纳米花瓣状β2Ni(OH)的制备方法及其性能研究

纳米花瓣状β2Ni(OH)的制备方法及其性能研究

收稿日期：；修回日期：基金项目：国家过程工业重大专项（）作者简介孙海峰出生于山东烟台，硕士生；研究方向能源材料（北京有色金属研究总院分析测试研究所）摘要：以硫酸镍为镍源，尿素为沉淀剂，采用水热水解法制备花瓣状β2Ni(OH)，制备方法简单，易于制备。利用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和恒流充放电测试技术对制备样品的相结构、微观形貌和电化学性能进行测试。结果表明，随着镍与尿素摩尔比的增加，制备的样品逐渐由α相转变为β相，镍与尿素的摩尔比为。 扫描电镜图谱显示制备的微球由数十片相互连通的纳米片组成,花瓣厚度均匀、结构清晰,平均粒径约55μm,厚度约20nm。与普通球形Ni(OH)相比,花瓣状Ni(OH)C的倍率放电容量分别提高了23%和14.8%,具有更好的充放电性能和循环稳定性。通过观察镍/尿素摩尔比和水热时间对生成产物微观形貌的影响,探究了Ni(OH)花瓣状微球的生长机理。关键词：氢氧化镍;硫酸镍;尿素; 水热合成 doi: 10.3969/issn..2010.03.014 中图分类号：TB34 文献标识码：A 文章编号：(2010)(,,(tute,,,.,(XRD)./,αβphase./β2Ni(OH),μm.de,%and14.8%..:;;urea; 电池因成本低、寿命长、绿色环保、安全性好等特点，成为电动汽车（EV）和混合动力汽车（HEV）的首选电源，但商业化球形Ni(OH)的高温、大电流特性远远不能满足电源的要求。

主要问题是Ni(OH)粒子内部电荷转移慢、质子扩散阻力大，快速充放电过程中镍电极极化严重，限制了Ni2MH电池的发展。纳米Ni(OH)具有比表面积大、质子扩散快、扩散路径短、放电平台高、电化学活性高等优点。近年来，以十二烷基苯磺酸钠为表面活性剂，采用尿素水解均相沉淀法合成了纳米Ni(OH)，合成了直径为60～80nm的纳米管状α2Ni(OH)。等34以此纳米管为反应物，采用微波水热法制备了长度为1.5～2.5mm的珊瑚状纳米Ni(OH)颗粒。纳米花瓣状Ni(OH)的基本方法是在水热合成体系中添加乙二醇、大环多胺、离子液体等辅助物质。 这些纳米结构的Ni(OH)具有较大的面积和稳定的微结构与相组成，但其制备过程中大多采用高分子有机物为模板，辅以溶剂或表面活性剂。本实验以尿素为沉淀剂，采用直接水热合成法制备纳米花瓣状β2Ni(OH)，探讨了镍与尿素摩尔比对制备产物晶体结构、颗粒形貌和电化学性能的影响，获得了最佳反应条件。讨论了制备Ni(OH)1的试剂和仪器，表征Ni(OH)的仪器为荷兰全自动X射线衍射仪（CuKα辐射），石墨单色器，管电压40kV，管电流40mA）。

扫描步进范围为10~90；采用日立S4800冷场发射扫描电子显微镜观察粉末样品的微观形貌，加速电压为kV，采用英国激光衍射粒度分析仪测定SEI模型。采用湿法分析粉末样品的粒度分布，对每个样品测试取平均粒度。采用电池测试系统在恒流充放电模式下进行电化学测试。 六水硫酸镍(工业级，金川集团镍都实业有限公司。尿素(分析纯，北京化工厂)2电极制备及充放电体系电极的充放电测试采用三电极体系，电极为Hg/HgO电极，电极制备方法为：012g试样与13mm模具，将极片小心地镶嵌在孔隙率大于95%的泡沫镍集流体中，然后点焊一定长度的镍条，在LiOH电解液中活化12h以上。电极充放电体系为恒流充电vsHg/HgO)，循环10次。1C恒流充电vsHg/HgO)。3实验方法称取一定量的六水硫酸镍与尿素，加入120ml去离子水中，制成透明的淡绿色溶液备用。 将混合溶液转移至200ml自加压聚四氟乙烯压力容器中，密封，在170℃下保温18小时，自然冷却至室温，用无水乙醇、去离子水多次洗涤至pH值呈中性，在80℃下干燥至恒重。

不同Ni(OH)粉末样品的合成条件如表1所示。2 结果与讨论1 样品X射线衍射分析(XRD)1为制备样品的XRD谱图，从图中可以看出制备的氢氧化镍的相组成和微晶结构发生了明显的变化，当镍尿素摩尔比为19～42时，区域内出现了α、β混合相的特征峰[13]，19和23两个峰分别对应着不同实验条件下合成β2Ni氢氧化镍样品的实验条件1。表le离子氧化物syn/尿素比时间/尿素比时间1.采用不同尿素制备样品的XRD谱图孙海峰等(2017)19～20 合成的纳米花瓣状β2Ni(OH)α2Ni(OH)002)衍射峰，且在30～42°高角度区域出现的非对称衍射峰为α2Ni(OH)螺旋层状结构的特征峰；当镍尿素摩尔比为时，样品呈现典型的β2Ni(OH)而无其他杂质衍射峰，其晶格参数分别为313nm和462nm，表明制备的样品为结晶性良好、晶体结构完整、相纯度较高的β2Ni(OH)；制备的样品仍为标准的β2Ni(OH)；与S2相比，样品S3的XRD衍射峰有不同程度的变化，这主要是由于晶粒细化引起的。 与S2、S3相比，样品S1的衍射峰高明显更短更大，d值明显更大，这可能与大量阴离子（CO）和水分子插入层间，导致样品结晶性较差有关。图2为普通球形Ni(OH)和花瓣状Ni(OH)S1，S2，S3)在25℃时的衍射峰图。