Al（Ⅲ）與稀土Nd-Y-Ce復(fù)合摻雜α-Ni（OH）-,2-的制備及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、論文綜述了旺α-Ni(OH)2研究現(xiàn)狀，研究了采用化學(xué)反應(yīng)共沉淀法制備摻Al和稀土Nd、Y、Ce/A1復(fù)合摻雜的α-Ni(OH)2材料的工藝條件及行為規(guī)律，并利用XRD、EDS、TG-DTG、Raman和IR等手段對(duì)樣品材料的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征分析，同時(shí)將所制備的樣品粉體合成電極正極材料，組裝成堿性MH-Ni模擬電池，利用電池性能測(cè)試儀和電化學(xué)工作站測(cè)試其電化學(xué)性能，并對(duì)其制備工藝條件和結(jié)構(gòu)特征對(duì)電化學(xué)活性及性能的影響和作用機(jī)理進(jìn)行了討論。

2、同時(shí)，研究了各種樣品材料電極的電極過程動(dòng)力學(xué)特征。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用化學(xué)反應(yīng)共沉淀法制備摻雜鋁的α-Ni(OH)2的優(yōu)化制備條件為：摻雜摩爾含量10％的Al，體系反應(yīng)溫度40～50℃，反應(yīng)的陳化時(shí)間16h，過濾樣品洗滌后樣品于60℃干燥至恒重。文中用極差法分析了各因素對(duì)α-Ni(OH)2性能影響結(jié)果如下，影響因素?fù)诫sAl的含量>pH值>反應(yīng)溫度>陳化時(shí)間。所制備的α相Ni(OH)2，摻雜的樣品層間距較大，層間含有大量的水分子和

3、陰離子。與β-Ni(OH)2相比，單摻Al的α-Ni(OH)2，中值放電電壓平臺(tái)達(dá)1.31V，活性物質(zhì)利用率為73。35％，摻雜材料電極在40mA·g-1恒電流充電6小時(shí)，20mA·g-1恒流放電的充放電制度下，放電比容量達(dá)到345.2mAh·g-1。SOC=100％時(shí)樣品結(jié)構(gòu)為α/γ混合晶相，SOC=0時(shí)為單一的α相結(jié)構(gòu)。研究發(fā)現(xiàn)堿液中陳化1個(gè)月，樣品仍保持穩(wěn)定的α相結(jié)構(gòu)。循環(huán)伏安測(cè)試充放電循環(huán)穩(wěn)定性好。交流阻抗測(cè)試結(jié)果表明，摻雜Al

4、的α-Ni(OH)2電荷轉(zhuǎn)移電阻較小，質(zhì)子擴(kuò)散系數(shù)為2.35×10-10cm2·s-1。 在與摻雜Al相同工藝條件下采用Nd/Al、Y/Al、Ce/Al復(fù)合摻雜制備的Ni(OH)2粉體材料具有相同的α相結(jié)構(gòu)。研究發(fā)現(xiàn)，稀土元素的摻入，增加了水滑石(LDH)結(jié)構(gòu)其層間不自出結(jié)合水的數(shù)量，同時(shí)在其結(jié)構(gòu)中的不同方位形成的質(zhì)子缺陷也明顯增多。當(dāng)各樣品摻雜比分別為Ni：Nd：Al=85:3:12，Ni：Ce：Al=85:5:10，Ni：Y

5、：Al=85:5:10時(shí)，其樣品材料電極在40mA·g-1恒電流充電6小時(shí)，20mA·g-1恒流放電的充放電制度下，放電比容量分別為：344.4 mAh·g-1，362.9 mAh·g-1，386.4 mAh·g-1；放電中值電壓分別1.30V，1.29V，1.28V。研究工作還發(fā)現(xiàn)，摻雜稀土Y利于提高樣品電極的放電平臺(tái)穩(wěn)定性，抑制析氧反應(yīng)的發(fā)生。摻雜稀土Ce利于提高樣品粉體在強(qiáng)堿溶液中結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性能，改善了動(dòng)力學(xué)過程中的極化現(xiàn)象，加快

6、質(zhì)子的遷移速率。而摻雜稀土Nd則利于減小樣品電極的電化學(xué)阻抗。 分析發(fā)現(xiàn)：復(fù)合摻雜二元離子的引入，使水滑石結(jié)構(gòu)層間距增大且插入的水分子和陰離子明顯增多，其與層內(nèi)的OH形成較強(qiáng)的氫鍵作用， NiO2層層之間結(jié)合力增強(qiáng)，從而使得α相結(jié)構(gòu)能比較穩(wěn)定地存在。此外，摻雜離子取代部分鎳的位置，在Ni(OH)2和NiOOH品格中形成陽離子型雜質(zhì)缺陷，一定缺陷的存在減小了電荷的傳遞阻抗，提高了Ni2+/Ni3+間的電極反應(yīng)可逆性，增強(qiáng)充放電過程