低自放电镍氢电池正极添加剂的研究

论文摘要

MH/Ni电池具有质量比容量高、可快速充电、无记忆效应、低污染、寿命长等显著的优点,在电池行业被誉为“绿色电池”,MH/Ni电池的自放电现象明显,通常在正极材料中加入钴类添加剂可以降低正极的自放电。本文采用液相化学沉淀法制备了β型CoOOH与γ型CoOOH。考察了制备条件的变化对材料物化性能和电化学性能的影响,并通过XPS、X射线衍射、SEM等测试手段对所制备的材料进行表征。采用粉末微电极体系,通过循环伏安测试研究了材料的电化学性能。采用圆柱形电池体系,研究了β型CoOOH与γ型CoOOH添加剂对电池性能的影响。循环伏安结果表明:不同制备条件下得到的β型CoOOH与γ型CoOOH对正极析氧过电位的影响不同,电池自放电低的情况下,正极的析氧过电位往往较高。化学沉淀法制备的β型CoOOH与γ型CoOOH,由于钠离子的嵌入C轴变长,晶粒大小在0.10.5μm。γ型CoOOH的导电率比β型CoOOH好,电导率一般在10-5S/cm左右,化学法生成的β型CoOOH电导率一般在10-6S/cm,而电化学法生成的CoOOH电导率只有10-9S/cm。从振实密度上来看,γ型CoOOH要小于β型CoOOH和CoO。将材料做成柱形电池进行电池性能测试。发现β型CoOOH与γ型CoOOH添加剂相对于CoO能较好的降低电池的自放电。反应温度、氧化剂滴加速度、反应pH值、干燥温度都对β型CoOOH的制备产生影响,利用正交实验得到β型CoOOH在降低电池自放电角度的最佳制备条件是pH=13,温度40℃,滴加速度根据情况尽量慢,干燥温度在100℃。β-CoOOH的最佳加入比例是质量比7.5%。同样通过正交实验得到γ型CoOOH在降低电池自放电角度的最佳制备条件是生成前趋体时反应的pH值为12,氧化反应温度30℃,氧化剂滴加速度为50ml/h,氧化反应的pH为13。此外,β型CoOOH与γ型CoOOH对电池的大电流性能,恢复能力,高温性能的提高都好于CoO,但二者对电池寿命的提高不如CoO添加剂。在经过储存后加入β-CoOOH与γ型CoOOH的电池循环寿命要好于CoO。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 正极自放电研究现状
• 1.2.2 负极研究现状
• 1.2.3 电解液的研究现状
• 1.2.4 隔膜的研究现状
• 1.3 目前存在的问题
• 1.4 本课题主要研究内容
• 第2章 实验方法及条件
• 2.1 实验材料及仪器
• 2.1.1 实验材料及药品
• 2.1.2 实验仪器
• 2.2 CoOOH 的制备
• 2.2.1 CoOOH 的制备原理
• 2.2.2 CoOOH 的制备流程
• 2.3 CoOOH 粉末的表征
• 2.3.1 振实密度
• 2.3.2 X-射线粉末衍射（XRD）
• 2.3.3 X 光电子能谱测试（XPS）
• 2.3.4 四探针法测粉末电导率
• 2.3.5 扫描式电子显微镜分析测试（SEM）
• 2.4 利用微电极测试样品电化学性能
• 2.4.1 微电极的制备
• 2.4.2 循环伏安曲线的测试
• 2.5 模拟电池的制备和测试
• 2.5.1 模拟电池的制备和活化
• 2.5.2 模拟电池循环伏安测试
• 2.6 柱形电池的制备和测试
• 2.6.1 柱形电池的制备和活化
• 2.6.2 柱形电池的质量比容量及寿命测试
• 2.6.3 柱形电池的高温能力测试
• 2.6.4 柱形电池的大电流放电能力测试
• 2.6.5 柱形电池的自放电情况和恢复能力测试
• 第3章 CoOOH 的结构分析和物理性质
• 3.1 β型CoOOH 的结构分析和物理性质
• 3.1.1 β型CoOOH 的XPS 测试
• 3.1.2 β型CoOOH 的XRD 测试
• 3.1.3 不同制备条件下得到的β型CoOOH 的XRD 测试
• 3.1.4 不同制备条件下得到的β型CoOOH 的SEM 测试
• 3.1.5 β型CoOOH 的电导率及加入添加剂后正极材料的振实密度
• 3.2 γ型CoOOH 的结构分析和物理性质
• 3.2.1 γ型CoOOH 的XPS 测试
• 3.2.2 γ型CoOOH 的XRD 测试
• 3.2.3 γ型CoOOH 的SEM 测试
• 3.2.4 γ型CoOOH 的电导率及加入添加剂后正极材料的振实密度
• 3.3 本章小结
• 第4章 CoOOH 对电极电化学性能的影响
• 4.1 β型CoOOH 和γ型CoOOH 与CoO 的比较
• 4.2 不同制备条件下的β-CoOOH 对正极析氧过电位的影响
• 4.2.1 不同干燥温度下制备的β-CoOOH 对正极析氧过电位的影响
• 4.2.2 不同滴加速度下制备β-CoOOH 对正极析氧过电位的影响
• 4.2.3 不同反应温度下制备的β-CoOOH 对正极析氧过电位的影响
• 4.2.4 不同pH 下制备的β-CoOOH 对正极析氧过电位的影响
• 4.2.5 β型CoOOH 正交实验
• 4.3 不同制备条件下的γ-CoOOH 对正极析氧过电位的影响
• 4.4 添加其它Co 类添加剂电池的循环伏安测试
• 4.5 本章小结
• 第5章 CoOOH 添加剂对电池性能的影响
• 5.1 β型CoOOH 添加剂对电池性能的影响
• 5.1.1 不同试验条件制备添加剂对电池性能的影响
• 5.1.2 β-CoOOH 添加剂对电池自放电的影响
• 5.1.3 β-CoOOH 添加剂对其它电池性能的影响
• 5.1.4 β-CoOOH 添加比例对电池自放电的影响
• 5.2 γ型CoOOH 添加剂对电池性能的影响
• 5.2.1 试验条件对材料的影响
• 5.2.2 γ-CoOOH 添加剂对电池自放电的影响
• 5.2.3 γ-CoOOH 添加剂对其它电池性能的影响
• 5.3 其它添加剂的自放电研究
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢