超聲波輔助沉淀法制備Cu-Al-Co摻雜納米多相Ni(OH)2及其物化性能研究.pdf

1、鎳氫電池是安全、環(huán)保、性?xún)r(jià)比高的綠色電池，應(yīng)用十分廣泛。氫氧化鎳(Ni(OH)2)是鎳氫電池的正極活性成分，其性能的改進(jìn)是提高鎳氫電池整體性能的關(guān)鍵。
　　Ni(OH)2有兩種晶型:α-Ni(OH)2和β-Ni(OH)2，前者理論容量為482mAh/g，比后者(289mAh/g)高出193mAh/g，但α-Ni(OH)2在堿液中穩(wěn)定性差，使其至今還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。本課題針對(duì)α-Ni(OH)2穩(wěn)定性差問(wèn)題，通過(guò)單元或二元金屬元素?fù)诫s制

2、備出結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定的納米α-Ni(OH)2及具有α和β相混合結(jié)構(gòu)的納米Ni(OH)2，并對(duì)制備條件進(jìn)行了優(yōu)化，對(duì)機(jī)理進(jìn)行了探討。本論文主要做了以下工作:
　　一、采用自行設(shè)計(jì)的超聲波輔助沉淀法制備了Cu摻雜納米Ni(OH)2，用X射線衍射(XRD)、透射電鏡(TEM)和激光粒度儀(PSD)等對(duì)樣品的結(jié)構(gòu)、形貌、粒徑進(jìn)行了表征;通過(guò)循環(huán)伏安特性測(cè)試(CV)研究了銅摻雜量對(duì)樣品電化學(xué)性能的影響;采用模擬電池體系，利用恒流充放電測(cè)試研究了復(fù)

3、合電極(以8Wt.％納米Ni(OH)2摻入到工業(yè)用微米級(jí)β球鎳中制作而成）的充放電性能和循環(huán)性能。
　　結(jié)果表明:所制備的樣品均為α-Ni(OH)2，其XRD譜線呈各向異性寬化，晶格畸變呈各向異性，顆粒為柱狀或針狀，平均粒徑在96～110 nm之間。隨著銅摻雜比例增加，粒徑先減小后增大，一次粒子由柱狀向針狀轉(zhuǎn)化。將納米樣品以8Wt.％比例與工業(yè)用微米級(jí)球鎳混合制成復(fù)合鎳電極，電極放電比容量隨Cu摻雜比例增大先提高后下降，當(dāng)電極Cu

4、含量為0.9Wt.％時(shí)，放電比容量達(dá)到最大，0.2C倍率下為310mAh/g，且具有較低充電電壓、較高放電平臺(tái)、較好的循環(huán)性能和最大的質(zhì)子擴(kuò)散系數(shù)。
　　二、采用上述相同的方法、不同用量的緩沖劑（碳酸鈉）制備了Cu/Al共摻雜與Cu單摻雜的納米Ni(OH)2。結(jié)果表明，所制備的樣品均為α-Ni(OH)2，且粒徑分布范圍窄，平均粒徑分別為95.8nm、103.9nm。Cu/Al共摻雜納米Ni(OH)2的振實(shí)密度大于Cu單摻雜樣品。復(fù)

5、合電極的電化學(xué)性能測(cè)試結(jié)果表明，Cu/Al共摻雜納米α-Ni(OH)2的電化學(xué)性能優(yōu)于Cu單摻雜納米樣品。前者與工業(yè)用微米級(jí)β球鎳的復(fù)合電極在0.2C倍率下的放電比容量為330 mAh/g，并且表現(xiàn)出更好的電化學(xué)反應(yīng)可逆性、更好的循環(huán)性能和更大的質(zhì)子擴(kuò)散系數(shù)。
　　三、采用超聲波輔助沉淀法制備了Co摻雜納米Ni(OH)2，研究了摻雜比例、緩沖劑（碳酸鈉）及反應(yīng)物Ni2+濃度對(duì)Ni(OH)2的晶相結(jié)構(gòu)、粒徑和電化學(xué)性能的影響。結(jié)果表

6、明，不同Co摻雜比例的樣品均為α和β混合相結(jié)構(gòu)，其α-Ni(OH)2所占比重隨摻雜比例增大先增加后減小。緩沖劑無(wú)水碳酸鈉用量的增加有利于改變樣品晶相結(jié)構(gòu)，使其更趨向α相Ni(OH)2，其適當(dāng)?shù)挠昧扛鼙憩F(xiàn)出良好的電化學(xué)性能。較高反應(yīng)物濃度有利于α-Ni(OH)2的生成。復(fù)合電極的電化學(xué)性能測(cè)試結(jié)果表明，電極的放電容量隨碳酸鈉用量的增加先增大后減小。當(dāng)Ni2+濃度為0.4mol/L、碳酸鈉用量為0.5g時(shí)，其電極（Co含量1.02wt.％