鈣摻雜層狀氫氧化物[Ni-,4-Al(OH)-,10-]OH的電化學(xué)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(guān)注，并成為世界各國(guó)二次電池發(fā)展的熱點(diǎn)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(guān)注。本文是在實(shí)驗(yàn)室已研究的[Ni4Al（OH）10]OH基礎(chǔ)上，通過(guò)化學(xué)共沉淀、表面化學(xué)沉積Ca2+以及物理混合摻雜不同鈣系化合物來(lái)研究[Ni4Al（OH）10]OH的電化學(xué)性能，特別是不同溫度下的電化學(xué)性能。 首先，通過(guò)化學(xué)共沉淀-

2、水熱處理法得到不同鈣含量的[Ni4Al（OH）10]OH樣品，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該系列樣品具有類(lèi)α-Ni（OH）2的晶體結(jié)構(gòu)，且經(jīng)過(guò)180℃水熱處理的樣品結(jié)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(xué)組成為[Ni3.93Al（OH）9.86]OH·0.08Ca（

3、OH）2·6.7H2O樣品表現(xiàn)出的電化學(xué)性能最佳：在800 mA·g-1充電、400 mA·g-1放電，經(jīng)過(guò)160次循環(huán)測(cè)試后仍具有較高的放電容量（321 mAh·g-1）；當(dāng)在電流密度為2000 mA·g-1下放電時(shí)，該樣品和[Ni4Al（OH）10]OH的放電容量均可達(dá)到303 mAh·g-1；在高溫65℃下測(cè)試時(shí)，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(guò)表面化學(xué)沉積法合成不同鈣含量的[Ni4Al（OH）10]OH·xCa（OH）2樣品，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該系列樣品也保持了類(lèi)α-Ni（OH）2的晶體結(jié)構(gòu)，但隨著沉淀Ca（OH）2量的增加，開(kāi)始出現(xiàn)Ca（OH）2的特征峰。電化學(xué)性能測(cè)試結(jié)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(gè)鎳原子的電子交換數(shù)（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(xué)循環(huán)穩(wěn)定性。其中以

5、化學(xué)組成為[Ni3.85Al（OH）9.7]OH·0.5Ca（OH）2·5H2O樣品的電化學(xué)性能最好。20℃和65℃時(shí)可提高0.1個(gè)NEE，40℃時(shí)可提高0.2個(gè)NEE，當(dāng)工作溫度為40℃時(shí)，經(jīng)過(guò)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(guò)物理混合摻雜不同含量、不同化合物如Ca（OH）2、CaCO3和CaF2，結(jié)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(zhì)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(zhì)的循環(huán)壽命。物理?yè)诫s適量的Ca（OH）2或CaCO3（分別以質(zhì)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(xué)循環(huán)可逆性。物理?yè)诫s適量的CaF2（5％為最佳比例）在常溫25℃時(shí)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(shí)間內(nèi)達(dá)

7、到極大值；同時(shí)也可改善樣品在高溫和低溫電化學(xué)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(duì)[Ni4Al（OH）10]OH電化學(xué)性能影響比較發(fā)現(xiàn)，以化學(xué)共沉淀-水熱處理?yè)诫s方式得到的樣品[Ni3.93Al（OH）9.86]OH·0.08Ca（OH）2·6.7H2O高溫電化學(xué)性能最好，如65℃時(shí)整體放電容量高出[Ni4Al（OH）10]OH樣品20 mAh·g-1；以表面化學(xué)沉積摻雜方式得到的樣品[Ni3.