ni-mh电池正极活性材料改性研究

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1、分类号：学校代号：11845UDC：密级：学号：2111215004广东工业大学硕士学位论文(工学硕士)Ni-MH电池正极活性材料改性研究苗成成指导教师姓名、职称：．一筮基嬗麴拯学生所属学院：塑堡量当电王猩堂医万方数据ADissertationSubmittedtoGuangdongUniversityofTechnologyfortheDegreeofMasterlIIIIIIIIIIIIIlllllIII(MasterofEngineeringScience)Y2796085ModificationresearchofpositivematerialsfOrN．_MHbatterie

2、sM．E．Candidate：ChengchengMiaoSupervisor：Prof．YanjuanZhuMay2015SchoolofPhysics&OptoelectronicEngineeringGuangdongUniversityofTechnologyGu锄gzhou，Guangdong，ER．China，510006万方数据摘要摘要氢氧化镍是二次碱性电池的正极储能材料，如镍氢、镍镉、镍锌、镍铁电池等。由于安全性能好、性价比高、耐过充能力强等优点，被广泛应用于民用电器和新能源汽车等领域。但是，目前商用Ni—MH电池使用的『F极材料是[3-Ni(OH)2，理论比容量仅为28

3、9mAh·g～，提升空间比较小；而Ni(OH)2的另一种晶型Ⅱ．Ni(OH)2的理论比容量可高达482mAh·g～，且其较大的层间距对提高材料的高倍率性能有着重要的影响，但其堆积密度较低且在碱液中结构不稳定，易转化为[3-Ni(OH)2，使其迄今还没有得到应用。此外，较差的导电性Ni(OH)2也是制约其性能的重要因素。因此，如何解决a—Ni(OH)2的稳定性差问题并提高其堆积密度和改善Ni(OH)2(半导体材料)的导电性，对于提高镍氢电池的市场竞争力和应用前景有着重要的意义。本文针对tz-Ni(OH)2结构稳定性差的技术瓶颈，通过多元掺杂的方法制备出稳定性较高的纳米a-Ni(OH)2，并

4、系统地研究了掺杂离子种类与掺杂比例、掺杂离子间的协同作用、层问阴离子以及晶体结构对于样品物理化学性能的影响。同时，通过一元掺杂制备出Sn掺杂a-Ni(OH)2和Ca掺杂0【／D—Ni(OH)2，并研究了掺杂元素离子、层问阴离子、颗粒大小以及晶体结构等因素对于物理化学性能的影响。本文工作主要分为以下三个方面：1．采用超声波辅助共沉淀法以Na2C03为缓冲剂分别制备了一元、二元、三元掺杂样品。实验结果表明，未掺杂样品为[3-Ni(OH)2晶体结构，而掺杂的样品为(It—Ni(OH)2晶体结构；随着掺杂离子种类和比例的增加，样品的结构稳定性随之增强，电化学性能逐步提高。A1．Mn-Yb三元掺杂

5、样品在电解液中浸泡30天后，其晶体结构仍为a—Ni(OH)2晶相结构：同时三元掺杂样品制备的复合电极具有较高的质子扩散系数、较小的电化学极化作用和最大的放电比容量(309．0mAh／g)。这是由于掺杂离子对晶体内部晶体场、层间阴离子含量等因素的影响以及掺杂离子间的协同作用所致。因此，选取合适的掺杂比例与元素种类是提高0t—Ni(OH)2电化学性能的有效方法。2．采用上述方法(Na2C03为缓冲剂)制备了不同掺杂比例的单元Sn取代Q．Ni(OH)2，其掺杂比例对样品的形貌、晶体结晶度、颗粒大小以及电化学性能均产生重要的影响。结果表明，随着掺杂离子含量的增加，层间距逐渐变大，二次颗粒粒径先减

6、小后增大，晶体结晶度先提高后变差，当sn掺杂比例达到15m01％时，样品具有最好的结晶度。通过恒流充放电、循环伏安、交流阻抗谱电化学性能测试表明，Sn掺杂量为15m01％的样万方数据广东工业大学硕士学位论文品制备的电极具有最小的电荷转移电阻(Rct)、最大的质子扩散系数、最佳的循环稳定性以及最高的放电比容量(303．6mAh／g)。这说明掺杂离子的含量对于晶体的结晶度、粒度及形貌均有着重要的作用，进而影响其电化学性能。3．采用上述方法并添加Na3PO。为沉淀剂制备出了Ca单一掺杂的邮．Ni(OH)2样品。结果表明，在Ca2+掺杂量相同情况下，无Na3P04沉淀剂添加时，不能生成c【晶相的

7、Ni(OH)2，添加摩尔比Ni2+：P043-=1：0．066的Na3P04后，生成了吖0混合相结构的Ni(OH)2。无掺杂样品为纯13-Ni(OH)2结构。通过电化学性能测试发现，与纯IB-Ni(OH)2相比，“B—Ni(OH)2混合相样品具有较高的电化学活性、较好的电化学可逆性和充电效率、较高的放电平台和循环稳定性。含混合相样品的复合电极在O．2C和O．5C倍率下经过80个循环后，其放电比容量仍能保持在271．7mAh／g和23