铁镍电池正极材料的掺杂改性的研究

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随着铁镍电池正极材料的研究深入,对铁镍电池正极材料的充放电稳定性、放电比容量、耐高温性能的提升是铁镍电池更具有发展性的要求。而传统的纯Ni(OH)2正极材料的充放电性能不稳定,放电比容量较低,而且不具备良好的耐高温性能。目前普遍在铁镍电池纯Ni(OH)2正极材料中进行掺杂Co金属离子使铁镍电池Ni(OH)2正极材料的电导率升高,但由于单一·掺杂不能使结构更加稳定以及耐高温性能的提升,所以可以采用复合掺杂来达到Ni(OH)2正极材料充放电稳定性、放电比容量、耐高温性能的提升。本文关于Ni(OH)2掺杂不同添加剂不同比例用于铁镍电池止极的性能测试。采用共沉淀法制备Ni(OH)2,用X射线衍射(XRD)以及扫描电镜(SEM)对Ni(OH)2结构进行表征。对制备的单电池进行电化学测试,发现纯Ni(OH)2电化学性能差,常温放电比电容量只有223.9 mAh/g,高温状态下还会有所降低,50℃时放电比容量209.2mAh/g,70℃时放电比容量204.4mAh/g。掺杂添加剂能有效改善氢氧化镍的质量比容量、导电性和充放电循环稳定性等电化学性能以及耐高温性能。元素掺杂是一种普遍应用的方法,本文是通过固相反应法制备出掺杂Co2+、Zn2+、Al3+离子以及稀土金属离子的氢氧化镍正极材料。Co2+、Zn2+、Al3+离子以及稀土金属离子与氢氧化镍反应形成共晶体,增加了 Ni(OH)2的晶格缺陷,从而提高氢氧化镍的放电稳定性,耐高温性能。其中掺杂Co2+、Zn2+、A13+离子有利于Ni(OH)2正极材料在常温下的充放电稳定性以及放电比容量提升,稀土金属离子有利于提高Ni(OH)2正极材料充放电的耐高温性能。恒流充放电(CP)电化学测试发现,在常温状态下将Co2+、Zn2+、Al3+混合二元以及三元掺杂到镍电极后,发现复合材料电池的放电比容量好于单一材料掺杂。因为复合材料兼顾每种单一材料的优异性能,使Ni(OH)2正极材料充放电稳定性能与电池的比容量得到明显的提升。当掺杂形成1.5%Al+1.5%Co-Ni(OH)2正极材料时,铁镍电池正极材料常温的放电效果最佳,可达到332.4Ah/g左右。而在高温情况下,稀土金属离子起到了重要作用。在50℃时,5%Y+1.5%Al+1.5%Co-Ni(OH)2正极材料放高温的放电比容量最高,放电比容量达到了 303.2mAh/g。在70℃时,3%Y+1.5%Al+1.5%Co-Ni(OH)2正极材料的放电比容量最高,放电比容量达到了300.2mAh/g。
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