本發明涉及一種制備球形氫氧化鎳的方法，屬于材料工程技術領域。

背景技術：

氫氧化鎳是鎳基電池（ni/mh、ni/cd、ni/zn等）的正極活性物質，其性能的優良與否直接影響著電池的性能。高性能球形氫氧化鎳的制備研究是國內外同行關注的焦點。目前國內外生產氫氧化鎳的方法有：液相沉淀法、均相沉淀法、水熱法、氧化法、高壓水解法、離子交換樹脂法、微乳液法、電解法、機械化學合成法等。氫氧化鎳材料的晶型有α型、β型和γ型，形貌有不規則形、球形、片狀形、管形、空心球形等。γ-ni(oh)2是電池的過充產物，會引起電極膨脹；α-ni(oh)2在堿性環境中不穩定。微觀形貌為球形的氫氧化鎳振實密度較大，利于提升電極容量，因此堿性鎳基電池通常選用在堿性環境中能穩定工作且能大功率放電的β-ni(oh)2。專利cn103204554a將鎳鹽、陰離子活性劑與陽離子活性劑加入溶液中，溶解后混入堿性試劑在高壓釜中，在80~100℃反應1~10h過濾洗滌得到氫氧化鎳，該方法反應溫度較高，反應時間過長，需引入添加劑；專利cn104319394a采用100~140g/l的niso4溶液、6~8mol/l的naoh溶液、比重為0.9~0.95的液氨為原料，將這三者以一定比例加入反應釜中反應6~12h洗滌干燥得到氫氧化鎳，該法缺點在于反應時間較長，氨水的引入需要單獨控制；專利cn1467160a將含金屬元素的無機鹽、鎳鹽的混合溶液，配位混合物溶液，堿性溶液等三種溶液并流注入到加油基液的反應釜中，通過控制反應釜中ni²⁺的濃度、ph值和攪拌速度、反應產物經過熱堿處理后得到球形氫氧化鎳，該法缺點在于需要控制ph，反應時間達10h~12h；專利cn102664266a提出了一種摻雜鋅、錳、鋁制備球形氫氧化鎳的方法，將硫酸鎳鹽、硫酸鋅鹽、硫酸錳鹽以及硫酸鋁鹽混合水溶液，氨水，氫氧化鈉水溶液經精密流量控制系統連續注入到反應釜中，控制反應體系的溫度、ph值以及攪拌強度，反應生成球形氫氧化鎳，再經反應釜溢流口連續流出，經陳化、洗滌、干燥。該法的缺點在于需要控制ph，氫氧化鎳漿料需要陳化，延長了制備氫氧化鎳的時間。

大規模生產氫氧化鎳的方法是濕法工藝即傳統液相沉淀法，該法主要利用氨水作為配合劑，反應體系中ni²⁺優先與nh3結合形成鎳氨配合物，在一定的ph值下游離態的ni²⁺與nh3作用生成絡合物，該絡合物再與oh^-作用生成ni(oh)2的過程。該制備方法控制的變量有反應物濃度、ph、攪拌強度、氨水濃度、反應溫度、表面活性劑濃度、反應物進料速度、陳化時間、烘干溫度。該法適合大規模生產，但反應時間一般超過6h，陳化時間一般超過12h，烘干時間一般超過6h，整個生產周期至少在24h以上。傳統液相沉淀法的特點是生產周期長，控制變量多，粒度分布范圍較寬，一致性不足，而且很難在較短時間內制備出球形氫氧化鎳。

技術實現要素：

本發明針對現有制備球形氫氧化鎳的技術問題，提供一種制備球形氫氧化鎳的方法，即在超聲波條件下，氫氧化鈉和氨水混合溶液與硫酸鎳溶液反應制得球形氫氧化鎳，制備的球形氫氧化鎳具有流動性好、純度高、粒度可控且分布均勻的特點。

一種制備球形氫氧化鎳的方法，具體步驟如下：

（1）在氫氧化鈉溶液中加入氨水得到混合溶液a；

（2）將硫酸鎳溶液和步驟（1）所得混合溶液a均逐滴滴入反應容器中，在溫度為40~80℃、超聲波和攪拌條件下反應4~8h得到氫氧化鎳漿料，過濾、洗滌、干燥即得球形氫氧化鎳；

所述步驟（1）中步驟（1）混合溶液a中氫氧化鈉濃度為2~6mol/l，混合溶液a中氨水濃度為1.5~4.5mol/l；

所述步驟（2）硫酸鎳溶液的濃度為1~2.5mol/l；

所述步驟（2）中硫酸鎳溶液和混合溶液a的滴速比為1~2:1；

所述步驟（2）中超聲波的頻率為40khz，超聲波的功率為140~240w。

本發明的有益效果是：

（1）本發明方法安全可靠，工藝簡單，生產周期短、有規模化生產的潛力；

（2）本發明的工藝過程中氨水用量較少，無需控制ph，無需引入添加劑，反應完后可直接進行過濾、洗滌、烘干等工序，無需陳化，可連續生產作業；

（3）本發明制備的球形氫氧化鎳顆粒分布均勻，粒徑為0~20μm，具有比普通球形氫氧化鎳更大的比表面積，在電池反應過程中氫氧化鎳顆粒更易與電解液充分接觸，具有更好的活性。

附圖說明

圖1為本發明實施例1中制備ni(oh)2的x射線衍射圖(xrd)；

圖2為本發明實施例1中制備ni(oh)2的掃描電子顯微鏡圖(sem)；

圖3為本發明實施例1中制備ni(oh)2的粒度分析圖；

圖4為本發明實施例2中制備ni(oh)2的掃描電子顯微鏡圖(sem)；

圖5為本發明實施例2中制備ni(oh)2的粒度分析圖；

圖6為本發明實施例3中制備ni(oh)2的掃描電子顯微鏡圖(sem)；

圖7為本發明實施例3中制備ni(oh)2的粒度分析圖。

具體實施方式

下面結合具體實施方式對本發明作進一步詳細說明，但本發明的保護范圍并不限于所述內容。

實施例1：一種制備球形氫氧化鎳的方法，其具體步驟如下：

（1）在氫氧化鈉溶液中加入氨水得到混合溶液a，其中混合溶液a中氫氧化鈉濃度為2.5mol/l，氨水濃度2.0mol/l；

（2）配制濃度為1.0mol/l的硫酸鎳溶液；在溫度為60℃、超聲波（超聲波的頻率為40khz，超聲波的功率為240w）和攪拌（攪拌速率為100r/min）條件下，將硫酸鎳溶液和步驟（1）所得混合溶液a均逐滴滴入反應容器中，反應5h得到氫氧化鎳漿料，其中硫酸鎳溶液和混合溶液a的滴速比為2:1；

（3）將步驟（2）所得氫氧化鎳漿料過濾，洗滌至中性，然后在攪拌條件下，采用酒精進行洗滌，采用酒精對氫氧化鎳顆粒進行洗滌處理，既能防止烘干工程中的團聚現象，又能縮短后序的烘干時間、降低烘干溫度，酒精可多次使用；固液分離，將固體置于溫度為50℃條件下烘干4h即得球形氫氧化鎳；

本實施例制備的球形氫氧化鎳為綠色粉末，具有與沙相類似的流動性，本實施例制備的ni(oh)2的x射線衍射圖(xrd)如圖1所示，x射線衍射圖(xrd)顯示所得材料在19°、33°、38°、52°、59°、62°、69°和72°附近出現了與標準圖譜jcpds(14-117)相吻合的衍射峰，說明制得的氫氧化鎳為β型氫氧化鎳；本實施例制備ni(oh)2的掃描電子顯微鏡圖(sem)和粒度分析圖分別如圖2、3所示；由圖2、3可知，本實施例ni(oh)2的中位粒徑6.38μm，90%的顆粒在11.23μm以下，粒徑分布范圍為0~13.96μm，微觀形貌為球形。

實施例2：一種制備球形氫氧化鎳的方法，其具體步驟如下：

（1）在氫氧化鈉溶液中加入氨水得到混合溶液a，其中混合溶液a中氫氧化鈉濃度為2.0mol/l，氨水濃度3.0mol/l；

（2）配制濃度為1.5mol/l的硫酸鎳溶液；在溫度為70℃、超聲波（超聲波的頻率為40khz，超聲波的功率為150w）和攪拌（攪拌速率為100r/min）條件下，將硫酸鎳溶液和步驟（1）所得混合溶液a均逐滴滴入反應容器中，反應6h得到氫氧化鎳漿料，其中硫酸鎳溶液和混合溶液a的滴速比為1.3:1；

（3）將步驟（2）所得氫氧化鎳漿料過濾，洗滌至中性，然后在攪拌條件下，采用酒精進行洗滌，采用酒精對氫氧化鎳顆粒進行洗滌處理，既能防止烘干工程中的團聚現象，又能縮短后序的烘干時間、降低烘干溫度，酒精可多次使用；固液分離，將固體置于溫度為70℃條件下烘干4h即得球形氫氧化鎳；

本實施例制備的球形氫氧化鎳為綠色粉末，具有與沙相類似的流動性，本實施例制備ni(oh)2的掃描電子顯微鏡圖(sem)如圖4所示，本實施例制備ni(oh)2的粒度分析圖如圖5所示，從圖4、5可知，本實施例的ni(oh)2的中位粒徑6.07μm，11.98μm以下的顆粒達90%，粒徑分布范圍在0~15.65μm，微觀形貌為球形。

實施例3：一種制備球形氫氧化鎳的方法，其具體步驟如下：

（1）在氧氧化鈉溶液中加入氨水得到混合溶液a，其中混合溶液a中氧氧化鈉濃度為6.0mol/l，氨水濃度為3.0mol/l；

（2）配制濃度為2.0mol/l的硫酸鎳溶液；在溫度為50℃、超聲波（超聲波的頻率為40khz），超聲波的功率為140w）和攪拌（攪拌速率為120r/min）條件下，將硫酸鎳溶液和步驟（1）所得混合溶液a均逐滴滴入反應容器中，反應6h得到氫氧化鎳漿料，其中硫酸鎳溶液和混合溶液a的滴速比為1.2:1；

（3）將步驟（2）所得氫氧化鎳漿料過濾，洗滌至中性，然后在攪拌條件下，采用酒精進行洗滌，采用酒精對氫氧化鎳顆粒進行洗滌處理，既能防止烘干工程中的團聚現象，又能縮短后序的烘干時間、降低烘干溫度，酒精可多次使用；固液分離，將固體置于溫度為80℃條件下烘干4h即得球形氫氧化鎳；

本實施例制備的球形氫氧化鎳為綠色粉末，具有與沙相類似的流動性，本實施例制備ni(oh)2的掃描電子顯微鏡圖(sem)如圖6所示，本實施例制備ni(oh)2的粒度分析圖如圖7所示，從圖6、7可知，本實施例的ni(oh)2的中位粒徑4.75μm，12.43μm以下顆粒達90%，粒徑分布在0~21.23μm中位粒徑4.75μm，12.43μm以下顆粒達90%，粒徑分布在0~21.23μm，微觀形貌為球形。

實施例4：一種制備球形氫氧化鎳的方法，其具體步驟如下：

（1）在氧氧化鈉溶液中加入氨水得到混合溶液a，其中混合溶液a中氧氧化鈉濃度為4.0mol/l，氨水濃度為4.5mol/l；

（2）配制濃度為2.5mol/l的硫酸鎳溶液；在溫度為40℃、超聲波（超聲波的頻率為40khz），超聲波的功率為190w）和攪拌（攪拌速率為150r/min）條件下，將硫酸鎳溶液和步驟（1）所得混合溶液a均逐滴滴入反應容器中，反應4h得到氫氧化鎳漿料，其中硫酸鎳溶液和混合溶液a的滴速比為1:1；

（3）將步驟（2）所得氫氧化鎳漿料過濾，洗滌至中性，然后在攪拌條件下，采用酒精進行洗滌，采用酒精對氫氧化鎳顆粒進行洗滌處理，既能防止烘干工程中的團聚現象，又能縮短后序的烘干時間、降低烘干溫度，酒精可多次使用；固液分離，將固體置于溫度為80℃條件下烘干4h即得球形氫氧化鎳；

本實施例制備的球形氫氧化鎳為綠色粉末，具有與沙相類似的流動性，本實施例制備ni(oh)2經掃描電子顯微鏡測試，粒徑分析得知，本實施例的氫氧化鎳粒徑為0~23μm，微觀形貌為球形。

實施例5：一種制備球形氫氧化鎳的方法，其具體步驟如下：

（1）在氧氧化鈉溶液中加入氨水得到混合溶液a，其中混合溶液a中氧氧化鈉濃度為3mol/l，氨水濃度為1.5mol/l；

（2）配制濃度為1.7mol/l的硫酸鎳溶液；在溫度為80℃、超聲波（超聲波的頻率為40khz，超聲波的功率為170w）和攪拌（攪拌速率為180r/min）條件下，將硫酸鎳溶液和步驟（1）所得氫氧化鈉與氨水混合液均逐滴滴入反應容器中，反應8h得到氫氧化鎳漿料，其中硫酸鎳溶液和混合溶液a的滴速比為1.7:1；

（3）將步驟（2）所得氫氧化鎳漿料過濾，洗滌至中性，然后在攪拌條件下，采用酒精進行洗滌，采用酒精對氫氧化鎳顆粒進行洗滌處理，既能防止烘干工程中的團聚現象，又能縮短后序的烘干時間、降低烘干溫度，酒精可多次使用；固液分離，將固體置于溫度為70℃條件下烘干4h即得球形氫氧化鎳；

本實施例制備的球形氫氧化鎳為綠色粉末，具有與沙相類似的流動性，本實施例制備ni(oh)2經掃描電子顯微鏡測試，粒徑分析得知，本實施例的氫氧化鎳粒徑為0~24μm，微觀形貌為球形。