[发明专利]利用液体隔膜放电等离子体制备纳米β-Ni(OH)2的方法

说明书

本发明提供了一种利用液体隔膜放电等离子体制备纳米β‑Ni(OH)₂的方法，属于纳米材料制备技术领域。本发明以高纯镍片为阳极，不锈钢片为阴极，阴阳极通过石英板隔开，且在石英玻璃隔板底部开一个小孔，便于电解液Na₂SO₄的导通。当高压直流电源提供足够高电压时，小孔两边发出辉光、冲击波、紫外辐射和焦耳热，产生HO∙、H∙、O∙和H₂O₂等高活性粒子，此时阳极镍片逐渐消耗，溶液中产生蓝绿色纳米β‑Ni(OH)₂。与其他方法相比，液体隔膜放电等离子体制备纳米β‑Ni(OH)₂具有设备简单、反应可控、条件温和、绿色环保等优点。通过改变相关参数，可以制得不同粒径的纳米β‑Ni(OH)₂，是一种环境友好的绿色制备新技术。

技术领域

本发明属于纳米材料制备技术领域，涉及一种利用液体隔膜放电等离子体制备纳米β-Ni(OH)₂的方法。

背景技术

近年来，随着电动汽车和混合动力电动汽车的大功率动力电源、便携式电子计算机和移动通讯设备的飞速发展，人们对电池的充放电要提高。除一些新材料、新体系、新工艺的发展促进电池性能提高外，氢氧化镍(Ni(OH)₂)的研究成果也是不断丰富和促进镍系列碱性蓄电池性能发展的一个关键因素。Ni(OH)₂作为镍系列碱性二次电池如镍镉(Ni-Cd)电池、储氢(N-MH)电池、镍锌(Ni-Zn)电池和镍铁(Ni-Fe)电池等的主要正极活性材料，对电池的寿命和容量起关键性的作用。因此对高活性、长循环寿命、高容量、高能量密度、无记忆效应、环境友好的镍正极材料特别是氢氧化镍的研究具有重要的现实意义。

与普通Ni(OH)₂相比，纳米Ni(OH)₂材料具有更高的质子迁移速率、更小的晶粒电阻、更快的活化速度、更高的放电平台、更高的电化学容量以及更高的密度，能使电池在高速率充放电性能、能量密度及快速活化能力等方面得到显著改善，从而提高镍系电池的性能。因此，它的制备方法引起了国内外研究者的广泛兴趣(高等学校化学学报，2005，26(8):1387-1390;Electrochimica Acta，2014，132:364-369)。

目前，镍正极材料纳米Ni(OH)₂的制备方法很多，如化学沉淀法(包括沉淀转化法、均相沉淀法、超声波共沉淀法、配位沉淀法等)，该法大多于以镍盐和苛性碱在以氨为代表的络合剂存在下，发生复分解沉淀反应而制备纳米Ni(OH)₂(化工学报，2015，66(12):5088-5095;Optical Materials，2003，23:465-470)；水热法是以硝酸镍为原料，浓氨水为沉淀剂，通过调节pH=9~11和控制温度至180~240℃，直接水热合成纳米β-Ni(OH)₂(CrystEng Comm，2013，15:8300-8305;稀有金属， 2010，34(3):389-394)；无水乙醇法是将无水乙醇和表面活性剂TX-100(OP)配成溶液，再将一定浓度乙醇-氨水溶液加入后，然后向其中滴加Ni(NO₃)₂-乙醇溶液，pH值控制在7.0左右，就可制得平均粒径约为16nm的β-Ni(OH)₂(电源技术， 1998，22(4):139-141)；电解法主要利用镍盐为电解质，加入适当的络合剂，在电解槽中通过一步电解制备Ni(OH)₂(电源技术，2000，24(5):288-291)。然而，这些方法存在工艺较为复杂、过程不易控制、易产生二次污染等缺陷。