[发明专利]一种中间相α-β-Ni1-xMnx(OH)2/CNTs复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于电池材料技术领域，具体涉及一种中间相α‑β‑Ni_1‑xMn_x(OH)₂/CNTs复合材料及其制备方法和应用。包括中间相α‑β‑Ni_1‑xMn_x(OH)₂和碳纳米管，所述中间相α‑β‑Ni_1‑xMn_x(OH)₂生长在碳纳米管表面。制备方法：(1)硝酸镍和硝酸锰溶解在去离子水中形成溶液；(2)将碳纳米管分散液在超声条件下和上述溶液混合；(3)将双氧水加入上述混合液中，滴加碱溶液进行反应，反应完成后将所得的固体分散在去离子水中水热处理。本发明制备的中间相α‑β‑Ni_1‑xMn_x(OH)₂/CNTs复合材料应用在镍基电池中具有优异的比容量和循环稳定性。

技术领域

本发明属于电池材料技术领域，具体涉及一种中间相α-β-Ni_1-xMn_x(OH)₂/CNTs复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

在电池体系中，镍基电池作为二次电池占有非常重要的地位。镍基电池包括镍锌(NiZn)、镍铁(NiFe)、镍氢(Ni-MH)和镍镉(NiCd)，其共同点是以镍电极作为正极，活性材料为Ni(OH)₂。目前NiZn、Ni-MH和NiFe电池仍具有很高的商业价值。我们知道，正极材料对电池的比容量、循环寿命等性能起到关键作用，而且电池的比容量由正极材料的比容量决定。因此获得高性能的Ni(OH)₂对提高镍基电池性能非常重要。

Ni(OH)₂有α和β两种晶相，为层状结构化合物，层与层平行。β-Ni(OH)₂的层间距离为0.46nm，层间没有阴离子嵌入，理论比容量为289mAh·g^-1。α-Ni(OH)₂的层与层呈涡旋结构，层间距在0.7-0.8nm，层中嵌有H₂O、阴离子和中性分子，理论比容量为482mAh·g^-1。β-Ni(OH)₂相对于α-Ni(OH)₂虽然理论比容量低，但结构非常稳定，被作为商业镍基电池的正极材料。α-Ni(OH)₂虽然具有高的比容量，但在浓碱中的结构稳定性远低于β-Ni(OH)₂，很容易转化为β-Ni(OH)₂，导致容量快速衰减和循环稳定性降低。和其他物质相与相之间转变没有中间相存在不同的是，在采用高价金属离子掺杂Ni(OH)₂增加α-Ni(OH)₂稳定性的过程中，发现随着金属离子掺杂量的增加，β相是逐渐转变成α相，在转变过程中出现中间相结构，这种结构的 Ni(OH)₂兼具α-Ni(OH)₂的高比容量和β-Ni(OH)₂的高稳定性。C. Delmas和其合作者建立了中间相α-β-Ni(OH)₂结构模型。Hendricks 和Teller则从理论上计算了α-β-Ni(OH)₂的理论比容量介于289-482 mAh·g^-1之间。但是实际掺杂金属离子含量对α-β-Ni(OH)₂在镍基电池实际应用中的影响效果还鲜有报道，对提高镍基电池的比容量和循环稳定性的提高还需进一步研究。

发明内容

为了解决现有技术中存在的镍基电池的比容量和循环性能有待进一步提高的问题，本发明在于提供一种中间相α-β-Ni_1-xMn_x(OH)₂/CNTs复合材料及其制备方法，并将其作为镍基电池的活性材料，以达到提高电池的高比容量和长的循环稳定性的目的。

本发明的技术方案是通过如下步骤实现的：