氫鎳動力電池材料氫氧化鎳的高溫高倍率性能改進研究.pdf

1、21世紀人類社會將面臨的最大挑戰(zhàn)就是生態(tài)環(huán)境的不斷惡化以及人類對石油、煤炭等不可再生資源的過度采伐而造成的能源枯竭，現(xiàn)如今各種交通工具日益普及，對能源的依賴也越來越大。面對這一系列問題，新型的綠色化學電源體系將發(fā)揮重要的作用，在國家提倡的節(jié)能減排方面呈現(xiàn)突出優(yōu)勢。其中氫鎳電池體系因具有綠色清潔無污染、安全性能可靠、比能量和比功率高、高倍率下充放電性能好、較好的循環(huán)穩(wěn)定性、較低的使用成本等特性，而備受研究者青睞。
　　為適應氫鎳電池

2、作為動力電源使用的需要，一方面，我們應著重提高氫鎳電池的高倍率充放電性能，以符合動力電源高輸入輸出功率的要求。另一方面，還需要著重提高氫鎳電池的高溫性能，以適應其更廣泛的溫變使用范圍。我們知道，氫鎳電池采用正極為容量限制極，負極為容量過量極的電池組裝方式，所以，氫鎳電池正極即氫氧化鎳電極的性質(zhì)是保證MH-Ni電池整體性能的關鍵。本論文以商業(yè)化的氫鎳電池正極材料球形β-Ni(OH)2為基礎，從實用化和應用化角度出發(fā)，探討了其作為動力電池使

3、用時高溫高倍率性能改進方法，主要做了以下三個方面的工作:
　　(1)通過采用非傳統(tǒng)電解液—NaOH電解液，并在電解液中加入偏硼酸鈉添加劑，有效提高了氫鎳電池在高溫條件下的充放電性能。高溫下，與運用KOH電解液的傳統(tǒng)方式相比，該方法具有更高的電池放電容量和高倍率放電性能，以及更好的充放電循環(huán)性能。在70℃高溫和1C充放電倍率下，氫鎳電池充電接受率可以達到96％。循環(huán)伏安測試表明，電極的析氧過電位有所提高，充電接受率增加。電化學交流阻

4、抗測試表明，電解液中加入偏硼酸鈉后，Rct相應降低，說明該添加劑的加入可以有效降低電荷轉(zhuǎn)移阻抗。通過使用NaOH電解液，并在其中加入NaBO2，顯著提高了氫鎳電池的荷電保持率，該方法能有效提高堿性二次氫鎳電池的高溫電化學性能，是一種非常有前景的方法。
　　(2)成功地利用具有高導電性的γ-羥基氧化鈷包覆球形β-Ni(OH)2表面，顯著提高了電池高溫性能和高倍率性能。與傳統(tǒng)的未包覆γ-羥基氧化鈷的常規(guī)材料相比，在不添加任何導電劑的情

5、況下，用包覆γ-羥基氧化鈷的Ni(OH)2作為正極材料，其電化學性能在常溫25℃和高溫70℃下都有所提高，具有更高的電池放電容量，更好的電池高倍率放電性能和更穩(wěn)定的電池充放電循環(huán)性能。循環(huán)伏安測試和穩(wěn)態(tài)極化測試表明γ-羥基氧化鈷包覆層的存在可以有效提高電極自身析氧過電位，抑制電池內(nèi)部析氧副反應的發(fā)生，從而增加其充電效率。EIS測試表明包覆過γ-羥基氧化鉆之后，球形Ni(OH)2電極的導電性明顯提高，電荷傳遞阻抗明顯減小。析氧過電位的提高

6、和電荷轉(zhuǎn)移阻抗的減小要歸于γ-CoOOH包覆層的高導電性。
　　(3)探討了納米級氫氧化鈣的加入對電池高溫性能所產(chǎn)生的影響。在球形氫氧化鎳表面包覆γ-CoOOH后，創(chuàng)新性的使用一種價廉質(zhì)優(yōu)的納米級高溫添加劑Ca(OH)2，它可以很好的分散在活性物質(zhì)材料表面。同時，γ-CoOOH和納米級Ca(OH)2之間存在協(xié)同作用，引入納米級氫氧化鈣后，提高了電極自身的析氧過電位，增加了電池的充電效率，進一步提高了電池放電容量，高倍率放電性能和充