一种化学和电化学联用法合成多元掺杂球形纳米氢氧化镍

摘要

本发明涉及一种化学和电化学联用法来合成动力电池用多元掺杂的球形纳米氢氧化镍及其连续化生产方法。首先配制适当浓度的镍盐溶液A和含有氨水络合剂的碱溶液B，然后将上述溶液以一定的速度连续稳定地加入到含有适当浓度氨水底液和包含待掺杂元素钴、锌等阳极和金属阴极的化学-电化学反应器中，通过精密控制过程的pH、反应物流量、温度、反应时间以及电化学反应分系统的电流密度等各种反应条件，并在第二反应器中进行晶体的生长和球形化后得到掺杂的球形纳米结构氢氧化镍粉末，经离心分离并过滤洗涤，真空干燥、过筛后得到产品。该材料不仅具有较高的振实密度，同时具有优良的高倍率充放电性能。

主权项

一种化学和电化学联用法合成动力电池用多元掺杂的球形纳米氢氧化镍的制备方法及其连续化生产方法, 其特征在于该方法通过以下步骤及其特定反应器进行分阶段实施：（1）配制浓度为0.6‑3.0 mol/L的镍盐水溶液和0.01‑2.0 mol/L的金属活化剂作为反应液A；（2）配制浓度为2.0‑10.0 mol/L的碱溶液，向碱液中加入1.0‑8.0 mol/L的氨水获得能与Ni2+发生络合作用的氨碱混合溶液作为反应液B；（3）配制浓度为0.5‑4.0 mol/L的氨水底液C；（4）通过两台恒流泵分别控制溶液A和溶液B的流速；在反应开始阶段，首先利用溶液B通入到含有氨水底液C的特制兼具电化学反应器功能的第一级反应釜内，逐步将溶液C的pH值调节到一定的范围（10.5～13.0）；然后待上述pH值稳定15‑30min后，将上述溶液A和溶液B严格按照化学计量比连续稳定地喷入反应釜；在强烈搅拌和强制循环反应母液的同时，控制反应温度40～70℃中的某一特定值且变化幅度不超过±1℃，并利用精密pH计对反应釜内溶液的pH值进行半连续地检测，并保持反应釜内pH值的相对恒定，其变化幅度不超过±0.05；（5）在上述溶液A和溶液B开始反应的同时，反应釜内的电化学反应系统中的待掺杂金属阳极和公用辅助阴极在独立的恒流源控制下开始工作，并实时根据反应物流量来调节恒流源电流，控制掺杂比例；（6）结晶和球化过程：每隔3‑12个小时，利用泵从第一级联合反应釜内放出相对于反应釜中溶液总量5‑30%带有掺杂金属元素的氢氧化镍晶体的反应母液，同时将上述母液置于第二级晶化反应釜中，促进第一级联合反应釜中的氢氧化镍微晶在第二级反应釜中不断发生新的成核、生产和再结晶过程，同时严格控制结晶温度和搅拌强度的恒定，保持晶化时间为8‑36小时，最终促使氢氧化镍微晶形成掺杂球型纳米结构氢氧化镍；（7）将（6）过程得到的反应产物与母液进行离心后过滤分离，并进行洗涤后干燥，即得到具有一定流动性的绿色氢氧化镍粉末，其中分离出的母液经废液处理器处理后可以排放或者返回到第一级反应器作为底液C使用，也可以经过调整氨水和碱的浓度后作为溶液B使用。