Al(Ⅲ)-Cu(Ⅱ)-Ca(Ⅱ)摻雜α-Ni(OH)2及復(fù)合CNTs電極材料的性能研究.pdf

1、論文系統(tǒng)闡述了α-Ni(OH)2電極活性物質(zhì)的研究進(jìn)展及氫氧化鎳電極在高溫環(huán)境下的研究現(xiàn)狀。基于多元金屬離子的“協(xié)同效應(yīng)”及其離子間“晶格畸變互補(bǔ)效應(yīng)”，同時(shí)考慮到碳納米管優(yōu)異的電化學(xué)和力學(xué)特性，采用化學(xué)共沉淀法制備了Al3+與Cu2+復(fù)合摻雜α-Ni(OH)2、Al3+/Cu2+/Ca2+三元協(xié)同摻雜α-Ni(OH)2的電極活性材料，并將Al3+與Cu2+協(xié)同摻雜α-Ni(OH)2復(fù)合碳納米管(CNTs)合成鎳極材料，研究其制備與合成

2、工藝條件及行為規(guī)律，以及其材料微結(jié)構(gòu)及物理特性。同時(shí)，分別將樣品材料作為MH-Ni電池正極活性物質(zhì)，研究其合成電極的電化學(xué)性能與效應(yīng)及其作用機(jī)理。
　　 文中通過設(shè)計(jì)L9(34)的正交實(shí)驗(yàn)，確定出制備Al3+與Cu2+協(xié)同摻雜α-Ni(OH)2的優(yōu)化工藝條件：摻雜摩爾含量Al3+為15％，Cu2+為3％，體系反應(yīng)的pH值10-11，反應(yīng)溫度50℃，反應(yīng)2h。測(cè)試結(jié)果顯示，Al3+與Cu2+復(fù)合摻雜α-Ni(OH)2具有層狀結(jié)構(gòu)，

3、微結(jié)構(gòu)結(jié)晶水含量較高，熱穩(wěn)定性增強(qiáng)。在0.2C充放電制度下，協(xié)同摻雜的樣品材料電極放電比容量為386.1mAh.g-1，經(jīng)40次充放循環(huán)后，容量衰減率僅為6.0％；在55℃高溫條件下，樣品材料電極放電比容量可達(dá)到345.7 mAh.g-1，充放電循環(huán)可逆性較好，電荷轉(zhuǎn)移電阻較小。
　　 研究Al3+、Cu2+和Ca2+三元協(xié)同摻雜α-Ni(OH)2的樣品材料和Al3+與Cu2+摻雜α-Ni(OH)2復(fù)合CNTs的樣品粉體材料，發(fā)

4、現(xiàn)其合成鎳電極材料能有效改善電極過程中電化學(xué)阻抗及抑制析氧反應(yīng)的發(fā)生，熱穩(wěn)定性增強(qiáng)，具有較高的電化學(xué)性能。其中摩爾分?jǐn)?shù)組成為Ni：Al：Cu：Ca=81:15:3:1摻雜的α-Ni(OH)2樣品電極放電比容量為408.7mAh/g，經(jīng)40次充放電循環(huán)放電容量保持率高達(dá)97.2％，樣品電極過程交換電流密度為1.53×10-2mA·cm-2。在55℃高溫條件下，放電比容量為378mAh/g，容量保持率高達(dá)80.4％；Al3+與Cu2+摻雜α

5、-Ni(OH)2復(fù)合1wt％CNTs的樣品電極在0.2C充放電制度下放電比容量為401.8 mAh/g，樣品電極過程交換電流密度為1.66×10-2mA·cm-2。經(jīng)40次充放電循環(huán)放電容量保持率高達(dá)96.05％，在高溫55℃下，放電比容量為392.5mAh/g，電極容量保持率達(dá)90.8％。
　　 研究分析樣品材料電極的微結(jié)構(gòu)及其物理特性與電化學(xué)性能效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)Al3+、Cu2+和Ca2+三元協(xié)同摻雜α-Ni(OH)2和Al3+與