一种Ni(OH)2及其制备方法与流程

一种ni(oh)2及其制备方法
技术领域
1.本申请涉及ni(oh)2的制备技术领域，具体而言，涉及一种ni(oh)2及其制备方法。


背景技术：

2.目前制备ni(oh)2的方法主要有水热法、溶剂热法、粉末金属法等。水热法及溶剂热法以镍盐为前驱体，需高温高热反应。热分解法过程简单、过程少，但其对原料要求高、制备条件苛刻。粉末金属法可制备高纯、大比表面积ni(oh)2，但容易引入杂质，反应步骤多，制备过程长，量比较少。


技术实现要素：

3.本申请提供一种新的制备方法来制备ni(oh)2，通过电化学的方法进行制备，得到ni(oh)2。
4.第一方面，本申请提供一种ni(oh)2的制备方法，包括：将工作电极、对电极和参比电极置于中性无机电解质水溶液中进行恒电流充电，使无机电解质水溶液中产生沉淀；其中，工作电极包括金属镍。
5.通过恒电流充电的方式，将镍转化成镍离子，无机电解质水溶液中的水转化成氢氧根离子，镍离子与氢氧根离子反应得到ni(oh)2。本申请通过电化学的方法进行ni(oh)2的制备，制备较为简单。
6.在一种可能的实施方式中，工作电极为镍片，恒电流充电时的充电电流密度为1ma/cm2～2a/cm2，电压为0.7v～1.5v，沉淀中的ni(oh)2为α
‑
ni(oh)2。
7.如果工作电极为镍片，在上述条件下进行制备，可以直接得到α
‑
ni(oh)2。
8.在一种可能的实施方式中，工作电极为部分涂覆有碳层的镍片，恒电流充电时的充电电流密度为1ma/cm2～2a/cm2，电压为
‑
0.5v～0.2v，沉淀中的ni(oh)2为β
‑
ni(oh)2。
9.如果工作电极为部分涂覆有碳层的镍片，且在上述条件下进行制备，可以直接得到β
‑
ni(oh)2。
10.在一种可能的实施方式中，碳层的厚度为0.5～2μm。在上述厚度范围内进行碳层的涂覆，可以使得到的沉淀是纯相的β
‑
ni(oh)2。
11.在一种可能的实施方式中，碳层包括粘结剂和碳材料，以便在镍片上形成碳层。碳材料包括石墨粉、活性炭、乙炔黑、石墨烯和碳纳米管中的至少一种。
12.在一种可能的实施方式中，镍片选自泡沫镍、镍板和镍箔中的一种。
13.在一种可能的实施方式中，镍片为泡沫镍，在泡沫镍上不完全涂覆碳层以后，碳层一部分会进入到泡沫镍的孔洞中，使泡沫镍的表层覆盖的碳层减少，且碳层和镍的分布相对较为均匀，得到的β
‑
ni(oh)2的片状更薄，以便提高β
‑
ni(oh)2的比表面积。
14.在一种可能的实施方式中，对电极选自铂电极、钛电极和钽电极中的一种。
15.在一种可能的实施方式中，参比电极选自甘汞电极、银/氯化银电极、汞/氧化汞电极和汞/硫酸亚汞电极中的一种。
16.在一种可能的实施方式中，无机电解质选自li2so4、na2so4、k2so4中的至少一种。
17.在一种可能的实施方式中，无机电解质水溶液的浓度为0.5mol/l～2mol/l。作为示例性地，无机电解质水溶液的浓度为0.5mol/l、1.0mol/l、1.5mol/l或2mol/l。
18.第二方面，本申请提供一种ni(oh)2，由上述制备方法制备得到，ni(oh)2为片状。通过电化学方法制备得到的ni(oh)2为片状，其比表面积较大，可以作为电极材料，提高电池的性能。
附图说明
19.为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图也属于本申请的保护范围。
20.图1为β
‑
ni(oh)2的制备工艺流程图；
21.图2为实施例1所得的片状β
‑
ni(oh)2材料的xrd图谱及pdf标准卡片；
22.图3为实施例1所得的β
‑
ni(oh)2材料的tem图；
23.图4为实施例2所得的β
‑
ni(oh)2材料的tem图；
24.图5为实施例3所得的β
‑
ni(oh)2材料的tem图；
25.图6为实施例4所得的α
‑
ni(oh)2材料的xrd图谱及pdf标准卡片；
26.图7为实施例5所得的α
‑
ni(oh)2材料的tem图；
27.图8为实施例1提供的β
‑
ni(oh)2材料以及实施例4提供的α
‑
ni(oh)2材料的性能测试图。
具体实施方式
28.为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。
29.本申请提供一种ni(oh)2的制备方法，包括：将工作电极、对电极和参比电极置于中性无机电解质水溶液中进行恒电流充电，使无机电解质水溶液中产生沉淀；其中，工作电极包括金属镍。
30.可选地，对电极选自铂电极、钛电极和钽电极中的一种。下面以对电极是铂电极为例进行说明。
31.可选地，参比电极选自甘汞电极、银/氯化银电极、汞/氧化汞电极和汞/硫酸亚汞电极中的一种。下面以参比电极是甘汞电极为例进行说明。
32.可选地，中性无机电解质为碱金属盐电解质。进一步地，无机电解质选自li2so4、na2so4、k2so4中的至少一种。进一步地，无机电解质水溶液为浓度为0.5mol/l～2mol/l的li2so4水溶液；或无机电解质水溶液为浓度为0.5mol/l～2mol/l的na2so4水溶液；或无机电解质水溶液为浓度为0.5mol/l～2mol/l的k2so4水溶液；或无机电解质水溶液为前述无机电解质的混合水溶液，混合溶液中so
42
‑
的浓度为0.5mol/l～2mol/l。
33.如果想要制备得到α
‑
ni(oh)2，则以镍片作为工作电极，铂电极作为对电极，甘汞电极作为参比电极，将工作电极、对电极和甘汞电极置于中性无机电解质溶液中，恒电流充
电，工作电极逐渐分散成土黄色的沉淀，抽滤，清洗，得到α
‑
ni(oh)2。
34.可选地，恒电流充电时的充电电流密度为1ma/cm2～2a/cm2，电压为0.7v～1.5v。进一步地，充电电流密度为50ma/cm2～0.2a/cm2。
35.作为示例性地，充电电流密度为1ma/cm2、10ma/cm2、50ma/cm2、0.1a/cm2、0.2a/cm2、0.5a/cm2、1a/cm2或2a/cm2；电压在0.7v～1.5v之间即可，只要能够保证进行恒电流充电。
36.如果想要制备得到β
‑
ni(oh)2，图1为β
‑
ni(oh)2的制备工艺流程图。请参阅图1，该制备方法包括：
37.s10，将液态粘结剂和碳材料混合得到混合溶液。其中，液态粘结剂和碳材料的质量比可以为7:1～12:1。其基本为流体的形态，以便后续通过滴涂的方式形成在镍片的表面。
38.作为示例性地，液态粘结剂和碳材料的质量比可以为7:1、8:1、9:1、10:1、11:1或12:1。
39.可选地，碳材料包括石墨粉、活性炭、乙炔黑、石墨烯和碳纳米管中的至少一种。碳材料可以是上述碳材料中的其中任意一种；也可以是上述碳材料中的任意两种；还可以是上述碳材料中的任意三种；也可以是上述碳材料中的任意四种或五种，本申请不做限定。
40.s20，将混合溶液滴涂在镍片，并且将其烘干，使镍片的表面形成有不完全覆盖镍片的碳层。可选地，可以在镍片的一个表面滴涂混合溶液，然后进行烘干，使镍片的一表面覆盖有碳层。
41.可选地，碳层的厚度为0.5～2μm。作为示例性地，碳层的厚度为0.5μm、1μm、1.5μm或2μm。
42.s30，以部分涂覆有碳层的镍片作为工作电极，铂电极作为对电极，甘汞电极作为参比电极，将工作电极、对电极和甘汞电极置于中性无机电解质溶液中，恒电流充电，工作电极逐渐分散成浅绿色的沉淀，抽滤，清洗，得到β
‑
ni(oh)2。
43.可选地，恒电流充电时的充电电流密度为1ma/cm2～2a/cm2，电压为
‑
0.5v～0.2v。进一步地，充电电流密度为50ma/cm2～0.2a/cm2。
44.作为示例性地，充电电流密度为1ma/cm2、10ma/cm2、50ma/cm2、0.1a/cm2、0.2a/cm2、0.5a/cm2、1a/cm2或2a/cm2；电压在
‑
0.5v～0.2v之间即可，只要能够保证进行恒电流充电。
45.不管制备α
‑
ni(oh)2，还是制备β
‑
ni(oh)2，镍片均可以选自泡沫镍、镍板和镍箔中的一种。
46.例如：镍片为泡沫镍，泡沫镍的厚度为0.3mm～5mm，孔隙率为95％～98％；或镍片为镍板，其厚度为0.02mm以上；或镍片为镍箔，其厚度为0.02mm及其以下。
47.可选地，如果镍片为泡沫镍，在泡沫镍上部分涂覆碳层以后，碳层一部分会进入到泡沫镍的孔洞中，使泡沫镍的表层覆盖的碳层减少，且碳层和镍的分布相对较为均匀，得到的β
‑
ni(oh)2的片状更薄，以便提高β
‑
ni(oh)2的比表面积。
48.上述方法制备得到的ni(oh)2为片状结构，其比表面积较大，可以作为电极材料，提高电池的性能。进一步地，β
‑
ni(oh)2的基本不容易产生堆叠，且厚度较薄，可以使其比表面积更大，其作为电极材料以后，电池性能更佳。
49.为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建
议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
50.实施例1
51.一种β
‑
ni(oh)2的制备方法，包括如下步骤：
52.将聚偏氟乙烯和活性炭混合均匀形成混合溶液，其中，聚偏氟乙烯和活性炭的质量比为1:9。
53.将上述是的混合溶液滴涂于泡沫镍电极片的一表面，烘干后作为工作电极备用。
54.以铂片为对电极，甘汞电极为参比电极，将工作电极、对电极和参比电极均置于浓度为1mol/l na2so4电解液中，恒电流0.1a/cm2充电，电压在
‑
0.5v～0.2v之间，工作电极逐渐分散成浅绿色的沉淀，抽滤，使用去离子水清洗，得到干净的产物。
55.将该产物使用xrd进行检测得到图2，从图2可以看出，上述的产物为纯相的β
‑
ni(oh)2。将上述产物在透射电镜下观察得到tem图得到图3，从图3可以看出，β
‑
ni(oh)2为片状结构。
56.实施例2
57.一种β
‑
ni(oh)2的制备方法，包括如下步骤：
58.将聚偏氟乙烯和石墨烯混合均匀形成混合溶液，其中，聚偏氟乙烯和活性炭的质量比为1:9。
59.将上述是的混合溶液滴涂于泡沫镍电极片的一表面，烘干后作为工作电极备用。
60.以铂片为对电极，甘汞电极为参比电极，将工作电极、对电极和参比电极均置于浓度为1mol/l na2so4电解液中，恒电流0.1a/cm2充电，电压在
‑
0.5v～0.2v之间，工作电极逐渐分散成浅绿色的沉淀，抽滤，使用去离子水清洗，得到干净的产物。
61.将上述产物在透射电镜下观察得到tem图得到图4，从图4可以看出，β
‑
ni(oh)2为片状结构。且相较于实施例1，该实施例得到的β
‑
ni(oh)2的厚度更薄，说明涂覆石墨烯碳层，得到的β
‑
ni(oh)2的比表面积会更大。
62.实施例3
63.一种β
‑
ni(oh)2的制备方法，包括如下步骤：
64.将聚偏氟乙烯和活性炭混合均匀形成混合溶液，其中，聚偏氟乙烯和活性炭的质量比为1:9。
65.将上述是的混合溶液滴涂于泡沫镍电极片的一表面，烘干后作为工作电极备用。
66.以铂片为对电极，甘汞电极为参比电极，将工作电极、对电极和参比电极均置于浓度为1mol/l k2so4电解液中，恒电流0.1a/cm2充电，电压在
‑
0.5v～0.2v之间，工作电极逐渐分散成浅绿色的沉淀，抽滤，使用去离子水清洗，得到干净的产物。
67.将上述产物在透射电镜下观察得到tem图得到图5，从图5可以看出，β
‑
ni(oh)2为片状结构。且相较于实施例1，该实施例得到的β
‑
ni(oh)2的厚度更薄，且分散较为均匀，说明电解液为k2so4电解液，得到的β
‑
ni(oh)2的比表面积会更大。
68.实施例4
69.一种α
‑
ni(oh)2的制备方法，包括如下步骤：
70.以泡沫镍电极片为工作电极，铂片为对电极，甘汞电极为参比电极，将工作电极、对电极和参比电极均置于浓度为1mol/l na2so4电解液中，恒电流0.1a/cm2充电，电压在
0.7v～1.5v之间，工作电极逐渐分散成土黄色的沉淀，抽滤，使用去离子水清洗，得到干净的产物。
71.将该产物使用xrd进行检测得到图6，从图6可以看出，上述的产物为纯相的α
‑
ni(oh)2。将上述产物在透射电镜下观察得到tem图得到图7，从图7可以看出，α
‑
ni(oh)2为紧密堆叠的片状结构。由于α
‑
ni(oh)2紧密堆叠，所以，相较于实施例1
‑
实施例3中的β
‑
ni(oh)2，实施例4中的α
‑
ni(oh)2的比表面积更小。
72.对比例1
73.一种β
‑
ni(oh)2的制备方法，包括如下步骤：
74.将聚偏氟乙烯和活性炭混合均匀形成混合溶液，其中，聚偏氟乙烯和活性炭的质量比为1:9。
75.将上述是的混合溶液滴涂于泡沫镍电极片的一表面，烘干后作为工作电极备用。
76.以铂片为对电极，甘汞电极为参比电极，将工作电极、对电极和参比电极均置于浓度为1mol/l na2so4电解液中并且在上述电解液中滴加硫酸溶液使电解质的ph值为6.5，恒电流0.1a/cm2充电，电压在
‑
0.5v～0.2v之间，电解液中不产生沉淀。
77.说明如果电解质为弱酸溶液，则不能够反应得到产品。
78.对比例2
79.一种β
‑
ni(oh)2的制备方法，包括如下步骤：
80.将聚偏氟乙烯和活性炭混合均匀形成混合溶液，其中，聚偏氟乙烯和活性炭的质量比为1:9。
81.将上述是的混合溶液滴涂于泡沫镍电极片的一表面，烘干后作为工作电极备用。
82.以铂片为对电极，甘汞电极为参比电极，将工作电极、对电极和参比电极均置于浓度为1mol/l na2so4电解液中并且在上述电解液中滴加naoh溶液使电解质的ph值为7.5，恒电流0.1a/cm2充电，电压在
‑
0.5v～0.2v之间，电解液中不产生沉淀。
83.说明如果电解质为弱碱溶液，则不能够反应得到产品。
84.实验例1
85.分别将实施例1及实施例4获得的β
‑
ni(oh)2和α
‑
ni(oh)2、导电剂乙炔黑和粘结剂pvdf(溶于n
‑
甲基吡咯烷酮)按质量比8:1:1的比例混合搅拌成均匀浆料，涂于干净的泡沫镍上制成工作电极，然后在60℃下真空干燥得到电极片。以铂片为对电极、汞/氧化汞为参比电极，采用2mol/l koh电解液，在电化学工作站进行电容量测试，电流密度为1a/g。如图8所示，β
‑
ni(oh)2电极的比电容为1112.2f/g，远高于α
‑
ni(oh)2电极的比电容(780.1f/g)。
86.以上所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。