Ni/MH电池高容量正极材料—Ni（OH）2的制备和电化学性能

论文摘要

本文以改善Ni/MH电池高容量性能为应用背景,通过化学共沉淀法分别制备出稳定的Al-Mn多元取代α-Ni（OH）2和含纳米α-Ni（OH）2复相电极材料。研究了Al-Mn多元取代α-Ni（OH）2以及含纳米α-Ni（OH）2复相电极材料的电化学性能,提出了复相电极材料中纳米α-Ni（OH）2的最佳添加量。 利用化学共沉淀法制备了稳定的Al-Mn多元取代α-Ni（OH）2,优化了试验制备条件。采用X-射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）对α-Ni（OH）2进行了结构和形貌表征,测试了α-Ni（OH）2的振实密度,利用DC-5型电池测试仪研究了Al-Mn多元取代α-Ni（OH）2的充放电性能。结果表明:Al-Mn多元取代α-Ni（OH）2为典型的α-相结构,结晶良好,振实密度可以达到1.7g/cm3。充放电性能研究表明Al-Mn多元取代α-Ni（OH）2活化性能好,放电质量比容量可以高达410 mAh/g,在强碱性环境下循环性能稳定,循环50次后质量比容量仍然高达300 mAh/g。电极放电电压平台较高而且稳定,充电电压平台较低。 在醇-水体系中利用化学共沉淀合成出Al取代纳米α-Ni（OH）2,通过XRD和SEM对粉体进行了结构和形貌表征,纳米粉体为α-Ni（OH）2相结构,形貌为纳米球形颗粒,颗粒尺寸为20-30 nm,大小较为均匀,颗粒分散较好。将分散性良好的纳米α-Ni（OH）2添加到微米级球形β-Ni（OH）2中,形成两相复合电极材料。通过SEM对含纳米α-Ni（OH）2复合电极材料进行了形貌表征,结果表明适量的纳米α-Ni（OH）2颗粒能够很好的填充到微米颗粒的间隙中。含10wt.%纳米α-Ni（OH）2的复相电极材料振实密度能够达到2.3g/cm3。 利用CHI-600对α-+β-Ni（OH）2复合电极材料进行了循环伏安性能研究,对比研究发现纳米α-Ni（OH）2的电化学活性高于β-Ni（OH）2,纳米α-Ni（OH）2的氧化电位、还原电位高于β-Ni（OH）2。复合电极材料存在两个氧化-还原反应过程,分别对应于β-和纳米α-Ni（OH）2的氧化-还原反应过程。充放电循环性能研究结果表明:适量的纳米α-Ni（OH）2能够提高复合材料电极的放电容量,增强电极在过充情况下的循环稳定性,提高电极的放电电压平台,降低电极的充电电压平台。含10wt.%纳米α-Ni（OH）2的复合材料电极具有良好的综合电化学性能。过多的纳米α-Ni（OH）2的添加无助于复相电极材料电化学性能的提高。

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 Ni/MH电池的发展
• 1.3 Ni/MH电池的工作原理
• 1.4 Ni/MH电池的生产工艺流程
• 2的基本结构和电化学性能'>1.5 Ni（OH）₂的基本结构和电化学性能
• 1.5.1 基本晶体结构
• 1.5.2 电化学性质
• 1.6 β-氢氧化镍的制备和性能
• 1.6.1 制备方法
• 2性能的影响'>1.6.2 制备条件对β-Ni（OH）₂性能的影响
• 1.6.3 添加剂对性能的影响
• 2的制备和性能'>1.7 α-Ni（OH）₂的制备和性能
• 1.8 纳米氢氧化镍的研究
• 2的制备和性能'>1.8.1 纳米 Ni（OH）₂的制备和性能
• 1.8.2 复合电极材料研究
• 1.9 本课题的立题依据和研究意义
• 2的制备与电化学性能'>第二章 高容量 Al-Mn多元取代α-Ni（OH）₂的制备与电化学性能
• 2.1 前言
• 2.2 试验方法
• 2.2.1 合成条件的优化
• 2的制备'>2.2.2 多元取代α-Ni（OH）₂的制备
• 2.3 样品的形貌、结构特征和振实密度
• 2.3.1 样品的物理表征方法
• 2.3.2 XRD分析
• 2.3.3 SEM形貌
• 2.4 电化学性能研究
• 2.4.1 电极片制作
• 2.4.2 充放电循环性能
• 2.5 本章小结
• 2的制备和结构'>第三章 纳米α-Ni（OH）₂的制备和结构
• 3.1 前言
• 3.2 纳米氢氧化镍的制备方法
• 3.2.1 研究现状
• 2结构和形貌'>3.2.2 不同溶剂条件下制备的α-Ni（OH）₂结构和形貌
• 2的结构和形貌'>3.2.3 不同陈化时间下纳米α-Ni（OH）₂的结构和形貌
• 3.3 制备方案的优化
• 3.4 本章小结
• 2电极的电化学性能'>第四章 复相 Ni（OH）₂电极的电化学性能
• 4.1 前言
• 4.2 复相材料电极的制备
• 4.3 复相电极材料的结构和形貌
• 4.3.1 XRD分析
• 4.3.2 SEM形貌
• 4.4 复相电极材料的电化学性能研究
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录