正極材料球形納米氫氧化鎳的制備及電化學(xué)性能研究.pdf

1、隨著電動汽車和混合電動汽車目前的快速發(fā)展，作為天然燃料運(yùn)輸?shù)奶娲绞绞窃絹碓缴僖?，但最重要的，由?nèi)燃機(jī)引擎車輛所造成的環(huán)境問題的解決是有必要研究一種具有很好特性的新的電池系統(tǒng)(比功高，比能量高，充/放電速率高，循環(huán)壽命長等)，以克服前遇到的問題。
　　 鎳氫電池由于其技術(shù)成熟并且安全，為今后的電池系統(tǒng)鋪平了道路，但用于正極材料的β-Ni(OH)2/β-NiOOH循環(huán)性能比較差。研究表明，納米β-Ni(OH)2具有高的充放電速率，

2、但其密度低(＜0.8gcm-3)，微粒易團(tuán)聚，從而限制了其應(yīng)用。
　　 有人還發(fā)現(xiàn)，α-Ni(OH)2/γ-NiOOH循環(huán)沒有太大的電極膨脹現(xiàn)象，理論比容量提升至485mAh/g，遠(yuǎn)高于目前β-Ni(OH)2的292mAh/g。然而，制備的困難和α-Ni(OH)2作為電池材料的穩(wěn)定性需要特別注意;所制得的α-Ni(OH)2常常是膠體，以至于得到的α-Ni(OH)2往往沒有固定的形貌，而純的α-Ni(OH)2在堿性溶液中不穩(wěn)定。因

3、此，新一代高容量鎳氫電池正極材料的研究變得非常迫切。
　　 目前整個實驗工作是合成兩種高電化學(xué)性能的化合物即納米球形β-Ni(OH)2和α-Ni(OH)2。用FSEM，XRD，TG-DSC，CV，ICP和恒流充放電試驗，進(jìn)行樣本的結(jié)構(gòu)表征和電化學(xué)性能測試。
　　 β-Ni(OH)2的合成用可控絡(luò)合沉淀法來進(jìn)行，通過設(shè)計正交實驗研究了反應(yīng)的pH值，攪拌速度，氨水濃度，Ni2+和OH-離子濃度對氫氧化鎳形貌、密度和結(jié)構(gòu)的影響

4、。得到具有高密度和高放電比容量樣品的最佳條件是：1.2M Ni2+，2.4M OH-，1.7M氨水，pH值為11.3，大力攪拌(350rpm)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，各因素對樣品密度的影響次序為：[NH3]＞pH值＞[Ni2+]＞攪拌速度＞[OH]。結(jié)果表明，在最佳條件下，陳化16h后，合成的樣品壓實密度達(dá)1.84g/cm3，其放電比容量在2000 mAg-1倍率和5000 mAg-1倍率時分別達(dá)到270.6和242.3mAhg-1(放電相對與Zn

5、O/Zn到1.1V)，充電時間減少為3分鐘。
　　 對于α-Ni(OH)2的合成，我們采用了雙絡(luò)合可控共沉淀法，即用絡(luò)合劑有效地相對獨立地控制其絡(luò)合鎳離子和摻雜的鋁離子來合成球形摻雜α-Ni(OH)2的方法。
　　 研究表明，這種方法得到了典型的球形摻雜α-Ni(OH)2二級納米結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)大大提高了電解質(zhì)和質(zhì)子電子之間的遷移面積，從而不僅在500mA/g的充放電速率下達(dá)到457.9mAh/g的比容量，容量比實際的充放

6、電容量高，而且在330個周期內(nèi)，容量效率保持在95.3％。
　　 這項工作還報告了Zn2+和Co2+的協(xié)同作用對納米球形摻鋁α-Ni(OH)2的電化學(xué)行為的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，Ni0.81Al0.16Co0.016Zn0.14(OH)2流動性有所改善并且放電比容量高。從XRD結(jié)果分析還發(fā)現(xiàn)，所有部分替代鎳離子的原子都以共沉淀進(jìn)入晶格，從而增加晶格參數(shù)c。據(jù)認(rèn)為，鋅和鈷的引進(jìn)提高了樣品結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，阻止了析氧反應(yīng)的發(fā)生，層間陰離子移動