一种球形掺杂纳米 Ni(OH)2 的制备方法 【技术领域】
本发明涉及一种制备球形掺杂纳米 Ni(OH)2 的方法。背景技术
随着电子信息产业的飞速发展， 电子产品趋于功能复杂化、 尺寸小型化、 重量轻型 化， 这对提供电力的电池提出了更高的要求， 电池需具有良好的高倍率充放电性能、 循环性 能， 同时还应具有成本低、 稳定性好的特点。 同时随着混合电动汽车、 电动车需求日益增多， 对动力电池的需求也越来越多。 MH/Ni 电池是一种以氢氧化镍材料为正极、 金属氢化物为负 极、 碱性水溶液为电解液的碱性蓄电池。 它具有质量比容量高、 可快速充电、 无记忆效应、 低 污染、 寿命长等显著的优点， 在电池行业被誉为 “绿色电池” 。与其他系列电池相比， MH/Ni 电池具有更宽的应用领域， 它不仅可以作为混合电动汽车、 电动车的动力电源， 还可以为各 种电子产品提供动力。但同时 MH/Ni 电池目前也还存在一定的问题， 其倍率性能还需进一 步提高。
Ni(OH)2 作为 MH/Ni 电池的正极材料， 其性能直接决定了 MH/Ni 电池的性能。纳米 Ni(OH)2 的晶粒尺寸接近原子级别， 界面原子数增多， 无序度增加， 晶体中的空穴和缺陷较 多， 更有利于电化学反应过程中质子的迁移和导电， 进而可使纳米 Ni(OH)2 得到更高的放电 比容量 ； 同时纳米 Ni(OH)2 的粒径小， 质子在其中的扩散距离短， 可加速其中质子扩散速率， 这样在宏观上就表现出更高的活性物质利用率和大电流充放电性能及更高的电化学可逆 性。 但纳米 Ni(OH)2 自身在其结构和性能方面存在着一定的缺陷 ： 首先纳米 Ni(OH)2 是一种 p 型半导体， 在电极充放电不同时期其导电性和固相质子扩散速度均表现出较大的差异， 氧 -4 -10 + 化态和还原态电导率分别为 10 S/cm 和 10 S/cm， H 在 NiOOH 及 Ni(OH)2 中的扩散系数分 -8 2 -11 2 别为 3.4×10 cm /s 和 6.4×10 cm /s。其次， 纳米 Ni(OH)2 由于晶体结构的不同， 密度差 异较大 ( 特别是 γ-NiOOH 和 β-NiOOH 间的差别 )， 由此造成充放电过程中电极膨胀变形、 机械稳定性和容量明显下降， 加速了电极老化， 缩短了电极的使用寿命。 此外， 纳米 Ni(OH)2 的氧化电势与氧气的析出电势比较接近， 使得纳米 Ni(OH)2 在充电后期效率下降， 电池内压 明显增加， 因此， 单纯采用纳米 Ni(OH)2 制成的电极很难满足高性能镍电池的要求。对纳米 Ni(OH)2 进行掺杂改性是改善纳米 Ni(OH)2 自身缺陷、 提高其性能的主要途径。
一些研究人员已采用共沉淀等方法对纳米 Ni(OH)2 进行了掺杂改性研究， 提高了 材料的电化学性能， 但所制备的掺杂材料多为片状或针状。片状和针状材料在充放电过程 中存在极化不均匀的问题， 使电流分布不合理， 影响电池的高倍率性能。 因此制备球形掺杂 纳米 Ni(OH)2 具有很大的实际意义。 发明内容
本发明的目的是为了解决现有掺杂纳米 Ni(OH)2 形状不规则的问题， 本发明提供 了一种球形掺杂纳米 Ni(OH)2 的制备方法。
本发明的球形掺杂纳米 Ni(OH)2 的制备方法是通过以下步骤实现的 ： 一、 按正己醇与表面活性剂的质量比为 2 ∶ 2 ～ 5 的比例， 将正己醇与表面活性剂混合得混合液 A， 然后 向混合液中加入烷烃或环烷烃， 搅拌均匀得混合液 B， 其中， 表面活性剂为辛基苯基聚氧乙 烯醚、 琥珀酸二辛酯磺酸钠和十六烷基三甲基溴化铵中的一种或其中几种的组合， 加入的 烷烃或环烷烃的体积与混合液 A 的体积的比例为 3 ～ 6 ∶ 1， 烷烃或环烷烃的碳原子个数 为 5 ～ 10 ； 二、 将含有掺杂金属离子和镍离子的溶液 C 加入步骤一得到的混合液 B 中， 搅拌 得混合溶液 D， 其中掺杂金属离子为钴离子、 锌离子或铝离子， 掺杂金属离子与镍离子的摩 尔比为 0.01 ～ 0.15 ∶ 1 ； 三、 向步骤二得到的混合溶液 D 中加入浓度为 2 ～ 10mol·L-1 的 碱性溶液， 调节混合溶液 D 的 pH 值为 8 ～ 11， 然后搅拌 60 ～ 180 分钟， 再采用离心分离方 式将沉淀物分离出来， 然后将沉淀物用丙酮洗涤后再用水洗涤至洗涤液呈中性， 得沉淀物 ； 四、 将步骤三得到的沉淀物在 80 ～ 120℃下干燥 6 ～ 12 小时， 然后在玛瑙研钵中研磨 30 ～ 50 分钟， 得到球形掺杂纳米 Ni(OH)2。
本发明步骤一中正己醇与表面活性剂重量比优选为 2 ∶ 3 ～ 4。
本发明步骤一中加入的烷烃或环烷烃的体积与混合液 A 的体积的比例优选为 5 ∶ 1。
本发明步骤一中烷烃或环烷烃的碳原子个数优选为 6 ～ 8。更优选的是烷烃或环 烷烃的碳原子个数为 6。
本发明采用微乳液法制备出球形掺杂纳米 Ni(OH)2。 制备的球形掺杂纳米 Ni(OH)2 为球形或近似球形， 颗粒尺寸为 10nm ～ 50nm， 晶型为 β 型。与非球形的氢氧化镍材料相 比， 球形颗粒中电荷分布更均匀， 质子扩散距离短， 速度快， 降低反应过程中的极化， 提高活 性物质利用率和大电流放电性能。
采用钴掺杂的球形纳米 Ni(OH)2 制作的镉镍电池的 1C 放电比容量最高可达 245mAh·g-1， 为 0.2C 放电比容量的 90.7 ％， 比非球形掺杂纳米 Ni(OH)2 制作的镉镍电池 的 1C 放电比容量提高 16 ％， 同时循环比容量也明显提高。采用锌和铝掺杂的球形纳米 Ni(OH)21C 放电比容量最高分别可达 235mAh·g-1 和 226mAh·g-1， 比非球形纳米氢氧化镍都 有所提高。 附图说明
图 1 是制备的球形钴掺杂纳米 Ni(OH)2 的 XRD 谱图， 其中， 曲线 a 是试验 1 制备的 球形钴掺杂纳米 Ni(OH)2 的， 曲线 b 是试验 4 制备的球形钴掺杂纳米 Ni(OH)2 的， 曲线 c 是 试验 3 制备的球形钴掺杂纳米 Ni(OH)2 的， 曲线 d 是试验 4 制备的球形钴掺杂纳米 Ni(OH)2 的， 曲线 e 是试验 5 制备的非球形钴掺杂纳米 Ni(OH)2 的 ；
图 2 是试验 1 制备的球形钴掺杂纳米 Ni(OH)2 的透射电子显微照片 ；
图 3 是循环伏安曲线图， 其中， 曲线 a 是试验 1 制备的球形钴掺杂纳米 Ni(OH)2 的， 曲线 b 是试验 2 制备的球形钴掺杂纳米 Ni(OH)2 的， 曲线 c 是试验 3 制备的球形钴掺杂纳 米 Ni(OH)2 的 ；
图 4 是 0.2C 放电倍率下的放电比容量 - 电压曲线图， 其中， 曲线 a 是试验 1 制备 的球形钴掺杂纳米 Ni(OH)2 的制作的模拟电池的， 曲线 b 是试验 4 制备的球形钴掺杂纳米 Ni(OH)2 的制作的模拟电池的， 曲线 c 是试验 3 制备的球形钴掺杂纳米 Ni(OH)2 的制作的模 拟电池的， 曲线 d 是试验 2 制备的球形钴掺杂纳米 Ni(OH)2 的制作的模拟电池的， 曲线 e 是试验 5 制备的非球形钴掺杂纳米 Ni(OH)2 的制作的模拟电池的 ；
图 5 是 1C 放电倍率下的放电比容量 - 电压曲线图， 其中， 曲线 a 是试验 1 制备 的球形钴掺杂纳米 Ni(OH)2 的制作的模拟电池的， 曲线 b 是试验 4 制备的球形钴掺杂纳米 Ni(OH)2 的制作的模拟电池的， 曲线 c 是试验 3 制备的球形钴掺杂纳米 Ni(OH)2 的制作的模 拟电池的， 曲线 d 是试验 2 制备的球形钴掺杂纳米 Ni(OH)2 制作的模拟电池的， 曲线 e 是试 验 5 制备的非球形钴掺杂纳米 Ni(OH)2 的制作的模拟电池的 ；
图 6 是试验 2 制备的球形钴掺杂纳米 Ni(OH)2 的透射电子显微照片 ；
图 7 是试验 3 制备的球形钴掺杂纳米 Ni(OH)2 的透射电子显微照片 ；
图 8 是试验 4 制备的球形钴掺杂纳米 Ni(OH)2 的透射电子显微照片 ；
图 9 是循环伏安曲线图， 其中， 曲线 a 是试验 4 制备的球形钴掺杂纳米 Ni(OH)2 的， 曲线 b 是试验 5 制备的非球形钴掺杂纳米 Ni(OH)2 的 ；
图 10 是模拟电池的循环次数 - 放电比容量曲线图， 其中， “●” 所示的曲线为试验 4 制作的模拟电池的， “▲” 所示的曲线为试验 5 制作的模拟电池的 ；
图 11 是试验 5 制备的非球形钴掺杂纳米 Ni(OH)2 的透射电子显微照片 ；
图 12 是 0.2C 放电倍率下的放电比容量 - 电压曲线图， 其中， 曲线 a 是试验 6 制 备的球形铝掺杂纳米 Ni(OH)2 制作的模拟电池的， 曲线 b 是试验 7 制备的球形锌掺杂纳米 Ni(OH)2 制作的模拟电池的。 具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式， 还包括各具体实施方式间的 任意组合。
具体实施方式一 ： 本实施方式为球形掺杂纳米 Ni(OH)2 的制备方法， 其是通过以下 步骤实现的 ： 一、 按正己醇与表面活性剂的质量比为 2 ∶ 2 ～ 5 的比例， 将正己醇与表面活 性剂混合得混合液 A， 然后向混合液中加入烷烃或环烷烃， 搅拌均匀得混合液 B， 其中， 表面 活性剂为辛基苯基聚氧乙烯醚、 琥珀酸二辛酯磺酸钠和十六烷基三甲基溴化铵中的一种或 其中几种的组合， 加入的烷烃或环烷烃的体积与混合液 A 的体积的比例为 3 ～ 6 ∶ 1， 烷烃 或环烷烃的碳原子个数为 5 ～ 10 ； 二、 将含有掺杂金属离子和镍离子的溶液 C 加入步骤一 得到的混合液 B 中， 搅拌得混合溶液 D， 其中掺杂金属离子为钴离子、 锌离子或铝离子， 掺杂 金属离子与镍离子的摩尔比为 0.01 ～ 0.15 ∶ 1 ； 三、 向步骤二得到的混合溶液 D 中加入浓 -1 度为 2 ～ 10mol· L 的碱性溶液， 调节混合溶液 D 的 pH 值为 8 ～ 11， 然后搅拌 60 ～ 180 分 钟， 再采用离心分离方式将沉淀物分离出来， 然后将沉淀物用丙酮洗涤后再用水洗涤至洗 涤液呈中性， 得沉淀物 ； 四、 将步骤三得到的沉淀物在 80 ～ 120℃下干燥 6 ～ 12 小时， 然后 在玛瑙研钵中研磨 30 ～ 50 分钟， 得到球形掺杂纳米 Ni(OH)2。
本实施方式步骤一中当表面活性剂为几种的组合时， 以任意比组合。
本实施方式步骤一中正己醇与表面活性剂重量比优选的为 2 ∶ 3 ～ 4。加入的烷 烃或环烷烃的体积与混合液 A 的体积的比例优选为 5 ∶ 1。
本实施方式采用微乳液法制备出球形掺杂纳米 Ni(OH)2。制备的球形掺杂纳米 Ni(OH)2 为球形或近似球形， 颗粒尺寸为 10nm ～ 50nm， 晶型为 β 型。与非球形的氢氧化镍 材料相比， 球形颗粒中电荷分布更均匀， 质子扩散距离短， 速度快， 降低反应过程中的极化，提高活性物质利用率和大电流放电性能。
采用钴掺杂的球形纳米 Ni(OH)2 制作的镉镍电池的 1C 放电比容量最高可达 245mAh·g-1， 为 0.2C 放电比容量的 90.7 ％， 比非球形掺杂纳米 Ni(OH)2 制作的镉镍电池 的 1C 放电比容量提高 16 ％， 同时循环比容量也明显提高。采用锌和铝掺杂的球形纳米 Ni(OH)21C 放电比容量最高分别可达 234mAh·g-1 和 226mAh·g-1， 比非球形纳米氢氧化镍都 有所提高。
具体实施方式二 ： 本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中烷烃或环烷烃 的碳原子个数为 5 ～ 8。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式三 ： 本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中烷烃或环烷烃 的碳原子个数为 6。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式四 ： 本实施方式与具体实施方式一、 二或三不同的是步骤二中掺杂 金属离子与镍离子的摩尔比为 0.03 ～ 0.1 ∶ 1。其它步骤及参数与具体实施方式一、 二或 三相同。
具体实施方式五 ： 本实施方式与具体实施方式一、 二或三不同的是步骤二中掺杂 金属离子与镍离子的摩尔比为 0.05 ∶ 1。 其它步骤及参数与具体实施方式一、 二或三相同。
具体实施方式六 ： 本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是步骤三中的碱 性溶液为氨水、 NaOH 溶液和 KOH 溶液中的一种或其中几种的组合。其它步骤及参数与具体
实施方式一至五之一相同。
本实施方式中当为其中几种的组合时， 以任意比组合。
具体实施方式七 ： 本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是步骤三中向步 骤二得到的混合溶液 D 中加入浓度为 5 ～ 10mol· L-1 的碱性溶液。其它步骤及参数与具体 实施方式一至六之一相同。
具体实施方式八 ： 本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是步骤三中向步 骤二得到的混合溶液 D 中加入浓度为 8mol·L-1 的碱性溶液。其它步骤及参数与具体实施 方式一至六之一相同。
具体实施方式九 ： 本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是步骤四中将步 骤三得到的沉淀物在 90 ～ 110℃下干燥 6 ～ 10 小时。其它步骤及参数与具体实施方式一 至八之一相同。
具体实施方式十 ： 本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是步骤四中将步 骤三得到的沉淀物在 100℃下干燥 6 小时。其它步骤及参数与具体实施方式一至八之一相 同。
采用如下试验验证本发明的有益效果 ：
试验 1 ： 球形掺杂纳米 Ni(OH)2 的制备方法是通过以下步骤实现的 ： 一、 按正己醇 与表面活性剂的质量比为 2 ∶ 3 的比例， 将正己醇与表面活性剂辛基苯基聚氧乙烯醚混合 得混合液 A， 然后向混合液中加入环己烷， 搅拌均匀得混合液 B， 其中加入的环己烷的体积 与混合液 A 的体积的比例为 5 ∶ 1 ； 二、 将含有掺杂金属离子和镍离子的溶液 C 加入步骤一 得到的混合液 B 中， 搅拌得混合溶液 D， 其中掺杂金属离子为钴离子， 掺杂金属离子与镍离 子的摩尔比为 0.01 ∶ 1 ； 三、 向步骤二得到的混合溶液 D 中加入浓度为 10mol·L-1 的氢氧 化钠溶液， 调节混合溶液 D 的 pH 值为 9， 然后搅拌 120 分钟， 再采用离心分离方式将沉淀物分离出来， 然后将沉淀物用丙酮洗涤后再用水洗涤至洗涤液呈中性， 得沉淀物 ； 四、 将步骤 三得到的沉淀物在 100℃下干燥 6 小时， 然后在玛瑙研钵中研磨 30 分钟， 得到球形钴掺杂纳 米 Ni(OH)2。
试验 1 的步骤二中含有掺杂金属离子和镍离子的溶液 C 中含有的是硝酸钴和硝酸 镍。
试验 1 制备得到的球形钴掺杂纳米 Ni(OH)2 的 XRD 谱图如图 1 中曲线 a 所示， 可 见， 试验 1 制备得到的球形钴掺杂纳米 Ni(OH)2 的晶型为 β 型。
试验 1 制备得到的球形钴掺杂纳米 Ni(OH)2 的透射电子显微照片如图 2 所示， 可 见， 钴掺杂纳米 Ni(OH)2 的形状为球形或近球形， 粒径为 10nm ～ 20nm， 粒径均一。
将试验 1 制备的球形钴掺杂纳米 Ni(OH)2 研磨至微孔直径为 80 微米的粉末微电 极中， 作为研究电极， 参比电极为 Hg/HgO 电极， 辅助电极为 Cd 电极， 电解液为 7mol·L-1 的 KOH 和 15g· L-1 的 LiOH 的混合溶液。循环伏安测试采用 CHI430 电化学工作站， 扫描范围为 -1 0 ～ 0.7V， 扫描的速度为 2mV·s 。测试得到的循环伏安曲线如图 3 中的曲线 a 所示。可 见， 球形钴掺杂纳米 Ni(OH)2 的电化学反应可逆性良好， 有利于其电化学性能的提高。
按 重 量 百 分 比 将 75 ％ 的 商 用 Ni(OH)2、 8％的试验 1 制备的球形钴掺杂纳米 Ni(OH)2、 5％的 Co 粉和 12％的 Ni 粉混合均匀得混合物， 再向混合物中加入羧甲基纤维素 钠 (CMC) 和聚四氟乙烯 (PTFE)， 搅拌得膏状物， 其中， 羧甲基纤维素钠的质量为混合物的 1.5％， 聚四氟乙烯的质量为混合物的 5％。然后将膏状物填涂在 1cm×1cm 的泡沫镍基体 上， 并在 60℃下真空干燥 3 小时。干燥后的极片在 5MPa 下压制成片， 制得电池正极。将制 得的正极与过量的 Cd 电极组装成镉镍模拟电池， 电解液为 7mol/L KOH+15g/L LiOH 溶液。 采用新威电池测试系统测试电池性能。测试得到的 0.2C 放电倍率下的放电比容量 - 电压 曲线如图 4 中曲线 a 所示， 可见， 在 0.2C 放电倍率下， 放电比容量为 232.0mAh·g-1， 放电平 台平缓。
1C 放电倍率下的放电比容量 - 电压曲线如图 5 中曲线 a 所示， 可见， 在 1C 放电倍 -1 率下， 放电比容量为 195.7mAh·g ， 放电平台平缓。
试验 2 ： 与试验 1 的不同在于步骤二中掺杂金属离子与镍离子的摩尔比为 0.15 ∶ 1， 掺杂金属离子为钴离子。其它步骤及参数与试验 1 相同。
试验 2 制备得到的球形钴掺杂纳米 Ni(OH)2 的 XRD 谱图如图 1 中曲线 d 所示， 可 见， 试验 2 制备得到的球形钴掺杂纳米 Ni(OH)2 的晶型为 β 型。
试验 2 制备得到的球形钴掺杂纳米 Ni(OH)2 的透射电子显微照片如图 6 所示， 可 见， 钴掺杂纳米 Ni(OH)2 的形状为球形或近球形， 粒径为 30nm ～ 50nm， 粒径均一。
按照试验 1 中记载的方式， 测试得到的循环伏安曲线， 如图 3 中的曲线 b 所示。可 见， 球形钴掺杂纳米 Ni(OH)2 的电化学反应可逆性， 有利于其电化学性能的提高。
按照试验 1 中记载的方式， 组装成模拟电池。采用新威电池测试系统测试电池性 能。测试得到的 0.2C 放电倍率下的放电比容量 - 电压曲线如图 4 中曲线 d 所示， 可见， 在 -1 0.2C 放电倍率下， 放电比容量为 209.3mAh·g ， 放电平台平缓。
1C 放电倍率下的放电比容量 - 电压曲线如图 5 中曲线 d 所示， 可见， 在 1C 放电倍 -1 率下， 放电比容量为 170.0mAh·g ， 放电平台平缓。
试验 3 ： 与试验 1 的不同在于步骤二中掺杂金属离子与镍离子的摩尔比为0.10 ∶ 1， 掺杂金属离子为钴离子。其它步骤及参数与试验 1 相同。
试验 3 制备得到的球形钴掺杂纳米 Ni(OH)2 的 XRD 谱图如图 1 中曲线 c 所示， 可 见， 试验 3 制备得到的球形钴掺杂纳米 Ni(OH)2 的晶型为 β 型。
试验 3 制备得到的球形钴掺杂纳米 Ni(OH)2 的透射电子显微照片如图 7 所示， 可 见， 钴掺杂纳米 Ni(OH)2 的形状为球形或近球形， 粒径为 30nm ～ 50nm， 粒径均一。
按照试验 1 中记载的方式， 测试得到的循环伏安曲线， 如图 3 中的曲线 c 所示。可 见， 球形钴掺杂纳米 Ni(OH)2 的电化学反应可逆性， 有利于其电化学性能的提高。
按照试验 1 中记载的方式， 组装成模拟电池。采用新威电池测试系统测试电池性 能。测试得到的 0.2C 放电倍率下的放电比容量 - 电压曲线如图 4 中曲线 c 所示， 可见， 在 -1 0.2C 放电倍率下， 放电比容量为 253.7mAh·g ， 放电平台平缓。
1C 放电倍率下的放电比容量 - 电压曲线如图 5 中曲线 c 所示， 可见， 在 1C 放电倍 -1 率下， 放电比容量为 216.6mAh·g ， 放电平台平缓。
试验 4 ： 与试验 1 的不同在于步骤二中掺杂金属离子与镍离子的摩尔比为 0.05 ∶ 1， 掺杂金属离子为钴离子。其它步骤及参数与试验 1 相同。
试验 4 制备得到的球形钴掺杂纳米 Ni(OH)2 的 XRD 谱图如图 1 中曲线 b 所示， 可 见， 试验 4 制备得到的球形钴掺杂纳米 Ni(OH)2 的晶型为 β 型。 试验 4 制备得到的球形钴掺杂纳米 Ni(OH)2 的透射电子显微照片如图 8 所示， 可 见， 钴掺杂纳米 Ni(OH)2 的形状为球形或近球形， 粒径为 20nm ～ 30nm， 粒径均一。
按照试验 1 中记载的方式， 测试得到的循环伏安曲线， 如图 9 中的曲线 a 所示。可 见， 球形钴掺杂纳米 Ni(OH)2 的电化学反应可逆性， 有利于其电化学性能的提高。
按照试验 1 中记载的方式， 组装成模拟电池。采用新威电池测试系统测试电池性 能。测试得到的 0.2C 放电倍率下的放电比容量 - 电压曲线如图 4 中曲线 b 所示， 可见， 在 -1 0.2C 放电倍率下， 放电比容量为 270.7mAh·g ， 放电平台平缓。
1C 放电倍率下的放电比容量 - 电压曲线如图 5 中曲线 b 所示， 可见， 在 1C 放电倍 -1 率下， 放电比容量为 245.0mAh·g ， 放电平台平缓。
模拟电池的循环次数 - 放电比容量曲线如图 10 中 “●” 所示的曲线所示。可见， -1 循环 100 次时， 模拟电池的放电比容量仍达 249.7mAh·g ， 具有很好的循环放电性能。
试验 5 ： 本试验为对比试验， 非球形钴掺杂纳米 Ni(OH)2 的制备方法， 是通过如下 制备方法得到的 ： 向含有掺杂金属钴离子和镍离子的溶液中加入浓度为 10mol·L-1 的氢氧 化钠溶液， 调节溶液的 pH 值为 9， 然后搅拌 120 分钟， 再采用离心分离方式将沉淀物分离出 来， 然后将沉淀物用丙酮洗涤后再用水洗涤至洗涤液呈中性， 得沉淀物 ； 然后再将沉淀物在 100℃下干燥 6 小时， 然后在玛瑙研钵中研磨 30 分钟， 得到非球形钴掺杂纳米 Ni(OH)2 ； 其 中， 掺杂金属钴离子和镍离子的摩尔比为 0.05 ∶ 1。
试验 5 制备得到的非球形钴掺杂纳米 Ni(OH)2 的 XRD 谱图如图 1 中曲线 e 所示， 可见， 试验 5 制备得到的球形钴掺杂纳米 Ni(OH)2 的晶型为 β 型。
试验 5 制备得到的球形钴掺杂纳米 Ni(OH)2 的透射电子显微照片如图 11 所示， 可 见， 钴掺杂纳米 Ni(OH)2 的形状为非球形。
按照试验 1 中记载的方式， 测试得到的循环伏安曲线， 如图 9 中的曲线 b 所示。可 见， 非球形钴掺杂纳米 Ni(OH)2 的电化学反应可逆性差。
按照试验 1 中记载的方式， 组装成模拟电池。采用新威电池测试系统测试电池性 能。测试得到的 0.2C 放电倍率下的放电比容量 - 电压曲线如图 4 中曲线 e 所示， 可见， 在 -1 0.2C 放电倍率下， 放电比容量为 245.5mAh·g ， 放电平台平缓。
1C 放电倍率下的放电比容量 - 电压曲线如图 5 中曲线 e 所示， 可见， 在 1C 放电倍 -1 率下， 放电比容量为 209.5mAh·g ， 放电平台平缓。
模拟电池的循环次数 - 放电比容量曲线如图 10 中 “▲” 所示的曲线所示。可见， -1 循环 100 次时， 模拟电池的放电比容量仅为 223.5mAh·g ， 循环性能明显劣于试验 4 中的 球形钴掺杂纳米 Ni(OH)2 组装成的模拟电池。
试验 6 ： 本试验与试验 4 的不同在于， 步骤二中掺杂金属离子与镍离子的摩尔比为 0.05 ∶ 1， 掺杂金属离子为铝离子。其它步骤及参数与试验 1 相同。
制备得到球形铝掺杂纳米 Ni(OH)2。
按照试验 1 中记载的方式， 组装成模拟电池。采用新威电池测试系统测试电池性 能。测试得到的 0.2C 放电倍率下的放电比容量 - 电压曲线如图 12 中曲线 a 所示， 可见， 在 -1 0.2C 放电倍率下， 放电比容量为 226.3mAh·g ， 放电平台平缓。
试验 7 ： 本试验与试验 4 的不同在于， 步骤二中掺杂金属离子与镍离子的摩尔比为 0.05 ∶ 1， 掺杂金属离子为锌离子。其它步骤及参数与试验 1 相同。 制备得到球形锌掺杂纳米 Ni(OH)2。
按照试验 1 中记载的方式， 组装成模拟电池。采用新威电池测试系统测试电池性 能。测试得到的 0.2C 放电倍率下的放电比容量 - 电压曲线如图 12 中曲线 b 所示， 可见， 在 -1 0.2C 放电倍率下， 放电比容量为 235.4mAh·g ， 放电平台平缓。
综上， 由图 2、 图 6、 图 7 和图 8 的透射电镜显微照片看出， 随着钴离子的掺杂量增 加， 球形纳米 Ni(OH)2 粒径也随之增大， 团聚变得严重， 粒子分散性变差。由图 3 和图 5 的 循环伏安曲线图可知， 钴离子的掺杂可减小球形掺杂纳米 Ni(OH)2 的氧化还原峰电位差， 改 善反应可逆性， 提高电化学性能。
由图 4 中 0.2C 放电倍率下的放电比容量 - 电压曲线图和图 5 中 1C 放电倍率下的 放电比容量 - 电压曲线图分析可知， 掺杂金属钴离子与镍离子的摩尔比为 0.05 ∶ 1 的球形 钴掺杂纳米 Ni(OH)2 的放电比容量明显提高， 1C 放电倍率下， 放电比容量 ( 见图 5 中曲线 b) -1 达到 245mAh·g ， 为 0.2C 放电倍率下放电比容量 ( 见图 4 中曲线 b) 的 90.7％， 比非球形 掺杂纳米 Ni(OH)2 提高 16％ ( 见图 5 中曲线 e)。由图 10 模拟电池的循环次数 - 放电比容 量曲线知， 掺杂钴 (0.05 ∶ 1) 的球形纳米 Ni(OH)2 在循环过程中表现出较高的比容量， 循 环性能优于掺杂钴 (0.05 ∶ 1) 的非球形纳米 Ni(OH)2。
由图 12 和图 4 分析可知， 在 0.2C 放电倍率下， 球形钴、 锌和铝掺杂纳米 Ni(OH)2 组 装成的模拟电池的放电比容量均比非球形钴掺杂纳米 Ni(OH)2 组装成的模拟电池的放电比 容量提高。