Ni（OH）-,2-電極納米添加劑對MH-Ni電池高倍率性能影響的作用機理.pdf

1、金屬氫化物鎳(MH/Ni)電池是現(xiàn)今應用最廣泛的二次電池之一,提高MH/Ni電池的功率特性是MH/Ni電池在電動汽車等領(lǐng)域推廣應用的重要任務.但正極活性材料β-Ni(OH)<,2>導電性差的特點影響了MH/Ni電池高倍率性能的提高.本論文合成了納米CoO、多壁碳納米管、球形納米α-Ni(OH)<,2>和表面非晶態(tài)納米碳,并將這些納米材料作為MH/Ni電池Ni(OH)<,2>電極的添加劑,通過XRD、SEM和TEM等方法對納米添加劑進行了

2、微觀組織結(jié)構(gòu)分析;利用循環(huán)伏安、交流阻抗和恒電流充放電等方法,對含納米添加劑的Ni(OH)<,2>電極和密封MH/Ni電池進行了電化學性能測試,分析了各種納米添加劑對MH/Ni電池綜合電化學性能的影響,尤其是對高倍率性能的影響. 采用液相沉淀法合成納米棒狀CoCO<,3>前驅(qū)體,真空分解前驅(qū)體制備了直徑約80 nm、均勻分散的短棒狀納米CoO粉末.研究發(fā)現(xiàn):同添加普通亞微米級CoO的電極相比,添加納米CoO有效地減小了Ni(OH

3、)<,2>電極電化學反應的歐姆阻抗和反應阻抗,減小電化學反應氧化還原峰值電位間距,提高電化學反應的反應電位.當納米CoO含量為8 wt.﹪時,放電比容量達到283 mAh/g,與β-Ni(OH)<,2>的理論比容量接近.正極添加納米CoO的密封MH/Ni電池具有放電比容量高、放電電壓高、內(nèi)阻小、循環(huán)壽命長和高倍率放電性能優(yōu)異等特性.正極添加8 wt.﹪CoO的MH/Ni電池在10 C放電倍率下放電容量仍保有設(shè)計容量的90﹪,電池壽命為1

4、65次,相比較添加普通亞微米CoO的MH/Ni電池的115次,提高了近43﹪. 利用化學氣相沉積法(CVD)催化分解乙炔制備了結(jié)晶性良好的多壁碳納米管(CNTs),管徑約10 nm.研究結(jié)果表明,將純化、分散處理后的多壁CNTs添加到MH/Ni電池的正極,形成以CNTs為骨架的復合導電網(wǎng)絡(luò),同時又由于CNTs的高強度和高韌性而維護了網(wǎng)絡(luò)的完整性.電化學交流阻抗和線性極化曲線測試證實了添加CNTs電極內(nèi)部歐姆阻抗和電化學反應阻抗減

5、小,電極交換電流密度提高.正極添加CNTs的密封堿性MH/Ni二次電池,具有放電比容量高、容量衰減慢、循環(huán)壽命長、內(nèi)阻小及內(nèi)阻增長速率慢,放電中值電壓高等特性.在高倍率放電條件下正極添加CNTs的作用更為明顯.0.5 wt.﹪是比較合適的添加比例,其在10 C放電條件下當循環(huán)次數(shù)達到120次時容量保持率仍有 85﹪.添加過多的CNTs,對電池性能的提高無益.采用合適的反應溫度和葡萄糖溶液濃度,通過水熱反應實現(xiàn)了對球形β-Ni(OH)<,

6、2>表面非晶態(tài)納米碳修飾.電化學測試表明,在0.2 C和1 C的低中倍率下,雖然表面碳修飾的β-Ni(OH)<,2>電極電化學循環(huán)性能更穩(wěn)定,但電極活性物質(zhì)球形β-Ni(OH)<,2>的利用率約為87﹪,比普通Ni(OH)<,2>電極減少約10﹪.但在3 C倍率放電條件下,表面碳修飾的β-Ni(OH)<,2>電極在循環(huán)30周期后放電容量基本沒有變化,且放電電壓高出普通Ni(OH)<,2>電極約30 mV.此外,為了更好的實現(xiàn)碳修飾β-N

7、i(OH)<,2>電極的高倍率性能,應適當添加約6 wt.﹪ CoO. 采用濕化學沉淀法在醇-水體系中制備了結(jié)晶良好、粒度約20-30 nm、振實密度為1.7 g/ml的球形α-Ni(OH)<,2>,并研究討論了絡(luò)合劑與陳化時間對α-Ni(OH)<,2>組織結(jié)構(gòu)的影響.含10 wt.﹪α-Ni(OH)<,2>的復相β/α-Ni(OH)<,2>粉體,振實密度高達2.41g/ml.對β/α-Ni(OH)<,2>復相電極材料電化學性能