氢氧化镍正极材料的合成及其添加剂研究

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随着人们对高性能环保电池的迫切需求,镍氢电池产业得到了快速发展,同时也对Ni/MH电池中的镍电极提出了更高的要求。本论文在全面综述国内外镍电极研究进展的基础上,采用化学共沉淀方法制备了碳包覆氢氧化镍复合材料,并对其微结构和电化学性能进行了研究,此外还对镍电极一些添加剂的影响和作用机理进行了探讨。在论文第三章中,作者采用络合沉淀法制备了新型碳包覆氢氧化镍,并通过恒电流充放电、循环伏安、交流阻抗等方法研究了碳包覆氢氧化镍的电化学性能。制备的Ni(OH)2/C粉末为类球状,粒径在10μm以下,其二次晶粒为立体花瓣状。XRD分析表明:制备的Ni(OH)2/C为β型氢氧化镍;碳含量为1%的Ni(OH)2/C具有最好的放电容量和充放电平台,其放电比容量达289mAh/g。Ni(OH)2/C具有优异高倍率充放电性能,在1C、5C和10C倍率循环过程中,Ni(OH)2/C镍电极不仅具有很高的放电比容量,而且在循环过程中表现出很好的容量稳定性,其在1C、5C和10C倍率下的平均放电比容量分别为281、273和250mAh/g。循环伏安和交流阻抗研究表明,Ni(OH)2/C具有良好的电化学活性和反应可逆性以及γ-NiOOH抑制能力。在论文第四章中,作者探索了硫酸钴作为添加剂对镍电极和Ni/MH电池电化学性能的影响,发现CoSO4作为添加剂能明显改善镍电极的电化学反应活性和可逆性,并随着添加量的增加而增大。CoSO4经过3~5次充放电循环后转变为β-CoOOH,为氢氧化镍颗粒及其与基体之间提供了良好的电子通道,降低了电荷转移阻抗和质子扩散阻抗,降低了镍电极的过电位,提高了镍电极的导电性、放电容量和活性物质利用率。硫酸钴中有很强的造孔能力,有利于电解液在电极内部的扩散和质子扩散,但添加量过大会阻碍质子扩散。以含CoSO4镍电极为正极组装的Ni/MH电池具有优异的循环充放电性能,SO42-对正负极均无毒害作用。与CoO相比,CoSO4具有制备工艺简单,长时间存放不容易氧化,价格低廉等优点,可替代Ni/MH电池工业常用的CoO,大大降低电池成本。在论文第五章中,作者通过循环伏安法筛选镍电极的高温添加剂,发现TiO2、ZrO2能有效抑制析氧副反应的发生,提高了镍电极的充电效率,从而提高了镍电极在高温下的放电比容量。
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