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镍氢电池(Ni／MH)的高比容量和比功率以及环保等优良性能,使镍氢电池产业将成为21世纪能源领域的重大产业之一。在各种正极材料中,a-Ni(OH)2因具有良好的性能而备受人们关注。由于a-Ni(OH)2导电性差,为了提高它的利用率,增大电极放电容量,需添加合适的导电添加剂来增加活性物质和集流体之间以及活性物质颗粒之间的导电性,寻找合适的活性物质与导电添加剂的添加比例。本文以实验室已研究的[Ni4Al(OH)10]OH为活性物质,以通过化学共沉淀法合成的Co-Zn、Co-Al、Co-Al-Zn层状氢氧化物为导电添加剂,通过单纯重心法研究了正极组成的最佳配比,并研究了电极的不同制备条件对电极充放电性能的影响。研究了不同层间阴离子(CT、SO42-、NO3-)对层状氢氧化物电化学性能的影响。
首先,通过化学共沉淀法合成了一系列Co-Al、Co-Zn、Co-Al-Zn的样品,实验结果表明,以Co4Al LDH和石墨共同作为Ni／MH的正极添加剂时,经过5次充放电循环后,[Ni4Al(OH)10]OH的放电容量就达到330.2 mAh·g-1,在第一次充电电流密度为800 mA·g-1充,放电电流密度为2000 mA·g-1时就达到305mAh·g-1,经过200次充放电循环后,放电容量还有207.1 mAh·g-1。
其次,研究了烘干温度、烘干时间和轧压压力等电极片制备条件对电极的充放电性能的影响。结果表明:将调成糊状的样品嵌入泡沫镍后在120℃下烘40min,25 MPa下压制1 min得到的电极片具有较好的充放电性能,经过5次充放电循环后,放电容量达到300.1 mAh·g-1,在第一次充电电流密度为800 mA·g-1、放电电流密度为2000 mA·g-1的循环中,放电容量可以达到310 mAh·g-1经过200次充放电循环后,放电容量还能达到251.2 mAh·g-1。
再次,使用单纯形法的单纯重心法研究了电极中[Ni4Al(OH)10]OH、Co4AlLDH和石墨的最佳配比。实验表明:当配比为[Ni4Al(OH)10]OH(％)=60.06％、Co4Al LDH(％)=11.53％、石墨(％)=24.4％时,[Ni4Al(OH)10]OH在经过30次充放电循环后的放电容量最高,为311 mAh·g-1。当配比为[Ni4Al(OH)10]OH(％)=64.45％、Co4Al LDH(％)=12.27％、石墨(％)=23.28％时,[Ni4Al(OH)10]OH在经过200次循环后的放电容量最高,为270.5 mAh·g-1。
最后,通过化学共沉淀法合成了[Ni4Al(OH)10]X(X=Cl-,SO42-,NO3),研究了不同层间阴离子对[Ni4Al(OH)10]X电化学性能的影响。在pH分别为6、7、8、9时反应合成了[Ni4Al(OH)10]NO3,研究了反应时不同pH值对[Ni4Al(OH)10]NO3电化学性能的影响。实验表明:[Ni4Al(OH)10]Cl具有相对较高的放电容量,经过6次充放电循环就达到了最大的放电容量,300.9 mAh·g-1,反应的pH值为9时合成的[Ni4Al(OH)10]NO3样品的放电容量要比pH值为6和7时合成的[Ni4Al(OH)10]NO3样品高。在第一次充放电循环时放电容量就达到了304.3 mAh·g-1,在充电电流密度为1600 mAh·g-1,放电电流密度为800 mAh·g-1时的放电容量为300.9 mAh·g-1,在经过51次循环时放电容量仍能保持在292.3 mAh·g-1。