專(zhuān)利名稱：一種采用電沉積法制備氫氧化鎳材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采用電沉積方法一步成型在基體上制備氫氧化鎳材料的方法。
背景技術(shù)：
以鎳的氧化物和氫氧化物作為電極材料，其制備方法有溶膠法、配位--沉淀法、化學(xué)沉淀法、微波分解法、激光化學(xué)法等。這些方法大都是采用第一步先將鎳制成以氫氧化鎳為主體的前驅(qū)體；第二步再把前驅(qū)體制成以氧化鎳為主體的精細(xì)粉末；第三步然后在以氧化鎳為主體的精細(xì)粉末中加入導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑混合，壓片后使用。
上述制備方法流程繁瑣。由于導(dǎo)電劑一般占總重量比10％，多為非活性或活性較差的物質(zhì)，粘結(jié)劑一般占總重量比5％，多為導(dǎo)電性較差的物質(zhì)，直接影響了電極的性能，比容量在300F/g左右。
電沉積方法即向鍍液中通電流，鍍液中懸浮的帶電粒子受電場(chǎng)影響而遷移沉積到基體上，從而制備沉積層。沉積層的質(zhì)量和性質(zhì)與帶電粒子的大小、尺寸，惰性程度，表面荷電程度及溶液本體特性、通電電流波形和密度大小等有關(guān)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的提出一種制備氫氧化鎳材料作為電極的方法，是采用電沉積一步成型直接把活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑沉積在基體材料上。
本發(fā)明的一種采用電沉積法制備氫氧化鎳材料的方法，第一步配制電沉積溶液；以水溶液為電解液，主鹽成分為Ni(NO3)2、鎳的硫酸鹽、醋酸鹽，濃度在0.01～5mol；穩(wěn)定劑為硫酸鈷、硝酸鈷，濃度在0.01～2mol；
導(dǎo)電劑為活性碳，活性碳重量為總重量的0.01～20％；粘結(jié)劑為醇類(lèi)高分子聚合物，重量為總重量的0.01～10％；主鹽與穩(wěn)定劑、導(dǎo)電劑、添加劑的比例為(5～9)∶(2～0.5)∶(2～0.4)∶(2～0.1)；用氨水調(diào)節(jié)溶液pH值在5～10。
第二步除去基體表面的氧化層；第三步將經(jīng)第二步處理后的基體浸入第一步已配制好的電沉積水溶液中開(kāi)始電沉積氫氧化鎳材料；第四步將經(jīng)第三步處理后的基體放入去離子水中浸泡1～10小時(shí)后取出，并進(jìn)行干燥處理；第五步將上述干燥后的基體取出，使用壓片機(jī)將帶有沉積物質(zhì)的集流體材料壓制成型，然后在真空狀態(tài)下在超級(jí)電容器的電解液中浸泡1～10小時(shí)，取出后裝入模擬電容器中，接入電池測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。
所述的制備材料方法，所制備的氫氧化鎳Ni(OH)2材料，其晶粒大小為4～24納米。
所述的制備材料方法，所述的基體是指多孔泡沫鎳、多孔泡沫銅、多孔泡沫鋁、或鎳箔、鋁箔、銅箔、石墨、鎳板、鉑片制成的金屬電極。
本發(fā)明制備方法的優(yōu)點(diǎn)是，采用電沉積一步成型直接把活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑沉積在基體材料上。工藝簡(jiǎn)便，成本低廉。電沉積方法所獲材料結(jié)晶細(xì)致，尺寸、形狀可控。電沉積方法所獲材料比容量、比能量、比功率高，性能優(yōu)良。由于導(dǎo)電劑即活性物質(zhì)、粘結(jié)劑含量控制在2％左右，應(yīng)用該材料制成的超級(jí)電容器的性能得到提高，比容量達(dá)到400F/g以上。


圖1是實(shí)施例1的比電容數(shù)據(jù)圖。
圖2是實(shí)施例2的比電容數(shù)據(jù)圖。
圖3是實(shí)施例3的比電容數(shù)據(jù)圖。
圖4是實(shí)施例4的比電容數(shù)據(jù)圖。
具體實(shí)施例方式
下面將結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
本發(fā)明是一種采用電沉積方法制備氫氧化鎳材料的方法，其包括下列步驟第一步配制電沉積溶液；以水溶液為電解液，主鹽成分為Ni(NO3)2及鎳的硫酸鹽、醋酸鹽，濃度在0.01～5mol；穩(wěn)定劑為硫酸鈷或硝酸鈷，濃度在0.01～2mol；導(dǎo)電劑為活性碳，活性碳重量為總重量的0.01～20％；粘結(jié)劑為醇類(lèi)高分子聚合物，重量為總重量的0.01～10％；主鹽與穩(wěn)定劑、導(dǎo)電劑、添加劑的比例為(5～9)∶(2～0.5)∶(2～0.4)∶(2～0.1)；用氨水調(diào)節(jié)溶液pH值在5～10。
第二步除去基體表面的氧化層；第三步將經(jīng)上述處理后的基體浸入上述已配制好的電沉積溶液中開(kāi)始電沉積；第四步將經(jīng)上述處理后的基體放入去離子水中浸泡1～10小時(shí)后取出并進(jìn)行干燥；第五步將上述干燥后的基體取出，使用壓片機(jī)將帶有沉積物質(zhì)的集流體材料壓制成型，然后在真空狀態(tài)下在超級(jí)電容器的電解液中浸泡1～10小時(shí)，取出后裝入模擬電容器中，接入相關(guān)電池測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。
本發(fā)明實(shí)施例的溶液組成和實(shí)驗(yàn)條件見(jiàn)表1所示。
表1溶液組成和實(shí)驗(yàn)條件

注1添加劑Co(NO3)2比例為“Ni(NO3)2∶Co(NO3)2(摩爾比)”。
注2添加劑氨水比例為“氨水體積∶溶液總體積(體積比)”。
注3添加劑活性碳比例為占Ni(NO3)2物質(zhì)質(zhì)量的百分比。
實(shí)施例1第一步配制電沉積溶液；其溶液成分見(jiàn)表1，主鹽Ni(NO3)2、穩(wěn)定劑Co(NO3)2，主鹽與穩(wěn)定劑的比例為9∶1；粘結(jié)劑為聚乙二醇，加入量為總重量的2％；氨水濃度在0.1mol，用氨水調(diào)節(jié)溶液pH值在7～8。其溶液為Ni(NO3)2、Co(NO3)2、氨水，濃度在1mol；第二步除去金屬電極表面氧化層；第三步將上述經(jīng)第二步處理后的電極浸入上述第一步中配制好的溶液中開(kāi)始電沉積；第四步將上述經(jīng)第三步處理后的電極放入去離子水中浸泡5小時(shí)后取出干燥；使用壓片機(jī)將干燥后的帶有沉積物質(zhì)的集流體材料壓制成型，然后在真空狀態(tài)下在超級(jí)電容器的電解液中浸泡24小時(shí)，取出后裝入模擬電容器接入相關(guān)電池測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。
按照上述制備方法對(duì)電極正極進(jìn)行處理，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果請(qǐng)參見(jiàn)圖1所示，在30次循環(huán)中比電容值最高值為240F/g(循環(huán)號(hào)01)，最小值為180F/g。循環(huán)到第29次時(shí)，比電容達(dá)到了240F/g，與第一個(gè)循環(huán)數(shù)值相當(dāng)，即在中間的低谷后又回到了最初的數(shù)值。
實(shí)施例2第一步配制電沉積溶液；其溶液成分見(jiàn)表1，主鹽Ni(NO3)2、穩(wěn)定劑Co(NO3)2，主鹽與穩(wěn)定劑的比例為8∶2；粘結(jié)劑為聚乙二醇，加入量為總重量的2％；氨水濃度在0.1mol，用氨水調(diào)節(jié)溶液pH值在7～8。其溶液為Ni(NO3)2、Co(NO3)2、氨水，濃度在1mol；第二步除去金屬電極表面氧化層；第三步將上述經(jīng)第二步處理后的電極浸入上述第一步中配制好的溶液中開(kāi)始電沉積；第四步將上述經(jīng)第三步處理后的電極放入去離子水中浸泡5小時(shí)后取出干燥；使用壓片機(jī)將干燥后的帶有沉積物質(zhì)的集流體材料壓制成型，然后在真空狀態(tài)下在超級(jí)電容器的電解液中浸泡24小時(shí)，取出后裝入模擬電容器接入相關(guān)電池測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。
按照上述制備方法對(duì)電極正極進(jìn)行處理，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果請(qǐng)參見(jiàn)圖2所示，在30次循環(huán)中比電容最高值為312F/g，最小值為184F/g。在第22次循環(huán)后比電容值開(kāi)始提升。
實(shí)施例3第一步配制電沉積溶液；其溶液成分見(jiàn)表1，主鹽Ni(NO3)2、穩(wěn)定劑Co(NO3)2，主鹽與穩(wěn)定劑的比例為7∶3；粘結(jié)劑為聚乙二醇，加入量為總重量的2％；氨水濃度在0.1mol，用氨水調(diào)節(jié)溶液pH值在7～8。其溶液為Ni(NO3)2、Co(NO3)2、氨水，濃度在1mol；第二步除去金屬電極表面氧化層；第三步將上述經(jīng)第二步處理后的電極浸入上述第一步中配制好的溶液中開(kāi)始電沉積；第四步將上述經(jīng)第三步處理后的電極放入去離子水中浸泡5小時(shí)后取出干燥；使用壓片機(jī)將干燥后的帶有沉積物質(zhì)的集流體材料壓制成型，然后在真空狀態(tài)下在超級(jí)電容器的電解液中浸泡24小時(shí)，取出后裝入模擬電容器接入相關(guān)電池測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。
按照上述制備方法對(duì)電極正極進(jìn)行處理，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果請(qǐng)參見(jiàn)圖3所示，在30次循環(huán)中比電容值最高值為178F/g。雖然后面的循環(huán)開(kāi)始提升，但趨勢(shì)不明顯。
實(shí)施例4第一步配制電沉積溶液；其溶液成分見(jiàn)表1，主鹽Ni(NO3)2、穩(wěn)定劑Co(NO3)2，主鹽與穩(wěn)定劑的比例為8∶2；導(dǎo)電劑為活性碳加入量為總重量的5％，粘結(jié)劑為聚乙二醇，加入量為總重量的1％；氨水濃度在0.1mol，用氨水調(diào)節(jié)溶液pH值在7～8。其溶液為Ni(NO3)2、Co(NO3)2、氨水，濃度在1mol；第二步除去金屬電極表面氧化層；第三步將上述經(jīng)第二步處理后的電極浸入上述第一步中配制好的溶液中開(kāi)始電沉積；
第四步將上述經(jīng)第三步處理后的電極放入去離子水中浸泡5小時(shí)后取出干燥；使用壓片機(jī)將干燥后的帶有沉積物質(zhì)的集流體材料壓制成型，然后在真空狀態(tài)下在超級(jí)電容器的電解液中浸泡24小時(shí)，取出后裝入模擬電容器接入相關(guān)電池測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。
按照上述制備方法對(duì)電極正極進(jìn)行處理，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果請(qǐng)參見(jiàn)圖4所示，在前28次測(cè)試中，比電容最高值為464F/g，最小值為211F/g。在后10次測(cè)試中，比電容最高值為457F/g，最小值為440F/g。
經(jīng)XRD衍射證明本發(fā)明制備的沉積物質(zhì)基本成分為Ni(OH)2，晶粒大小為4～24納米。
權(quán)利要求
1.一種采用電沉積法制備氫氧化鎳材料的方法，其特征在于第一步配制電沉積溶液；以水溶液為電解液，主鹽成分為Ni(NO3)2、鎳的硫酸鹽、醋酸鹽，濃度在0.01～5mol；穩(wěn)定劑為硫酸鈷、硝酸鈷，濃度在0.01～2mol；導(dǎo)電劑為活性碳，活性碳重量為總重量的0.01～20％；粘結(jié)劑為醇類(lèi)高分子聚合物，重量為總重量的0.01～10％；主鹽與穩(wěn)定劑、導(dǎo)電劑、添加劑的比例為(5～9)∶(2～0.5)∶(2～0.4)∶(2～0.1)；用氨水調(diào)節(jié)溶液pH值在5～10。第二步除去基體表面的氧化層；第三步將經(jīng)第二步處理后的基體浸入第一步已配制好的電沉積水溶液中開(kāi)始電沉積氫氧化鎳材料；第四步將經(jīng)第三步處理后的基體放入去離子水中浸泡1～10小時(shí)后取出，并進(jìn)行干燥處理；第五步將上述干燥后的基體取出，使用壓片機(jī)將帶有沉積物質(zhì)的集流體材料壓制成型，然后在真空狀態(tài)下在超級(jí)電容器的電解液中浸泡1～10小時(shí)，取出后裝入模擬電容器中，接入電池測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備材料方法，其特征在于所述的主鹽成分為Ni(NO3)2，濃度在0.01～3mol；穩(wěn)定劑為Co(NO3)2，濃度在0.01～1mol；導(dǎo)電劑為活性碳，活性碳重量為總重量的0.01～15％；粘結(jié)劑為聚乙二醇，重量為總重量的0.01～5％；主鹽與穩(wěn)定劑、導(dǎo)電劑、添加劑的比例為(6～9)∶(1.5～0.5)∶(1.5～0.4)∶(1.5～0.1)；用氨水調(diào)節(jié)溶液pH值在5～10。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備材料方法，其特征在于所制備的氫氧化鎳Ni(OH)2材料，其晶粒大小為4～24納米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備材料方法，其特征在于所述的基體是指多孔泡沫鎳、多孔泡沫銅、多孔泡沫鋁、或鎳箔、鋁箔、銅箔、石墨、鎳板、鉑片制成的金屬電極。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種采用電沉積法制備氫氧化鎳材料的方法，是采用電沉積一步成型直接把活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑沉積在基體上。其制備方法，第一步配制電沉積溶液；第二步除去基體表面的氧化層；第三步將經(jīng)第二步處理后的基體浸入第一步已配制好的電沉積水溶液中開(kāi)始電沉積氫氧化鎳材料；第四步將經(jīng)第三步處理后的基體放入去離子水中浸泡1～10小時(shí)后取出，并進(jìn)行干燥處理；第五步將上述干燥后的基體取出，使用壓片機(jī)將帶有沉積物質(zhì)的集流體材料壓制成型，然后在真空狀態(tài)下在超級(jí)電容器的電解液中浸泡1～10小時(shí)，取出后裝入模擬電容器中，接入電池測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。
文檔編號(hào)C25D9/04GK1492080SQ0315442
公開(kāi)日2004年4月28日 申請(qǐng)日期2003年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月28日
發(fā)明者于維平, 張世超, 劉兆喆, 曹高萍, 楊裕生, 程杰, 何業(yè)東 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)