Ni/Al–LDH/纳米碳原位复合电极材料的制备及性能研究

摘要

随着电动工具的大力倡导及快速发展和移动电子产品消费的日益增长,高容量和高功率特性已成为当前二次电池研究中面临的不可回避关键核心问题。而金属氢化物镍(MH-Ni)电池的正极活性材料 Ni(OH)2是一类低导电性的半导体电极材料,这直接限制了其高功率特性的提高。将Al3+金属离子引入到骨架镍层中,得到层间距更大的且结构稳定的水滑石型镍铝双金属氢氧化物(Ni/Al?LDH),提高了材料表面的导电性,但无法提高材料体相内部的导电性。碳纳米材料由于具有良好的电子导电性、稳定的物理化学性质和较高的拉伸强度等独特性质,非常有望作为 MH?Ni电池新型的添加剂。目前碳纳米管和氧化石墨烯已经在锂离子电池、燃料电池、超级电容器等电化学领域获得了广泛的应,并取得了令人振奋的结果。为了改善Ni(OH)2的导电性,提高其作为镍氢电池正极材料的倍率性能,本论文通过均相沉淀法将液相中现场生成的 Ni/Al?LDH负载于多壁碳纳米管(MCNTs)、氧化石墨烯(GO)表面,形成一种高性能的复合电极活性材料。
　　1.采用均相沉淀法成功制备了MCNTs复合质量分数分别为0％、1%、3%和5%的Ni/Al?LDH/MCNTs原位复合电极活性材料。采用 XRD、FT?IR、Raman和FESEM表征了材料的微观结构和形貌,发现复合MCNTs没有改变Ni/Al?LDH的晶型结构。采用CV、EIS和充放电测试研究了该复合材料作为镍氢电池正极材料的电化学性能。结果表明,在Ni/Al?LDH中复合MCNTs能够提高材料的电化学活性,降低电化学反应电阻,显著改善材料的大电流充放电性能。其中MCNTs含量为3%的Ni/Al?LDH/MCNTs复合材料具有最佳的电化学性能。
　　2.采用均相沉淀法成功制备了GO复合质量分数分别为0%、0.2%、0.5%、0.8%和1.0%的Ni/Al-LDH/GO原位复合电极活性材料。采用XRD、FT?IR、Raman和FESEM表征了材料的微观结构和形貌,发现复合 GO没有改变 Ni/Al?LDH的晶型结构,但使Ni/Al-LDH的层间距增大,层间含有更多的水分子和阴离子。采用 CV、EIS和充放电测试研究了该复合材料作为镍氢电池正极材料的电化学性能。结果表明,在Ni/Al?LDH中复合GO能够提高材料的电化学活性,降低电化学反应电阻,显著改善材料的大电流充放电性能。其中GO含量为0.8%的Ni/Al?LDH/GO复合材料具有最佳的电化学性能。
　　3.在以上两部分实验基础上,制备了一系列 MCNTs和 GO不同复合质量分数的Ni/Al?LDH/ MCNTs/GO原位复合电极活性材料。FESEM分析发现在Ni/Al?LDH中复合MCNTs/GO能够细化颗粒,使Ni/Al?LDH由具有片状次级结构的颗粒转变为由三维花瓣状的晶片堆叠成类球形结构。电化学性能测试表明,在 Ni/Al?LDH中复合MCNTs/GO能够提高材料的电化学活性、降低电化学反应电阻、改善材料的大电流充放电性能。其中复合1% MCNTs+0.8% GO的Ni/Al?LDH/MCNTs/GO复合材料整体性能相对较优。

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第1章 绪论

1.1 引言

1.2 镍氢电池的研究概况

1.3 层状双金属氢氧化物（LDH）的研究概况

1.4 纳米碳材料在氢氧化镍电极中的应用

1.5 论文选题的目的及主要研究内容

第2章 实验方法和条件

2.1 实验材料和仪器

2.2 Ni/Al?LDH/纳米碳复合材料的制备方法

2.3 样品粉体材料的结构表征

第3章 Ni/Al?LDH/MCNTs复合材料的制备及电化学性能

3.1 样品材料的制备

3.2 样品粉体材料的结构表征

3.3 样品电极的电化学性能研究

3.4 本章小结

第4章 Ni/Al?LDH/GO复合材料的制备及电化学性能

4.1 样品材料的制备

4.2 样品粉体材料的结构表征

4.3 样品电极的电化学性能研究

4.4 本章小结

第5章 Ni/Al?LDH/MCNTs/GO复合材料的制备及电化学性能

5.1 样品材料的制备

5.2 样品粉体材料的结构表征

5.3 样品电极的电化学性能研究

5.4 本章小结

第6章 结论

参考文献

申请硕士学位期间的研究成果及发表的学术论文

个人简历

致谢