基于鎳錳氧化物正極材料的堿性二次電池研究.pdf

1、以堿性氧化鎳電池和堿性二氧化錳電池為代表的堿性電池，以其便宜的價(jià)格，豐富的來(lái)源，良好的電化學(xué)性能和對(duì)環(huán)境友好的優(yōu)勢(shì)，得到了廣泛應(yīng)用。本論文以鎳錳氧化物為主要研究對(duì)象，為了提高堿性電池的電化學(xué)性能開(kāi)展了較為系統(tǒng)的研究。
　　 本文首先研究了鉍酸鈉摻雜對(duì)二氧化錳的放電性能和循環(huán)特性的改性提高。為此對(duì)鉍酸鈉的合成工藝進(jìn)行了研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，利用固相法合成鉍酸鈉雖然工藝簡(jiǎn)單，但是制得的樣品純度低。為了提高鉍酸鈉的純度和降低制備成本，采

2、用新制氫氧化鉍和NaClO溶液來(lái)得到高純度的鉍酸鈉。進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)可以利用酸化的的硝酸鉍和NaClO-NaOH制備納米鉍酸鈉。同時(shí)，利用XRD、TEM、TG-DSC和FT-IR等分析測(cè)試手段對(duì)得到的鉍酸鈉樣品進(jìn)行了結(jié)構(gòu)分析和表征。
　　 利用前面制備的高純度的鉍酸鈉，將其摻入二氧化錳電極，研究了鉍酸鈉這種新型的摻雜劑對(duì)二氧化錳電極結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響，發(fā)現(xiàn)鉍酸鈉可以顯著提高電解和化學(xué)二氧化錳電極的電化學(xué)性能和循環(huán)特性，同時(shí)討

3、論了鉍酸鈉的摻雜機(jī)理。在此實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，利用知名電池企業(yè)的生產(chǎn)線試生產(chǎn)了一批摻雜堿性鋅錳電池，性能測(cè)試結(jié)果表明，在1000mA恒流放電條件下，摻雜電池比對(duì)比的數(shù)碼專用堿錳電池的放電時(shí)間高出了37.1％。
　　 二氧化錳電極在充放電過(guò)程中形成電化學(xué)惰性的Mn3O4，一直被認(rèn)為是其循環(huán)容量衰退的根本原因。本論文提出了通過(guò)實(shí)現(xiàn)對(duì)Mn3O4電極的充放電來(lái)從根本上實(shí)現(xiàn)二氧化錳電極的可逆性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，納米鉍酸鈉摻雜的Mn3O4電極不僅具有

4、良好的循環(huán)性能，而且在500mAg-1的大電流密度下仍然具有261mAhg-1的循環(huán)容量，使電池的充電時(shí)間縮短到30min。
　　 近年來(lái)由于數(shù)碼電子產(chǎn)品的興起而發(fā)展了堿性鋅鎳電池，它在高電流密度放電下具有幾倍于堿錳電池的比容量，但是主要用在鋅鎳一次電池正極材料的羥基氧化鎳由于具有很高的氧化還原電位和差的濕穩(wěn)定性，很難通過(guò)化學(xué)氧化法一步合成高純度高電容量的羥基氧化鎳。結(jié)合有關(guān)鉍酸鈉的制備研究，成功地利用NaClO-NaOH混合溶

5、液制備了高比容量NiOOH。采用FSEM、XRD、TEM、TG-DSC、FT-IR、XPS和恒流充放電等實(shí)驗(yàn)方法分析了NiOOH制備過(guò)程中微觀結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的變化規(guī)律。在此基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)了一種通過(guò)有效控制球形NiOOH的裂解來(lái)得到棒狀納米NiOOH的制備方法，并對(duì)其進(jìn)行了結(jié)構(gòu)表征和初步的分析。與此同時(shí)，開(kāi)展了化學(xué)氧化法制備NiOOH的廢液的循環(huán)利用。
　　 利用前面合成的高容量NiOOH制成電極，用恒流充放電和循環(huán)伏安等方法研究

6、了球形NiOOH和納米NiOOH的電化學(xué)性能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明球形NiOOH具有良好的放電特性，可以滿足大容量高功率數(shù)碼產(chǎn)品的需要，同時(shí)發(fā)現(xiàn)棒形納米NiOOH具有良好的超高速充放電性能。結(jié)合上面的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，委托成都電池廠和長(zhǎng)虹進(jìn)口的東芝電池實(shí)驗(yàn)線，設(shè)計(jì)并制造了兩批堿性鋅鎳電池，研究了堿性鋅鎳電池充放電性能、溫度特性和儲(chǔ)存特性等。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明AA型堿性鋅鎳電池在1000mA的恒流放電下提供了62.1min，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了普通堿錳電池7.2min的