CN1311104C - 一种采用电沉积法制备氢氧化镍材料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用电沉积法制备氢氧化镍材料的方法，是采用电沉积一步成型直接把活性物质、导电剂、粘结剂沉积在基体上。其制备方法，第一步：配制电沉积溶液；第二步：除去基体表面的氧化层；第三步：将经第二步处理后的基体浸入第一步已配制好的电沉积水溶液中开始电沉积氢氧化镍材料；第四步：将经第三步处理后的基体放入去离子水中浸泡1～10小时后取出，并进行干燥处理；第五步：将上述干燥后的基体取出，使用压片机将带有沉积物质的集流体材料压制成型，然后在真空状态下在超级电容器的电解液中浸泡1～10小时，取出后装入模拟电容器中，接入电池测试系统进行测试。
Description
技术领域
本发明涉及一种采用电沉积方法一步成型在基体上制备氢氧化镍材料的方法。
背景技术
以镍的氧化物和氢氧化物作为电极材料，其制备方法有溶胶法、配位-沉淀法、化学沉淀法、微波分解法、激光化学法等。这些方法大都是采用：
第一步：先将镍制成以氢氧化镍为主体的前驱体；
第二步：再把前驱体制成以氧化镍为主体的精细粉末；
第三步：然后在以氧化镍为主体的精细粉末中加入导电剂、粘结剂混合，压片后使用。
上述制备方法流程繁琐。由于导电剂一般占总重量比10％，多为非活性或活性较差的物质，粘结剂一般占总重量比5％，多为导电性较差的物质，直接影响了电极的性能，比容量在300F/g左右。
电沉积方法即向镀液中通电流，镀液中悬浮的带电粒子受电场影响而迁移沉积到基体上，从而制备沉积层。沉积层的质量和性质与带电粒子的大小、尺寸，惰性程度，表面荷电程度及溶液本体特性、通电流波形和密度大小等有关。
发明内容
本发明的目的提出一种制备氢氧化镍材料作为电极的方法，是采用电沉积一步成型直接把活性物质、导电剂、粘结剂沉积在基体材料上。
本发明的一种采用电沉积法制备氢氧化镍材料的方法，
第一步：配制电沉积溶液；
以水溶液为电解液，主盐成分为Ni(NO3)2、镍的硫酸盐、醋酸盐，浓度在0.01～5mol/L；
稳定剂为硫酸钴、硝酸钴，浓度在0.01～2mol/L；
导电剂为活性碳，活性碳重量为总重量的0.01～20％；
粘结剂为醇类高分子聚合物，重量为总重量的0.01～10％；
主盐与稳定剂、导电剂、粘结剂的比例为：(5～9)∶(2～0.5)∶(2～0.4)∶(2～0.1)；
用氨水调节溶液pH值在7～8。
第二步：除去基体表面的氧化层；
第三步：将经第二步处理后的基体浸入第一步已配制好的电沉积水溶液中开始电沉积氢氧化镍材料；
第四步：将经第三步处理后的基体放入去离子水中浸泡1～10小时后取出，并进行干燥处理；
第五步：将上述干燥后的基体取出，使用压片机将带有沉积物质的集流体材料压制成型。
所述的制备材料方法，所制备的氢氧化镍Ni(OH)2材料，其晶粒大小为4～24纳米。
所述的制备材料方法，所述的基体是指多孔泡沫镍、多孔泡沫铜、多孔泡沫铝、或镍箔、铝箔、铜箔、石墨、镍板、铂片制成的金属电极。
本发明制备方法的优点是，采用电沉积一步成型直接把活性物质、导电剂、粘结剂沉积在基体材料上。工艺简便，成本低廉。电沉积方法所获材料结晶细致，尺寸、形状可控。电沉积方法所获材料比容量、比能量、比功率高，性能优良。由于导电剂即活性物质、粘结剂含量控制在2％左右，应用该材料制成的超级电容器的性能得到提高，比容量达到400F/g以上。
附图说明
图1是实施例1的比电容数据图。
图2是实施例2的比电容数据图。
图3是实施例3的比电容数据图。
图4是实施例4的比电容数据图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明作进一步的说明。
本发明是一种采用电沉积法制备氢氧化镍材料的方法，其包括下列步骤：
第一步：配制电沉积溶液；
以水溶液为电解液，主盐成分为Ni(NO3)2、镍的硫酸盐、醋酸盐，浓度在0.01～5mol/L；
稳定剂为硫酸钴、硝酸钴，浓度在0.01～2mol/L；
导电剂为活性碳，活性碳重量为总重量的0.01～20％；
粘结剂为醇类高分子聚合物，重量为总重量的0.01～10％；
主盐与稳定剂、导电剂、粘结剂的比例为：(5～9)∶(2～0.5)∶(2～0.4)∶(2～0.1)；
用氨水调节溶液pH值在7～8。
第二步：除去基体表面的氧化层；
第三步：将经上述处理后的基体浸入上述已配制好的电沉积溶液中开始电沉积；
第四步：将经上述处理后的基体放入去离子水中浸泡1～10小时后取出并进行干燥；
第五步：将上述干燥后的基体取出，使用压片机将带有沉积物质的集流体材料压制成型。
本发明实施例的溶液组成和实验条件见表1所示。
表1 溶液组成和实验条件
| 实施例 | 电沉积溶液 | 稳定剂 | 导电剂 | 粘结剂 |
| Co(NO3)2 | 活性碳 | 聚乙二醇 | ||
| 1 | Ni(NO3)2、Co(NO3)2、氨水 | 9∶1 | 无 | 2％ |
| 2 | 8∶2 | |||
| 3 | 7∶3 | |||
| 4 | Ni(NO3)2、Co(NO3)2、氨水、活性碳 | 8∶2 | 5％ | 1％ |
注1：稳定剂Co(NO3)2比例为“Ni(NO3)2∶Co(NO3)2(摩尔比)”。
注2：氨水比例为“氨水体积∶溶液总体积(体积比)”。
注3：活性碳比例为占Ni(NO3)2物质质量的百分比。
实施例1
第一步：配制电沉积溶液；
其溶液成分见表1，主盐Ni(NO3)2、稳定剂Co(NO3)2，主盐与稳定剂的比例为：9∶1；粘结剂为聚乙二醇，加入量为总重量的2％；氨水浓度在0.1mol，用氨水调节溶液pH值在7～8。其溶液为Ni(NO3)2、Co(NO3)2、氨水，浓度在1mol；
第二步：除去金属电极表面氧化层；
第三步：将上述经第二步处理后的电极浸入上述第一步中配制好的溶液中开始电沉积；
第四步：将上述经第三步处理后的电极放入去离子水中浸泡5小时后取出干燥，使用压片机将干燥后的带有沉积物质的集流体材料压制成型，然后在真空状态下在超级电容器的电解液中浸泡24小时，取出后装入模拟电容器中，接入电池测试系统进行测试。
按照上述制备方法对电极正极进行处理，其实验结果请参见图1所示，在30次循环中比电容值最高值为240F/g(循环号01)，最小值为180F/g。循环到第29次时，比电容达到了240F/g，与第一个循环数值相当，即在中间的低谷后又回到了最初的数值。
实施例2
第一步：配制电沉积溶液；
其溶液成分见表1，主盐Ni(NO3)2、稳定剂Co(NO3)2，主盐与稳定剂的比例为：8∶2；粘结剂为聚乙二醇，加入量为总重量的2％；氨水浓度在0.1mol，用氨水调节溶液pH值在7～8。其溶液为Ni(NO3)2、Co(NO3)2、氨水，浓度在1mol；
第二步：除去金属电极表面氧化层；
第三步：将上述经第二步处理后的电极浸入上述第一步中配制好的溶液中开始电沉积；
第四步：将上述经第三步处理后的电极放入去离子水中浸泡5小时后取出干燥，使用压片机将干燥后的带有沉积物质的集流体材料压制成型，然后在真空状态下在超级电容器的电解液中浸泡24小时，取出后装入模拟电容器中，接入电池测试系统进行测试。
按照上述制备方法对电极正极进行处理，其实验结果请参见图2所示，在30次循环中比电容最高值为312F/g，最小值为184F/g。在第22循环后比电容开始提升。
实施例3
第一步：配制电沉积溶液；
其溶液成分见表1，主盐Ni(NO3)2、稳定剂Co(NO3)2，主盐与稳定剂的比例为：7∶3；粘结剂为聚乙二醇，加入量为总重量的2％；氨水浓度在0.1mol，用氨水调节溶液pH值在7～8。其溶液为Ni(NO3)2、Co(NO3)2、氨水，浓度在1mol；
第二步：除去金属电极表面氧化层；
第三步：将上述经第二步处理后的电极浸入上述第一步中配制好的溶液中开始电沉积；
第四步：将上述经第三步处理后的电极放入去离子水中浸泡5小时后取出干燥，使用压片机将干燥后的带有沉积物质的集流体材料压制成型，然后在真空状态下在超级电容器的电解液中浸泡24小时，取出后装入模拟电容器中，接入电池测试系统进行测试。
按照上述制备方法对电极正极进行处理，其实验结果请参见图3所示，在30次循环中比电容值最高值为178F/g。虽然后面的循环开始提升，但趋势不明显。
实施例4
第一步：配制电沉积溶液；
其溶液成分见表1，主盐Ni(NO3)2、稳定剂Co(NO3)2，主盐与稳定剂的比例为：8∶2；导电剂为活性碳加入量为总重量的5％，粘结剂为聚乙二醇，加入量为总重量的1％；氨水浓度在0.1mol，用氨水调节溶液pH值在7～8。其溶液为Ni(NO3)2、Co(NO3)2、氨水，浓度在1mol；
第二步：除去金属电极表面氧化层；
第三步：将上述经第二步处理后的电极浸入上述第一步中配制好的溶液中开始电沉积；
第四步：将上述经第三步处理后的电极放入去离子水中浸泡5小时后取出干燥，使用压片机将干燥后的带有沉积物质的集流体材料压制成型，然后在真空状态下在超级电容器的电解液中浸泡24小时，取出后装入模拟电容器中，接入电池测试系统进行测试。
按照上述制备方法对电极正极进行处理，其实验结果请参见图4所示，在前28次测试中，比电容最高值为464F/g，最小值为211F/g。在后10次测试中，比电容最高值为457F/g，最小值为440F/g。
经XRD衍射证明本发明制备的沉积物质基本成分为Ni(OH)2，晶粒大小为4～24纳米。
Claims (4)
1、一种采用电沉积法制备氢氧化镍材料的方法，其特征在于：
第一步：配制电沉积溶液；
以水溶液为电解液，主盐成分为Ni(NO3)2、镍的硫酸盐、醋酸盐，浓度在0.01～5mol/L；
稳定剂为硫酸钴、硝酸钴，浓度在0.01～2mol/L；
导电剂为活性碳，活性碳重量为总重量的0.01～20％；
粘结剂为醇类高分子聚合物，重量为总重量的0.01～10％；
主盐与稳定剂、导电剂、粘结剂的比例为：(5～9)∶(2～0.5)∶(2～0.4)∶(2～0.1)；
用氨水调节溶液pH值在7～8。
第二步：除去基体表面的氧化层；
第三步：将经第二步处理后的基体浸入第一步已配制好的电沉积水溶液中开始电沉积氢氧化镍材料；
第四步：将经第三步处理后的基体放入去离子水中浸泡1～10小时后取出，并进行干燥处理；
第五步：将上述干燥后的基体取出，使用压片机将带有沉积物质的集流体材料压制成型。
2、根据权利要求1所述的制备材料方法，其特征在于：所述的
主盐成分为Ni(NO3)2，浓度在0.01～3mol/L；
稳定剂为Co(NO3)2，浓度在0.01～1mol/L；
导电剂为活性碳，活性碳重量为总重量的0.01～15％；
粘结剂为聚乙二醇，重量为总重量的0.01～5％；
主盐与稳定剂、导电剂、粘结剂的比例为：(6～9)∶(1.5～0.5)∶(1.5～0.4)∶(1.5～0.1)；
用氨水调节溶液pH值在7～8。
3、根据权利要求1所述的制备材料方法，其特征在于：所制备的氢氧化镍Ni(OH)2材料，其晶粒大小为4～24纳米。
4、根据权利要求1所述的制备材料方法，其特征在于：所述的基体是指多孔泡沫镍、多孔泡沫铜、多孔泡沫铝、或镍箔、铝箔、铜箔、石墨、镍板、铂片制成的金属电极。
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