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专利号: 2016106302042
申请人: 北方工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 基本电气元件
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种镍合金空球负载核壳结构颗粒电极材料的制备方法,其特征在于,包含如下制备步骤:步骤[1]制备大孔镍壳型微米粉体;

步骤[2]制备纳米WO3核@镍与SiO2壳型粉体材料;

步骤[3]镍基体金属铜与微米SiO2核@大孔镍壳型粉体复合共沉积;

步骤[4]铜元素扩散处理及微米SiO2核的去除;

步骤[5]镍和纳米WO3核@介孔镍与SiO2壳型粉体复合共沉积;

步骤[6]纳米WO3核表面壳的SiO2局域去除;

所述步骤[1]具体操作为:

a1.微米SiO2核@大孔SiO2壳模型颗粒的制备:将SiO2微米颗粒加入无水乙醇中,在室温下以超声波分散5-20分钟,以使SiO2微米颗粒充分分散,形成微米SiO2重量百分比为40%-

80%的乙醇分散系;取该分散系300mL加入到1000mL去离子水中充分混合,加入硅酸四甲酯使其浓度达到320mL/L-580mL/L,加入尿素使其浓度达到110g/L-170g/L,加入聚乙烯吡咯烷酮使其浓度达到5g/L-25g/L,加入溴棕三甲基铵(CTAB)使其浓度达到1.5g/L-4g/L,使该混合体系保持2-4.5小时;过滤后获得该体系微米颗粒,在温度为70-110℃下保温1-3小时制得微米SiO2核@大孔SiO2壳模型微米颗粒;

a2.微米SiO2核@镍与SiO2壳型粉体的制备:将SiO2核@大孔SiO2壳模型微米颗粒加入四氢化萘中,并加入乙酰丙酮镍,形成微米SiO2核@大孔SiO2壳模型微米颗粒重量百分比为

40%-50%、乙酰丙酮镍浓度为410g/L-670g/L的四氢化萘分散系,取该分散系500mL加入到

100mL的丙酮中并充分混合,在室温下以10-40kHz,60-110W/cm2的条件下超声0.5-1.5小时制得微米SiO2核@镍与SiO2壳型粉体;

a3.大孔镍壳型微米粉体的制备:以去离子水配制浓度为6-16mL/L的氢氟酸,取制备的

12-35g微米SiO2核@镍与SiO2壳型粉体加入500mL配制的氢氟酸溶液中,浸蚀20-60分钟以去除微米SiO2核表面的SiO2壳,从而得到大孔镍壳型微米粉体,即微米SiO2核@大孔镍壳型粉体;

所述步骤[2]具体操作为:

b1.纳米WO3核@介孔SiO2壳模型颗粒的制备:将WO3纳米颗粒加入无水乙醇中,在室温下以超声波分散30-60分钟,以使WO3纳米颗粒充分分散,形成纳米WO3重量百分比为20%-60%的乙醇分散系;取该分散系400mL加入到1000mL去离子水中充分混合,加入硅酸四甲酯和正硅酸丙酯分别使其浓度达到110-230mL/L和160-270mL/L,加入尿素使其浓度达到80-210g/L,加入聚乙烯吡咯烷酮使其浓度达到2-12g/L,加入溴棕三甲基铵(CTAB)使其浓度达到

0.5-2g/L,使该混合体系保持1-3小时;过滤后获得该体系纳米颗粒,在温度为90-130℃保温0.5-1.5小时后制得纳米WO3核@介孔SiO2壳型粉体模型纳米颗粒;

b2.纳米WO3核@镍与SiO2壳型粉体材料的制备:将WO3核@介孔SiO2壳模型纳米颗粒加入十氢化萘中,并加入乙酰丙酮镍,形成纳米WO3核@介孔SiO2壳型纳米颗粒重量百分比为

25%-60%、乙酰丙酮镍浓度为220g/L-360g/L的十氢化萘分散系,取该分散系400mL加入到2

150mL的丙酮中充分混合,在室温下以20-50kHz,80-120W/cm的条件超声1-2.5小时制得纳米WO3核@镍与SiO2壳型粉体材料;

所述步骤[3]具体操作为:

将浓度为分析纯的硫酸铜、二甲基甲酰胺基磺酸钠、微米SiO2核@大孔镍壳型粉体、磷酸氢二钾、60%的磷酸和乙撑硫脲加入去离子水中,形成电沉积液A,将金属镍板作为阴极,金属铜板为阳极;以电流密度范围为50mA/cm2-180mA/cm2进行电沉积,并以超声波搅拌,在室温下电沉积0.5-1.2小时,制备得镍板表面金属铜/微米SiO2核@大孔镍壳型粉复合层;

所述步骤[4]具体操作为:

c1.铜元素扩散处理:将经镍基体表面铜与微米SiO2核@大孔镍壳型粉体复合共沉积的试样装入马弗炉加温至700-850℃,保温2-7小时实现镍板表面金属铜/微米SiO2核@大孔镍壳型粉复合层的铜元素向镍板及大孔镍壳的扩散,从而使得镍铜合金表面负载微米SiO2核@大孔镍合金壳颗粒;

c2.微米SiO2核的去除:以去离子水配制浓度为10-22mL/L的氢氟酸,将经铜元素扩散处理后得到的试样浸入氢氟酸溶液中,浸蚀40-60分钟以去除微米SiO2核,从而在镍铜合金表面获得大孔镍合金微米球壳;

所述步骤[5]具体操作为:

将浓度为分析纯的氟硼酸镍、纳米WO3核@介孔镍与SiO2壳型粉体、磷酸氢二钠、丁炔二醇和60%磷酸依次加入去离子水中,形成电沉积液B;以表面获得大孔镍合金微米球壳的镍2

铜合金为阴极,不锈钢为阳极;以电流密度范围为80-120mA/cm进行电沉积,并以超声波搅拌,在室温下电沉积20-50分钟,从而使得镍铜合金表面的大孔镍合金微米球壳负载WO3核@介孔镍与SiO2壳型纳米颗粒;

所述步骤[6]具体操作为:

以去离子水配制浓度为14-35mL/L的氢氟酸,将负载了WO3核@介孔镍与SiO2壳型纳米颗粒的镍铜合金浸入上述配制的氢氟酸溶液中,浸蚀0.5-1.5小时以去除纳米WO3核表面壳的SiO2,从而使得镍铜合金表面的镍合金空球负载纳米WO3核/介孔镍壳颗粒。

2.根据权利要求1所述的一种镍合金空球负载核壳结构颗粒电极材料的制备方法,其特征在于:步骤[3]中所述电沉积液A中硫酸铜、二甲基甲酰胺基磺酸钠、微米SiO2核@大孔镍壳型粉体、磷酸氢二钾、60%的磷酸和乙撑硫脲的浓度分别为120g/L-170g/L、30g/L-

90g/L、130g/L-180g/L、12g/L-50g/L、40mL/L-75mL/L和0.5g/L-3g/L。

3.根据权利要求1所述的一种镍合金空球负载核壳结构颗粒电极材料的制备方法,其特征在于:步骤[5]中所述电沉积液B中氟硼酸镍、纳米WO3核@介孔镍与SiO2壳型粉体、磷酸氢二钠、丁炔二醇和60%磷酸的浓度分别为135-180g/L、170-260g/L、10-80g/L、25-40g/L和30-90mL/L。