鎳氫電池、鋅鎳電池和鋰離子電池的正極材料制備、結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能研究.pdf

1、百年化學(xué)電源，從伏打教授發(fā)明的伏打電堆起一路跋涉。無(wú)數(shù)的新材料研發(fā)改進(jìn)，無(wú)數(shù)的技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用，無(wú)數(shù)的化學(xué)工作者孜孜不倦等等，使得化學(xué)電源家族繁盛，日新月異?；瘜W(xué)電源的發(fā)展推動(dòng)著科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)力的發(fā)展，推動(dòng)著社會(huì)和文明的進(jìn)步。本文即以鎳元素(Ni)為主線，先后合成出了Ni(OH)2、NiOOH和LiNiO2以及其摻雜改進(jìn)后的三類電池正極材料，并分別組裝成鎳氫電池、鋅鎳電池和鋰離子電池。 電極材料的改進(jìn)對(duì)于電源性能的提高有著至關(guān)重要的

2、作用。本文首先通過(guò)添加不同含量的鎂，制備出摻雜Mg的β-Ni(OH)2電池正極材料，采用多種結(jié)構(gòu)分析、熱分析以及電化學(xué)研究方法及實(shí)驗(yàn)手段，深入研究了添加元素對(duì)β-Ni(OH)2正極材料的結(jié)構(gòu)特征、熱學(xué)性質(zhì)及電化學(xué)性能的影響，試驗(yàn)結(jié)果表明：與Mn、Al等元素?fù)诫s到一定含量后使Ni(OH)2晶型由β型轉(zhuǎn)化為a型不同，即使Mg摻雜含量達(dá)到30％，樣品仍為β型。但樣品晶格產(chǎn)生畸變，晶粒尺寸隨Mg含量的增加先變小后增大，電化學(xué)性能隨Mg含量的增加

3、先變好后變壞。Mg最佳含量為5％左右，此時(shí)OH數(shù)量增多，產(chǎn)生了大量的晶格畸變，c軸拉長(zhǎng)，有利于質(zhì)子擴(kuò)散系數(shù)的變大，增強(qiáng)了反應(yīng)的可逆性，提高了電極充電效率和活性物質(zhì)的利用率，從而改善了電極的電化學(xué)性。 其次在制備出摻雜Mg的β-Ni(OH)2材料后，采用K2S2O8作為氧化劑，在強(qiáng)堿性條件下，使氫氧化鎳鎂進(jìn)一步氧化成羥基氧化鎳鎂，成功制備出β-羥基氧化鎳鎂，而且進(jìn)一步優(yōu)化工藝參數(shù)，確定最佳合成條件。由本合成路線制備出的β-羥基氧化

4、鎳具有較好的儲(chǔ)存穩(wěn)定性，且原材料便宜，工藝路線簡(jiǎn)單，易于工業(yè)化生產(chǎn)。并考察添加元素對(duì)β-NiOOH正極材料的結(jié)構(gòu)特征、熱學(xué)性質(zhì)、存儲(chǔ)穩(wěn)定性及電化學(xué)性能的影響，試驗(yàn)結(jié)果表明：摻雜Mg不改變?chǔ)?Ni(OH)2及其氧化物β-NiOOH的晶體類型。摻雜一定Mg含量后，提高了晶體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，使得電極材料有更好的電化學(xué)可逆性，在堿性溶液中具有更佳的儲(chǔ)存性能；但摻雜含量過(guò)高時(shí)，卻使得材料電化學(xué)性能變差，故Mg的摻雜最佳含量為5％左右。 最后

5、在制備出摻雜Co的β-NiOOH前驅(qū)體后，我們直接用+3價(jià)的鎳離子和氫氧化鋰進(jìn)行固相燒結(jié)，避免了氧氣高溫(850 ℃)的苛刻條件，及Ni2+難于氧化為Ni3+等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了在空氣非高溫條件下合成LiNi0.9Co0.1O2的工藝條件，并通過(guò)正交方法優(yōu)化出在空氣非高溫條件下合成LiNi0.9Co0.1O2的燒結(jié)溫度和時(shí)間等工藝參數(shù)，得出最佳燒結(jié)溫度為600℃，燒結(jié)時(shí)間為24 h，此條件下晶體尺寸、層狀特性、結(jié)晶程度和有序程度都表現(xiàn)最佳。通