鎳電極材料的制備及其性能表征.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、氫氧化鎳作為多種堿性電池的正極活性物質,對電池的容量、壽命和電化學性能起關鍵作用。氫氧化鎳具有兩種形態(tài),一種是α-Ni(OH)2,另一種是β-Ni(OH)2,這兩種形態(tài)結構相似,均由NiO2層板組成,層間夾雜水分子和一些陰離子,但是β-Ni(OH)2層板結構平行堆疊,晶胞排列整齊,而α-Ni(OH)2層板結構雜亂堆疊,呈“紊態(tài)”結構,正是這種雜亂堆疊使得晶體結構空穴增多,電子轉移數(shù)較多,從而使α-Ni(OH)2比β-Ni(OH)2具有更

2、高的理論比容量;但是α-Ni(OH)2的這種“紊態(tài)”結構也有不足之處,在堿性環(huán)境下并不穩(wěn)定,層間水分子或陰離子會被OH-取代,導致轉變?yōu)棣?Ni(OH)2結構。目前,應用于實際生產的β-Ni(OH)2電化學容量已接近理論值,放電比容量方面不會有較大幅度的提升,因此,制備穩(wěn)定且具有良好電化學性能的α-Ni(OH)2成為研究的熱點。
   本論文選用尿素和六水合硝酸鎳為原料,采用水熱法,合成了粒徑較小、顆粒尺寸均一且具有較大比表面積

3、的純相α-Ni(OH)2,考察了反應物濃度、物料配比、反應溫度、反應時間等因素對產物晶型結構、粒徑大小和形貌的影響,篩選出合成α-Ni(OH)2的最佳條件,并用XRD、粒度分析、BET、紅外分析對其物化性能表征和用循環(huán)伏安法表征其電化學性能。結果表明,當硝酸鎳濃度為0.05mol/L,尿素與六水合硝酸鎳的摩爾比為3∶1,反應時間為4h,反應溫度為150℃時,制備的樣品為純相α-Ni(OH)2,其粒徑主要分布在10.09μm-22.79μ

4、m,SBET=61.64m2/g,氧化電位與還原電位差值為0.2V,差值較大,電化學可逆性較差,所以該材料電化學反應的可逆性需要進一步優(yōu)化;析氧電位與氧化電位的差值為0.16V,抑制析氧反應方面還有待于提高。
   為了獲得性能更加優(yōu)良的α-Ni(OH)2,本工作通過引入Al、Zn、Al/Zn復合摻雜到Ni(OH)2晶格中,合成的摻雜α-Ni(OH)2在堿性溶液中能穩(wěn)定存在且具有更好的循環(huán)性能。采用水熱法制備出Al取代α-Ni(

5、OH)2,對其合成工藝條件進行了一系列討論,結果表明:Al的取代量為20%、25%、尿素與金屬鹽的摩爾比為3∶1時結晶較好,反應時間和反應溫度對產物晶型影響不明顯;Al取代α-Ni(OH)2粒徑主要分布在15-30μm,平均粒徑為17.29μm,SBET=67.21 m2/g,在堿性環(huán)境中能穩(wěn)定存在;氧化電位與還原電位差值為0.24V,析氧電位與氧化電位的差值為0.10V,與單一α-Ni(OH)2比較,在可逆性和抑制析氧反應方面并未得到

6、改善。采用水熱法制備出Zn取代α-Ni(OH)2,對其合成工藝條件進行了一系列討論,結果表明:Zn的取代量、尿素與金屬鹽的摩爾比、反應時間和反應溫度對產物晶型影響均不太明顯,只有結晶度略有變化,Zn取代α-Ni(OH)2粒徑主要分布在10-25μm之間,平均粒徑為14.34μm,SBET=118.67m2/g,在堿性環(huán)境中能穩(wěn)定存在;氧化電位Va與還原電位Vc的差值為0.16V,析氧電位Vo與氧化電位Va的差值為0.05V,與單一α-N

7、i(OH)2比較,氧化電位與還原電位的差值(Va-Vc)降低了0.04V, Zn的摻雜使α-Ni(OH)2在可逆性方面有改善。采用水熱法制備出Al/Zn復合取代α-Ni(OH)2,對其合成工藝條件進行了一系列討論,結果表明:尿素與金屬鹽的摩爾比為5∶1時結晶較好,反應時間和反應溫度對產物晶型影響不明顯;Al/Zn復合取代α-Ni(OH)2粒徑主要分布在5-15μm,平均粒徑為10.78μm,SBET=146.59m2/g,在堿性環(huán)境中能

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