Al代α-Ni(OH)2电极活性材料的结构设计及性能研究

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镍氢电池因具有质量比容量高、低污染、高功率等优点,成为目前动力电池的最佳选择之一,其正极材料氢氧化镍的电化学性能是提高镍氢电池性能的关键因素。   采用化学共沉淀法制备了一系列不同掺Al量的Al代Ni(OH)2。通过X-射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、热重分析(TGA)和扫描电镜(SEM)分析了Al含量对Ni(OH)2相结构、组成和表面形貌的影响。研究发现当Al含量低于5%时,样品主要是β相,当Al含量为5%~10%时,样品为α/β混合相,当Al含量高于10%时,样品为α相,随着Al含量的增加,样品中的水含量和阴离子含量随之增大。采用循环伏安(CV)、交流阻抗(EIS)和充放电测试表征了样品的电化学性能,发现随着Al含量的增加,样品的氧化峰电位和还原峰电位都向高电位方向移动,电化学反应阻抗明显减小;样品的放电比容量先随Al含量的增加而增大,当铝含量为20%时样品的放电比容量最高(327 mAh·g-1),而当样品Al含量高于20%时放电比容量明显降低,循环过程的容量衰减率也随之增大。   在化学共沉淀法制备层间含有NO3-的Al代α-Ni(OH)2的基础上,采用离子交换的方法,合成层间分别含有Cl-、OH-、SO42-、CO32-和PO43-的Al代α-Ni(OH)2。利用XRD、FT-IR、TGA和SEM对样品的微观结构和表面形貌进行了分析。采用CV、EIS和充放电测试表征了样品的电化学性能。结果表明,层间阴离子对Al代α-Ni(OH)2样品的层间距大小、质子扩散系数、电化学反应阻抗、放电容量和循环寿命等都有影响。其中层间含有Cl-的Al代α-Ni(OH)2样品表现出较好的电化学性能。   用β相Ni(OH)2包覆层间含有Cl-的Al代α-Ni(OH)2。利用XRD、FT-IR、TGA、SEM对样品的微观结构和表面形貌进行了分析。采用CV、EIS充放电测试表征了样品的电化学性能。研究发现,包覆β相Ni(OH)2提高了α-Ni(OH)2的放电容量,降低了其电化学反应阻抗,大大提高了材料的循环稳定性。包覆比例为10%时样品容量最高。在0.5C下,充放电一百个循环后,包覆10%的样品的放电比容量仍可高达301mAh·g-1,裴减率为7.52%,而未包覆的0%的样品衰减率则为46.34%。  
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