【正文】 。 4H2O 的乙醇溶液緩慢加入其中，保持溶液的 pH 值為 ~，混合液置于水浴中邊攪拌邊加熱，至 70℃ 后恒溫 2~4h，觀察有淺綠色的凝膠生成，然后干燥、研磨產(chǎn)品。 李琰等 [15]以 Ni(Ac)2研究結(jié)果表明，其晶型為 β 型，形狀為球形或橢球形，粒徑為 40~70 nm，被摻雜的普通球形 Ni(OH)2 的利用率提高了 10% 以上。這樣反應僅限于水核內(nèi)部，有效地避免了顆粒間的團聚，而且得到的納米粒子具有粒徑分布較窄、呈球形或橢球形并且分散性好等優(yōu)點。由于化學反應是發(fā)生在水核內(nèi)部，受水核直徑控制，而水核又受 [H2O]/[表面活性劑 ]的影響，因此，可以通過調(diào)節(jié) [H2O]/[表面活性劑 ]的比值來控制水核的半徑達到納米水平，從而控制生成物顆粒的成核和生長，以獲得各種粒徑的分散性好的納米粒子。微乳液即水核為油包水型的溶液。反相膠束液是由表面活性劑、助表面活性劑、有機溶劑和水四部分組成的透明、低粘度、各相同性的熱力學穩(wěn)定系統(tǒng)。因為表面活性劑會吸附在粒子表面，內(nèi)蒙古科技大學本科生畢業(yè)論文 14 表面活性劑的存在使粒子之間產(chǎn)生排斥力，粒子間不能接觸，因此降低了團聚程度。L1 的 KOH 溶液中陳化 2 h，洗滌，干燥，在 120℃燒 12 h，制得晶型為 βNi(OH)2，平均顆粒尺寸為 nm。 無水乙醇法 夏熙等 [12]用化學方法在無水乙醇溶劑中制備出了納米級 Ni(OH)2。粉體的形成經(jīng)歷了溶解、結(jié)晶過程，相對于其他制備方法具有晶粒發(fā)育完整、粒徑小、分布均勻、顆粒團聚較少、可使用價格低廉的原料、易獲得合適的化學計量物和晶型等優(yōu)點。水熱反應時間對納米 Ni(OH)2 的形貌和結(jié)構(gòu)都有重要的影響；而填充度只對納 Ni(OH)2的形貌有重要影響，而對其結(jié)構(gòu)沒有影響。反應結(jié)束，自然冷卻到室溫，過濾，用蒸餾水和無水乙醇分別洗滌產(chǎn)品三次，在 80℃下干燥 2h，制得了納米棒狀的 Ni(OH)2。 水熱法 水熱法是在特定的密閉反應器（如高壓釜）中，采用水作為反應體系，通過將反應體系加熱至（或接近）臨界溫度，在反應器中產(chǎn)生高壓環(huán)境，使一些在常溫常壓下反應速度很慢的反應可以實現(xiàn)快速反應。同時也考察了轉(zhuǎn)化溫度、表面活性劑濃度與納米 Ni(OH)2 晶核生長、反應轉(zhuǎn)化率之間的關(guān)系。若反應溫度過高，轉(zhuǎn)化反應速率過快，甚至有些離子能穿透顆粒表面的表面活性劑膜層繼續(xù)生長，使顆粒生長失去控制，晶粒變大；若反應溫度太低，則會引起轉(zhuǎn)化速率變緩，反應時間延長。表面活性劑一定要適量，若加入量過少，它對已生成的 Ni(OH)2 顆粒的包覆作用較弱，不能有效地抑制顆粒的繼續(xù)生長，造成 Ni(OH)2 顆粒過大；若加入量過多，它對納米 Ni(OH)2 顆粒的包覆作用太強，使得納米顆粒晶核生長緩慢，晶粒變小，鎳離子沉淀時間過長，草酸鎳轉(zhuǎn)化不完全。 內(nèi)蒙古科技大學本科生畢業(yè)論文 12 沉淀轉(zhuǎn)換法 此法是根據(jù)難溶化合物溶度積的不同，通過控制沉淀轉(zhuǎn)化的條件來限制顆生粒長并防止顆粒團聚，從而獲得分散性較好的超微粒子。 工業(yè)上生產(chǎn) Ni(OH)2 應用均相沉淀法較多，此方法工藝簡單、對設備要求低，得到的沉淀物顆粒均勻致密， 粒度小、分布窄、團聚小。沉淀劑濃度很低，顆粒生長速度和納米粒子團聚即得到有效控制，反應產(chǎn)物顆粒度均勻，粒徑分布窄，純度高。它通常是通過溶液中的化學反應使沉淀劑緩慢地生成和釋放，從而克服了由反應體系外部向溶液中加沉淀劑而造成的沉淀劑局部不均的缺 點 [8]。但主要實施缺點是對 pH 值的控制精度要求過高，需要長時間的在線監(jiān)測，而細微的 Ni(OH)2 沉積和電極表面的腐蝕又降低了 pH 值的精準度。周根陶等還考察了不同濃度的沉淀劑以及反應溫度對納米 Ni(OH)2 晶核形成和 顆粒生長的影響。 6H2O 溶液中，加入稍過量的乙二胺溶液，內(nèi)蒙古科技大學本科生畢業(yè)論文 11 加熱攪拌 20min 后，冷卻得到紫紅色鎳的乙二胺配合物溶液，在連續(xù)的磁力攪拌下加入一定濃度的 NaOH 溶液，攪拌、過濾、洗滌得到淺綠色的納米 Ni(OH)2。由于金屬離子與 沉淀劑都均勻地分散在整個體系中，故沉淀也是均勻地生成、析出，從而避免了因為沉淀劑或金屬離子濃度局部過大而產(chǎn)生團聚，而且其粒徑容易控制。 配位均勻沉淀法 此種方法是先在金屬鹽溶液中加入某種配位劑，使之轉(zhuǎn)化為可溶的配位化合物，再加入沉淀劑并控制沉淀劑的加入方式或滴加速度以獲得納米顆粒。目前，許多科技工作者已經(jīng)研制出多種納米Ni(OH)2 的合成方法，如配位均勻沉淀法、均相沉淀法、沉淀轉(zhuǎn)化法 、無水乙醇法、濕法化學合成法、高能球磨法、反相膠束法、離子交換法以及固相反應法等[3]。 氫氧化鎳制備簡介 長期以來人們一直在探尋一種操作簡便、污染度低且生產(chǎn)成本低的合成方法，以制備高純度、高均勻性等具有各種特殊性能的納米 Ni(OH)2 材料。為了保證 MHNi 電池具有良好的抗過充和過放電性能， MHNi 電池一般采用負極容量過剩的結(jié)構(gòu)。 MHNi內(nèi)蒙古科技大學本科生畢業(yè)論文 9 電池的工作原理如圖 。充電時， Ni(OH)2與溶液中的 H+離子構(gòu)成雙電層，在電極發(fā)生極化的時候， Ni(OH)2通過電子和空穴導電，電子通過氧化（ Ni2+轉(zhuǎn)變?yōu)镹i3+）向?qū)щ姽羌芊较蜻w移，質(zhì)子通過界面雙層電場轉(zhuǎn)移到溶液中，并與溶液中的 OH結(jié)合為水。 Ni(OH)2電極的電化學過程和雙電層的建立都是通過晶格中的電子缺陷和質(zhì)子缺陷來完成的。 Ni(OH)2在充放電過程中，總有一些沒有被還原的 Ni3+，以及一些按化學計量而言過剩的 O2存在，即 Ni(OH)2晶格中一定數(shù)量的 OH被 O2所代替，并且同一數(shù)量的 Ni2+被 Ni3+所代替。氫氧化鎳的放電過程如圖 ： 內(nèi)蒙古科技大學本科生畢業(yè)論文 8 圖 Ni(OH)2顆粒放電過程示意圖 [6] Ni(OH)2具有半導體性質(zhì)，是一種 p型半導體。 圖 鎳電極反應的 Bode 圖 [6] 圖 βNi(OH)2 晶體結(jié)構(gòu) 盡管 αNi(OH)2的理論放電比容量（ 343mAh/g）比 βNi(OH)2（ 289mAh/g）高，但由于 NiMH 電池電解液都為強堿性電解質(zhì)， βNi(OH)2在這樣的環(huán)境中穩(wěn)定，且充電時可逆性好，而 αNi(OH)2在強堿性電解質(zhì)中呈現(xiàn)亞穩(wěn)態(tài)，不夠穩(wěn)定；而且充電后轉(zhuǎn)化為 γNiOOH，電極膨脹嚴重。研究表明在 α、 β 兩種晶型的 Ni(OH)2， Ni 的平均氧化數(shù)是一致的，均為 。 不同晶型的氫氧化鎳都可以看成 NiO2 的層狀堆積，不同之處在于層間距離和層間粒子存在著差異。充電后生成的產(chǎn)物也有兩種晶型，即 βNiOOH 和 γNiOOH。 MHNi 電池是一種堿性電池，負極采用由儲氫材料作為活性物質(zhì)的氫化物電極，正極采用氫氧化鎳 (簡稱鎳電極 )，電解質(zhì)為氫氧化鉀水溶液，其電化學勢可表示為： () M/MH|KOH(6mol/L)|Ni(OH)2/NiOOH (＋ ) 式中， M 代表儲氫合金； MH 代表金屬氫化物 [2]。從納米尺寸上去認識和開發(fā)新型電池材料，有利于推動高容量電池的發(fā)展，有利于開辟高性能電池活性材料的新途徑。充放電測試表明，納米 Ni(OH)2 的氧化峰電位比普通球鎳要低，而還原峰電位比普通球鎳要高，因此，納米 Ni(OH)2 在充放電時，可提高電極充電效率和放電電位，使活性物質(zhì)得到充分利用。質(zhì)子擴散行為的研究也證實 : 納米 Ni(OH)2 的電化學反應極化比球型 Ni(OH)2 的要小，質(zhì)子擴散系數(shù)比粒度為微米級的球型Ni(OH)2 的要高近一個數(shù)量級。s 1 納米氫氧化鎳 ~ ~ 700 1010 普通 球鎳 10~20 ~ 500 1011 當納米 Ni(OH)2 作為電極材料時，它表現(xiàn)出的電化學性能主要包括以下特點 : (1) 提高的電化學反應活性和快速活化能力。hg 1 壓實密度 / g近年來，國內(nèi)外已有多家研究機構(gòu)通過不同方法制備納米 Ni(OH)2，研究結(jié)果表明，與普通微米 Ni(OH)2 相比，納米 Ni(OH)2 具有更小的晶粒電阻、更高的質(zhì)子遷移速率以內(nèi)蒙古科技大學本科生畢業(yè)論文 5 及更快的活化速度（見表 ） [ 4]。 納米 Ni(OH)2 與普通 Ni(OH)2 相比具有更優(yōu)異的電催化活性、高的放電平臺、高的電化學容量以及高的密度。 Ni(OH)2 正是 MHNi 電池的正極材料活性物質(zhì)，它的優(yōu)劣直接影響著電池的性能好壞。常見的化學法可分為三類 :液相法、氣相法和固相法。球磨法是指采用適當?shù)臈l件制備純元素的納米粒子、合金的納米粒子或者復合材料的納米粒子的方法，此法成本低、操作簡單，但是本法也有一定的缺點，如所制的產(chǎn)品純度低，顆粒分布的不均勻等；粉碎法是通過對原料機械粉碎、電火花爆炸等制得納米粒子，成本低、簡便易操作，但是同樣存在純品純度不高、粒度不易控制等缺點；蒸發(fā)冷凝法是通過真空蒸發(fā)、高頻感應、加熱等操作后，接著驟冷制備納米粒子，此法得到的產(chǎn)物純度高、粒度可控，但是對技術(shù)和設備有很高的要求。 納米材料的制備方法和應用 內(nèi)蒙古科技大學本科生畢業(yè)論文 4 納米材料的制備方法常見的有物理法、化學法、及兩者相結(jié)合的綜合的方法。按傳統(tǒng)的材料學科體系劃分，納米材料又可進一步分為納米晶體材料、納米陶瓷材料、納米高分子材料和納米復合材料。 從廣義來說，可以把納米材料分為三大類：即納米微粒、納米固體和納米組裝體系。由于它的尺寸已經(jīng)接近電子的相干長度，它的性質(zhì)因為強相干所帶來的自組織使得性質(zhì)發(fā)生很大變化。鎳氫電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展可帶來城市環(huán)境的改善，使國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展；有助于 移動通訊、無污染電動車等的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展；還將帶動上游原材料工業(yè)的發(fā)展。 隨著市場的需求，新型綠色環(huán)保型鎳氫電池正朝著高容量、小型化、高功率方向發(fā)展。 20 世紀九十年代，我內(nèi)蒙古科技大學本科生畢業(yè)論文 3 國的 MHNi 二次電池經(jīng)歷了從無到有的過程并迅速發(fā)展，逐漸形成了從正負極材料到隔膜、骨架材料等配套產(chǎn)品齊備的局面。目前 MHNi電池在國內(nèi)外已經(jīng)實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。 內(nèi)蒙古科技大學本科生畢業(yè)論文 2 表 各種車用動力電池綜合性能比較 (A 最好； B 良好； C 最差； D 差 ) 項目 性能要求 Pbacid CdNi FeNi ZnNi MHNi Liion 一次充電行駛里程 /km 200400 D D D D B A 總行駛里程 /km 1020 萬 C B B D A 未知 電池總重量 /kg 200300 D D C C B A 急速充電性能 D C C C A D 安全性 C D B B B D 材料再生性 B B B B B C 低價格可能性 A BC C BC C C 綜合評價 C C C C A AB 自 20 世紀 80 年代末以來就成為世界上許多國家電化學工作者競相研究和開發(fā)的熱點。出于安全等因素考慮， MHNi 電池在設計上采用的是正極容量限制方式。 MHNi 電池也是最早作為混合動力電動車（ HEV）車用電池進入商業(yè)化階段的電池系統(tǒng)。MHNi 電池作為一種新型綠色二次電池，它具有能量密度高、循環(huán)壽命長、可高倍率充放電、耐過充放電能力強、無記憶效應、對環(huán)境友好等一系列的優(yōu)點，而作為混合動力電動汽 車的車用電池，則需要更強調(diào)輸入和輸出的雙向高功率特性。 1899 年由瑞典人 Jungner 發(fā)明的 CdNi 電池，雖然價格低廉、循環(huán)壽命長，但能量密度比較低，并且存在重金屬鎘污染。 近年來由于全球信息業(yè)的迅猛發(fā)展，便攜式電子產(chǎn)品（如：筆記本電腦、數(shù)碼相機、數(shù)碼攝像機等）的迅速普及，越來越要求與之相配套的電池具有良好的性能 — 高容量、高功率、質(zhì)量輕、體積小、無污染等，尤其是對其安全性、循環(huán)壽命的要求越來越高，極大地刺激了電池產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展和技術(shù)進步。 urea。 nickel hydroxide。以尿素做沉淀劑優(yōu)于氨水。增加鎳尿素摩爾比有利于 βNi(OH)2 的形成。 利用 X 射線衍射（ XRD）和掃描電子顯微鏡 (SEM)分別對合成試樣進行物相和形貌分析，結(jié)果表明，隨著鎳尿素摩爾比的增加， Ni(OH)2 粒徑先減小然后增加，花瓣結(jié)構(gòu)變得逐漸清晰，花瓣厚度逐漸減小，花瓣變得松散。通過改變鎳和尿素的配比，觀察在不同配比的情況下， Ni(OH)2 花瓣狀微球的晶型結(jié)構(gòu)、顆粒形貌的變化。 本實驗以硝酸鎳為鎳源，以尿素為沉淀劑，用氫氧化鈉調(diào)節(jié) pH，以水熱法合成 Ni(OH)2 花瓣狀微球，反應溫度 170℃ ，反應時間 18h，干燥溫度 80℃，干燥時間 24h。 內(nèi)蒙古科技大學 本科生畢業(yè)論文 題 目：不同沉淀劑水熱合成 Ni(OH)2及其表征 學生姓名： 學 號： 202166115322 專 業(yè)：化學工程與工藝 班 級：化工 103 班 指導教師： 教授 內(nèi)蒙古科技大學本科生畢業(yè)論文 I 摘 要 鎳氫電池作為一種高比能量的二次電池得到了廣泛的應用。 氫氧化鎳作為鎳氫電池的主要正極材料，