鈣摻雜層狀氫氧化物[Ni-,4-Al(OH)-,10-]OH的電化學特性.pdf

1、鎳氫電池（Ni/MH）由于其具有高比容量和比功率以及環(huán)保性等優(yōu)良的性能而備受人們的關注，并成為世界各國二次電池發(fā)展的熱點之一。作為潛在的正極材料，Al代α-Ni（OH）2因具有良好的性能而備受人們關注。本文是在實驗室已研究的[Ni4Al（OH）10]OH基礎上，通過化學共沉淀、表面化學沉積Ca2+以及物理混合摻雜不同鈣系化合物來研究[Ni4Al（OH）10]OH的電化學性能，特別是不同溫度下的電化學性能。 首先，通過化學共沉淀-

2、水熱處理法得到不同鈣含量的[Ni4Al（OH）10]OH樣品，實驗結果表明該系列樣品具有類α-Ni（OH）2的晶體結構，且經過180℃水熱處理的樣品結晶性更好；[Ni4Al（OH）10]OH樣品中摻雜的Ca2+含量較少，這主要是由Ca（OH）2溶解度較大引起的；在不同溫度下的充放電循環(huán)、循環(huán)伏安和阻抗研究表明：和未摻雜的[Ni4Al（OH）10]OH相比，該系列樣品中，以化學組成為[Ni3.93Al（OH）9.86]OH·0.08Ca（

3、OH）2·6.7H2O樣品表現出的電化學性能最佳：在800 mA·g-1充電、400 mA·g-1放電，經過160次循環(huán)測試后仍具有較高的放電容量（321 mAh·g-1）；當在電流密度為2000 mA·g-1下放電時，該樣品和[Ni4Al（OH）10]OH的放電容量均可達到303 mAh·g-1；在高溫65℃下測試時，該組成樣品放電容量衰減速率較小，整體放電容量高出[Ni4Al（OH）10]OH20 mAh·g-1，具有較好的循環(huán)穩(wěn)定

4、性。 其次，通過表面化學沉積法合成不同鈣含量的[Ni4Al（OH）10]OH·xCa（OH）2樣品，實驗結果表明該系列樣品也保持了類α-Ni（OH）2的晶體結構，但隨著沉淀Ca（OH）2量的增加，開始出現Ca（OH）2的特征峰。電化學性能測試結果表明，表面沉積一定量的Ca（OH）2可以提高[Ni4Al（OH）10]OH樣品的單個鎳原子的電子交換數（NEE），亦可降低不同溫度下樣品的放電容量衰減速率，改善其電化學循環(huán)穩(wěn)定性。其中以

5、化學組成為[Ni3.85Al（OH）9.7]OH·0.5Ca（OH）2·5H2O樣品的電化學性能最好。20℃和65℃時可提高0.1個NEE，40℃時可提高0.2個NEE，當工作溫度為40℃時，經過160次循環(huán)的該樣品仍具有300mAh·g-1的高放電容量。 第三，在樣品[Ni4Al（OH）10]OH中通過物理混合摻雜不同含量、不同化合物如Ca（OH）2、CaCO3和CaF2，結果表明可以在一定程度上提高A樣品的放電容量，從而提高

6、活性物質的利用率，增加放電深度；其次，可以降低放電容量的衰減速率，提高活性物質的循環(huán)壽命。物理摻雜適量的Ca（OH）2或CaCO3（分別以質量百分比10％和2％為最佳比例），可以提高[Ni4Al（OH）10]OH樣品低溫放電容量40 mAh·g-1，高溫放電容量20 mAh·g-1，增加電化學循環(huán)可逆性。物理摻雜適量的CaF2（5％為最佳比例）在常溫25℃時可以提高樣品[Ni4Al（OH）10]OH的活化速度，使得放電容量在較短時間內達

7、到極大值；同時也可改善樣品在高溫和低溫電化學性能以及降低其放電容量的衰減速率。 Ca（OH）2的三種不同摻雜方式對[Ni4Al（OH）10]OH電化學性能影響比較發(fā)現，以化學共沉淀-水熱處理摻雜方式得到的樣品[Ni3.93Al（OH）9.86]OH·0.08Ca（OH）2·6.7H2O高溫電化學性能最好，如65℃時整體放電容量高出[Ni4Al（OH）10]OH樣品20 mAh·g-1；以表面化學沉積摻雜方式得到的樣品[Ni3.