鎳電極材料的制備及其性能表征.pdf

1、氫氧化鎳作為多種堿性電池的正極活性物質(zhì)，對電池的容量、壽命和電化學(xué)性能起關(guān)鍵作用。氫氧化鎳具有兩種形態(tài)，一種是α-Ni(OH)2，另一種是β-Ni(OH)2，這兩種形態(tài)結(jié)構(gòu)相似，均由NiO2層板組成，層間夾雜水分子和一些陰離子，但是β-Ni(OH)2層板結(jié)構(gòu)平行堆疊，晶胞排列整齊，而α-Ni(OH)2層板結(jié)構(gòu)雜亂堆疊，呈“紊態(tài)”結(jié)構(gòu)，正是這種雜亂堆疊使得晶體結(jié)構(gòu)空穴增多，電子轉(zhuǎn)移數(shù)較多，從而使α-Ni(OH)2比β-Ni(OH)2具有更

2、高的理論比容量;但是α-Ni(OH)2的這種“紊態(tài)”結(jié)構(gòu)也有不足之處，在堿性環(huán)境下并不穩(wěn)定，層間水分子或陰離子會被OH-取代，導(dǎo)致轉(zhuǎn)變?yōu)棣?Ni(OH)2結(jié)構(gòu)。目前，應(yīng)用于實際生產(chǎn)的β-Ni(OH)2電化學(xué)容量已接近理論值，放電比容量方面不會有較大幅度的提升，因此，制備穩(wěn)定且具有良好電化學(xué)性能的α-Ni(OH)2成為研究的熱點。
　　 本論文選用尿素和六水合硝酸鎳為原料，采用水熱法，合成了粒徑較小、顆粒尺寸均一且具有較大比表面積

3、的純相α-Ni(OH)2，考察了反應(yīng)物濃度、物料配比、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間等因素對產(chǎn)物晶型結(jié)構(gòu)、粒徑大小和形貌的影響，篩選出合成α-Ni(OH)2的最佳條件，并用XRD、粒度分析、BET、紅外分析對其物化性能表征和用循環(huán)伏安法表征其電化學(xué)性能。結(jié)果表明，當(dāng)硝酸鎳濃度為0.05mol/L，尿素與六水合硝酸鎳的摩爾比為3∶1，反應(yīng)時間為4h，反應(yīng)溫度為150℃時，制備的樣品為純相α-Ni(OH)2，其粒徑主要分布在10.09μm-22.79μ

4、m，SBET=61.64m2/g，氧化電位與還原電位差值為0.2V，差值較大，電化學(xué)可逆性較差，所以該材料電化學(xué)反應(yīng)的可逆性需要進一步優(yōu)化;析氧電位與氧化電位的差值為0.16V，抑制析氧反應(yīng)方面還有待于提高。
　　 為了獲得性能更加優(yōu)良的α-Ni(OH)2，本工作通過引入Al、Zn、Al/Zn復(fù)合摻雜到Ni(OH)2晶格中，合成的摻雜α-Ni(OH)2在堿性溶液中能穩(wěn)定存在且具有更好的循環(huán)性能。采用水熱法制備出Al取代α-Ni(

5、OH)2，對其合成工藝條件進行了一系列討論，結(jié)果表明:Al的取代量為20％、25％、尿素與金屬鹽的摩爾比為3∶1時結(jié)晶較好，反應(yīng)時間和反應(yīng)溫度對產(chǎn)物晶型影響不明顯;Al取代α-Ni(OH)2粒徑主要分布在15-30μm，平均粒徑為17.29μm，SBET=67.21 m2/g，在堿性環(huán)境中能穩(wěn)定存在;氧化電位與還原電位差值為0.24V，析氧電位與氧化電位的差值為0.10V，與單一α-Ni(OH)2比較，在可逆性和抑制析氧反應(yīng)方面并未得到

6、改善。采用水熱法制備出Zn取代α-Ni(OH)2，對其合成工藝條件進行了一系列討論，結(jié)果表明:Zn的取代量、尿素與金屬鹽的摩爾比、反應(yīng)時間和反應(yīng)溫度對產(chǎn)物晶型影響均不太明顯，只有結(jié)晶度略有變化，Zn取代α-Ni(OH)2粒徑主要分布在10-25μm之間，平均粒徑為14.34μm，SBET=118.67m2/g，在堿性環(huán)境中能穩(wěn)定存在;氧化電位Va與還原電位Vc的差值為0.16V，析氧電位Vo與氧化電位Va的差值為0.05V，與單一α-N

7、i(OH)2比較，氧化電位與還原電位的差值(Va-Vc)降低了0.04V， Zn的摻雜使α-Ni(OH)2在可逆性方面有改善。采用水熱法制備出Al/Zn復(fù)合取代α-Ni(OH)2，對其合成工藝條件進行了一系列討論，結(jié)果表明:尿素與金屬鹽的摩爾比為5∶1時結(jié)晶較好，反應(yīng)時間和反應(yīng)溫度對產(chǎn)物晶型影響不明顯;Al/Zn復(fù)合取代α-Ni(OH)2粒徑主要分布在5-15μm，平均粒徑為10.78μm，SBET=146.59m2/g，在堿性環(huán)境中能