
42.本发明还公开了一种球形α-氢氧化镍，采用如上述的球形α-氢氧化镍合成方法合成。本发明的球形α-氢氧化镍与目前商用化β-氢氧化镍形貌规则程度相当，其形貌为规则的球形状，形貌规则，且相较于β-氢氧化镍，克容量提升明显，具有极高的商业化应用前景。
43.本发明还公开了一种正极片，包括如上述的球形α-氢氧化镍。
44.本发明还公开了一种电池，包括如上述的正极片。
45.下面通过具体实施例说明本发明的技术方案，并通过进行相关测试证明该合成方法制得的球形α-氢氧化镍，与现有商用的β-氢氧化镍相比，克容量有大幅提升。
46.实施例1：
47.首先按照摩尔比(5～15):(1～4)称量六水合硝酸镍(ni(no3)2·
6h2o)和尿素(co(nh2)2)，然后称量适量聚乙二醇(peg-8000)，将称量好的反应原材料倒入适量去离子水中，用洗净的玻璃棒搅拌，待反应原材料完全溶解，得到溶液，目视成浅绿；然后把得到的浅绿溶液转移到一定体积的高压反应釜中，把反应釜放入鼓风干燥箱，设置反应温度140℃，反应时间12h，待到达反应时间且反应釜冷却至室温后，打开反应釜，可得到浅绿反应产物，即为新型正极材料α-氢氧化镍。最后把合成产物用酒精洗涤1遍，用去离子水洗涤至中性，去除未反应的原材料，把洗涤后的合成产物放入真空干燥箱中，设置温度50℃，温度保持时间24h，到达设定时间后，可得到纯度较高的、干燥的α-氢氧化镍样品。
48.实施例2：
49.首先按照摩尔比(5～15):(1～4)称量六水合硝酸镍(ni(no3)2·
6h2o)和尿素(co(nh2)2)，然后称量适量聚乙二醇(peg-8000)，将称量好的反应原材料倒入适量去离子水中，用洗净的玻璃棒搅拌，待反应原材料完全溶解，得到溶液，目视成浅绿；然后把得到的浅绿溶液转移到一定体积的高压反应釜中，把反应釜放入鼓风干燥箱，设置反应温度150℃，反应时间10h，待到达反应时间且反应釜冷却至室温后，打开反应釜，可得到浅绿反应产物，即为新型正极材料α-氢氧化镍。最后把合成产物用酒精洗涤1遍，用去离子水洗涤至中性，去除未反应的原材料，把洗涤后的合成产物放入真空干燥箱中，设置温度50℃，温度
保持时间24h，到达设定时间后，可得到纯度较高的、干燥的α-氢氧化镍样品。
50.实施例3：
51.首先按照摩尔比(5～15):(1～4)称量六水合硝酸镍(ni(no3)2·
6h2o)和尿素(co(nh2)2)，然后称量适量聚乙二醇(peg-8000)，将称量好的反应原材料倒入适量去离子水中，用洗净的玻璃棒搅拌，待反应原材料完全溶解，得到溶液，目视成浅绿；然后把得到的浅绿溶液转移到一定体积的高压反应釜中，把反应釜放入鼓风干燥箱，设置反应温度160℃，反应时间8h，待到达反应时间且反应釜冷却至室温后，打开反应釜，可得到浅绿反应产物，即为新型正极材料α-氢氧化镍。最后把合成产物用酒精洗涤1遍，用去离子水洗涤至中性，去除未反应的原材料，把洗涤后的合成产物放入真空干燥箱中，设置温度50℃，温度保持时间24h，到达设定时间后，可得到纯度较高的、干燥的α-氢氧化镍样品。
52.实施例4：
53.首先按照摩尔比(5～15):(1～4)称量六水合硝酸镍(ni(no3)2·
6h2o)和尿素(co(nh2)2)，然后称量适量聚乙二醇(peg-8000)，将称量好的反应原材料倒入适量去离子水中，用洗净的玻璃棒搅拌，待反应原材料完全溶解，得到溶液，目视成浅绿；然后把得到的浅绿溶液转移到一定体积的高压反应釜中，把反应釜放入鼓风干燥箱，设置反应温度170℃，反应时间6h，待到达反应时间且反应釜冷却至室温后，打开反应釜，可得到浅绿反应产物，即为新型正极材料α-氢氧化镍。最后把合成产物用酒精洗涤1遍，用去离子水洗涤至中性，去除未反应的原材料，把洗涤后的合成产物放入真空干燥箱中，设置温度50℃，温度保持时间24h，到达设定时间后，可得到纯度较高的、干燥的α-氢氧化镍样品。
54.克容量测试：
55.将上述实施例1制得的形貌规则的球形α-氢氧化镍制成开口半电池去五份为活化1-5，与现商用β型球镍进行对比测试，如下表1所示，克容量提升明显。
56.表1
[0057][0058]
形貌测试：
[0059]
将按照本发明中合成方法制得的α-氢氧化镍进行sem基础表征。sem基础表征图如图1至图4所示，证明所得产物形貌为形貌规则的球形，相结构为纯α相。
[0060]
需要说明的是，本方案中涉及到的各步骤的限定，在不影响具体方案实施的前提下，并不认定为对步骤先后顺序做出限定，写在前面的步骤可以是在先执行的，也可以是在后执行的，甚至也可以是同时执行的，只要能实施本方案，都应当视为属于本发明的保护范围。
[0061]
以上内容是结合具体的可选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

技术特征：

1.一种球形α-氢氧化镍合成方法，其特征在于，包括步骤：按照摩尔比(5～15):(1～4)称取硝酸镍和碳酰胺作为反应原料，称取适量聚乙二醇作为催化活性剂；将反应原料和催化活性剂依次加入到水中，搅拌溶解，得到混合溶液；加热混合溶液进行合成反应，得到反应产物；其中，反应温度为140℃-170℃，反应时间为6h-12h；对反应产物进行后处理，得到形貌规则的球形α-氢氧化镍。2.如权利要求1所述的球形α-氢氧化镍合成方法，其特征在于，所述反应温度为140℃-150℃，反应时间为10-12h。3.如权利要求1所述的球形α-氢氧化镍合成方法，其特征在于，所述反应温度为140℃，反应时间为12h。4.如权利要求2所述的球形α-氢氧化镍合成方法，其特征在于，所述反应温度为170℃，反应时间为6h。5.如权利要求1至4任一项所述的球形α-氢氧化镍合成方法，其特征在于，所述对反应产物进行后处理的包括对反应产物清洗、离心和干燥。6.如权利要求5所述的球形α-氢氧化镍合成方法，其特征在于，所述对反应物清洗的步骤具体为：先用酒精洗涤反应产物，再用去离子水洗涤反应产物至中性；和/或所述对反应物干燥的步骤具体为：把洗涤后的反应产物放入真空干燥箱中，干燥温度为50℃，干燥温度保持时间为24h。7.如权利要求1至4任一项所述的球形α-氢氧化镍合成方法，其特征在于，所述加热混合溶液进行合成反应的步骤具体为：转移混合溶液至高压反应釜中，并密封；将密封好的高压反应釜放入鼓风干燥箱，设定鼓风干燥箱反应温度为140℃-170℃，反应时间为6h-12h。8.一种球形α-氢氧化镍，其特征在于，采用如权利要求1至7任一项所述的球形α-氢氧化镍合成方法合成。9.一种正极片，其特征在于，包括如权利要求8所述的球形α-氢氧化镍。10.一种电池，其特征在于，包括如权利要求9所述的正极片。

技术总结

本发明公开了一种球形α-氢氧化镍、合成方法、正极片及电池，合成方法包括步骤：按照摩尔比(5～15):(1～4)称取硝酸镍和碳酰胺作为反应原料，称取适量聚乙二醇作为催化活性剂；将反应原料和催化活性剂依次加入到水中，搅拌溶解，得到混合溶液；加热混合溶液进行合成反应，得到反应产物；其中，反应温度为140℃-170℃，反应时间为6h-12h；对反应产物进行后处理，得到形貌规则的球形α-氢氧化镍。本发明的合成方法最终合成的球形α-氢氧化镍与目前商用化β-氢氧化镍形貌规则程度相当，其形貌为规则的球形状，形貌规则，且相较于β-氢氧化镍，克容量提升明显，具有极高的商业化应用前景。具有极高的商业化应用前景。具有极高的商业化应用前景。