氢氧化镍的表面修饰研究

摘要

自从Cd/Ni电池问世以来，人们就致力于改善氢氧化镍电极的性能。尤其是随着MH/Ni电池的出现，制备出比容量高、放电电压平台高、放电电流大的氢氧化镍正极就显得更加迫切。总的来说改善氢氧化镍电极的方法有两种：一种是选择合适的工艺制备出具有高比容量、高活性的氢氧化镍；另一种是通过寻找合适的添加剂及其添加方法以提高氢氧化镍的电化学性能。本论文就氢氧化镍电极的表面修饰进行了研究： 首先，综述了电池用氢氧化镍材料的研究进展，介绍了其制备方法以及各种添加剂的添加方式，添加元素及其化合物的种类对氢氧化镍电极性能的影响和添加剂的作用机理，并讨论了今后氢氧化镍正极添加剂研究的可能发展趋势。 其次，研究了球形氢氧化镍表面的金属化。通过实验得到其最佳的工艺条件，准确测定了氢氧化镍表面金属镍含量，并对其性能进行了对比研究。实验表明：三种修饰方式均能在不同程度上改善电极的可逆性，提高电极寿命。扫描电镜显示：液相还原法表面金属化镍，其在球形氢氧化镍表面均匀分布，并且表面致密光滑，从而大大降低了颗粒之间以及颗粒与基体之间的接触电阻。因此能更有效地提高电极充放电效率，较大程度地改善氢氧化镍电极性能。 最后，研究了钴的掺杂方式对氢氧化镍性能的影响。实验表明：表面修饰后的氢氧化镍电极放电容量大幅度增加，充放电效率得到提高，放电平台也有较大提高。三种修饰方式均能在不同程度上改善电极的可逆性，提高电极寿命。X射线衍射分析表明，表面修饰钻后可抑制充电过程中γ-NiOOH的生成，有利于提高电极的循环寿命。扫描电镜显示：液相还原法表面金属化钴是在球形氢氧化镍表层包覆一层细密均匀，表面致密光滑的金属钴。其振实密度高，具有较高的体积比容量，是有效改善氢氧化镍电极性能的可行的最佳修饰方式。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章电池用氢氧化镍材料的研究进展

1.1电池用Ni(OH)2的制备方法

1.1.1普通Ni(OH)2的制备

1.1.2球形Ni(OH)2的制备

1.1.3纳米Ni(OH)2的制备

1.2氢氧化镍的晶型、结构

1.3镍电极的工作机理

1.3.1中间态机理

1.3.2质子扩散机理

1.3.3氢氧根离子嵌入机理

1.4镍电极添加剂的研究

1.4.1共沉积方式

1.4.2物理添加方式

1.4.3表面沉积方式

1.5本论文研究的内容

第二章氢氧化镍表面金属化的研究

2.1实验部分

2.1.1反应原理

2.1.2主要仪器

2.1.3主要试剂

2.1.4实验步骤

2.1.5扫描电镜(SEM)和X射线衍射

2.1.6工艺流程图

2.2结果与讨论

2.2.1还原剂的选择

2.2.2还原剂浓度对反应程度的影响

2.2.3氢氧化镍加入量对还原程度的影响

2.2.4温度的影响

2.2.5 pH值的影响

2.2.6引发剂的影响

2.3粉末的表征

2.3.1 X-射线衍射

2.3.2扫描电子显微镜分析

2.4小结

第三章球形氢氧化镍表面金属镍含量的测定

3.1实验部分

3.1.1实验原理

3.1.2主要试剂和仪器

3.1.3标准工作曲线的绘制

3.1.4试样的分析

3.1.5 X射线衍射测试

3.2结果与讨论

3.2.1样品用量的影响

3.2.2酸的用量对样品溶解时间的影响

3.2.3溶解温度的影响

3.2.4紫脲酸铵用量的影响

3.2.5不同样品的计算结果

3.2.6精密度试验

3.3 XRD图谱分析

3.3.1标准工作曲线的绘制原理

3.3.2标准工作曲线的绘制

3.3.3不同样品表面单质镍的测定结果

3.4结论

第四章镍的掺杂方式对氢氧化镍性能的影响

4.1实验部分

4.1.1样品的制备

4.1.2振实密度的测定

4.1.3电阻的测量

4.1.4扫描电镜(SEM)和X射线衍射

4.1.5充放电性能测试

4.1.6循环伏安测试

4.2结果与讨论

4.2.1振实密度分析

4.2.2电阻的测量

4.2.3扫描电镜及X射线衍射

4.2.4充放电结果

4.2.5循环伏安分析

4.3小结

第五章钴的掺杂方式对氢氧化镍性能的影响

5.1实验部分

5.1.1样品的制备

5.1.2振实密度的测定

5.1.3扫描电镜(SEM)和X射线衍射

5.1.4充放电性能测试

5.1.5循环伏安测试

5.2结果与讨论

5.2.1振实密度分析

5.2.2扫描电镜及X射线衍射

5.2.3充放电结果分析

5.2.4循环伏安分析

5.3小结

结论与展望

参考文献

附录

攻读学位期间的科研成果

致谢