高容量Al-α-Ni（OH）-,2-正極材料的合成、修飾及電化學(xué)性能研究.pdf

1、論文分別采用直接沉淀-水熱法和均相沉淀法合成了Al取代α-型Ni(OH)2(Al-α-Ni(OH)2)堿性二次電池正極材料,研究表明,采用直接沉淀-水熱法制備的18.3％Al取代的α-Ni(OH)2的比放電容量為350mAh/g,同時(shí)當(dāng)Al含量為10％時(shí)得到一種α-型和β-型兩相混合的新型材料,該材料最高放電容量可達(dá)到333mAh/g,其循環(huán)穩(wěn)定性較好。均相沉淀法采用尿素為沉淀劑,在沒有表面活性劑和模板的條件下制備出了多孔Al-α-Ni

2、(OH)2微球,該材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、容量高、循環(huán)穩(wěn)定性好。尤其是Al含量為10％時(shí)得到的α-Ni(OH)2材料最高容量達(dá)350mAh/g,在1C循環(huán)150周之后其容量仍保持為320mAh/g。 論文以均相沉淀法制備的材料為前軀體,采用CoOOH納米棒對其表面進(jìn)行修飾,通過XRD、SEM、TEM、FTIR、XPS等對包覆前后的樣品的結(jié)構(gòu)、形貌和表面化學(xué)狀態(tài)進(jìn)行了表征,通過恒電流充放電測試、循環(huán)伏安以及交流阻抗測試研究了初始制備材料和修

3、飾后材料的高倍率放電性能。研究表明,CoOOH納米棒隨機(jī)分散在Al-α-Ni(OH)2微球的納米片表面或插入到片層之間,形成了-層優(yōu)良的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò),降低了電化學(xué)過程中電荷轉(zhuǎn)移阻抗以及質(zhì)子擴(kuò)散電阻,從而改善了材料的大倍率放電性能以及循環(huán)穩(wěn)定性,尤其是7wt.％CoOOH包覆的材料,0.2C下最大放電容量可達(dá)386mAh/g,2C循環(huán)500周之后容量仍保持在300mAh/g以上；而包覆前的材料2C循環(huán)500周之后只有235mAh/g。

4、 論文繼續(xù)研究了以均相沉淀法制備的材料的高溫性能,研究發(fā)現(xiàn),均相沉淀法制備樣品的高溫性能較差,60℃放電容量只有常溫時(shí)的65％,這是由于溫度的升高導(dǎo)致析氧反應(yīng)的加劇造成的。因此,本工作分別采用金屬Co和Y(OH)3對其表面進(jìn)行了修飾,改善了材料的高溫性能。研究表明,金屬鈷包覆的最佳比例為5wt.％,0.2C、60℃放電容量為283.5mAh/g,Y(OH)3的最佳包覆量為1wt.％,0.2C、60℃放電容量達(dá)到315mAh/g,均遠(yuǎn)高于

5、未包覆樣品的高溫放電容量。 最后,論文重點(diǎn)合成了β-Co(OH)2、β-CoOOH以及堿式碳酸鈷三種鈷化合物材料,并研究了其電化學(xué)性能。采用XRD、SEM以及TEM對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征,并將其單獨(dú)作為堿性電池的正極和負(fù)極材料進(jìn)行研究,通過恒流充放電、循環(huán)伏安以及交流阻抗測試研究了其電化學(xué)性能。研究表明：利用Co(Ⅲ)/Co(Ⅱ)電對反應(yīng)的不可逆性,可將鈷化合物作為鎳基電池正極材料的添加劑,提高材料的導(dǎo)電性。而Co(Ⅱ)和單質(zhì)鈷之間