元素钇对改善球型Ni(OH)正极高温性能的作用

摘要

随着环境问题的日益恶化,电动汽车及其他电动交通工具的发展,越来越要求高能量输出、高能量密度的二次电池.目前,镍氢二次电池以其良好的性价比被作为电动车用电池的最佳选择,但还存在着一些高温充放电性能的改善问题.镍氢电池正极中活性物质使用的是球型Ni(OH)<,2>,它的性能好坏,直接关系到电池的品质.我们知道,高温下镍电极上的析氧过电位较小,电极氧化过程和析氧过程会同时进行,因此在高温下充电必然会有大量的电能消耗在析氧上,导致充电效率降低,放电比容量下降.为了提高镍电极的高温性能,该论文主要研究了元素钇对改善球型Ni(OH)<,2>正极高温性能的作用.我们首先研究了外掺Y<,2>O<,3>对球型Ni(OH)<,2>正极高温性能的影响.研究发现,在高温60℃下,外掺Y<,2>O<,3>的球型Ni(OH)<,2>比普通球型Ni(OH)<,2>的放电比容量要高出很多,在0.2C充放电情况下,1﹪是最佳的掺杂比,在1C充放电情况下,0.2﹪是最佳的掺杂比.而循环伏安的测试结果和充放电的测试结果也是一致的.接着我们研究了表面包覆Y(OH)<,3>的球型Ni(OH)<,2>的高温性能,得出了和外掺Y<,2>O<,3>相类似的结论.而相对于外掺,表面包覆Y(OH)<,3>的球型Ni(OH)<,2>的高温性能则更稳定,循环寿命也更好.最后我们研究了内掺钇的球型Ni(OH)<,2>的高温性能.研究发现内掺1﹪是最佳的掺杂比例,并且通过不同扫速下循环伏安的研究,发现它的扩散系数比普通球型Ni(OH)<,2>要大得多.我们还对以内掺1﹪钇的球型Ni(OH)<,2>为正极的AAA型电池进行了研究,发现其高温性能比以普通球型Ni(OH)<,2>为正极的电池高出许多.论文中还对钇元素提高球型Ni(OH)<,2>正极高温性能的原因进行了探讨.该论文通过三种方法对镍氢电池正极材料球型Ni(OH)<,2>进行改性,提高了球型Ni(OH)<,2>在高温下的充放电效率,进而提高了它的放电比容量,这对于镍氢电池在电动车领域的应用有着重要的理论和实际上的意义.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1镍电极的发展概况及工作原理

1.1.1镍电极的发展概况

1.1.2镍电极的工作原理

1.1.3球型Ni(OH)2的制备

1.1.4纳米Ni(OH)2的制备

1.1.5各种元素掺杂对Ni(OH)2电极电化学性能的影响

1.2混合电动车用Ni-MH电池的发展

1.3球型Ni(OH)2高温性能的研究现状

1.4基本研究方法

1.4.1循环伏安实验(CV)

1.4.2粉末微电极

1.5本文工作内容及意义

参考文献

第二章外掺Y2O3对Ni(OH)2正极高温性能的影响

2.1本章简介

2.2实验内容

2.2.1外掺Y2O3和球型Ni(OH)2的混合

2.2.2电极制作

2.2.3电化学性能测试

2.2.4微电极循环伏安测试

2.3结果与讨论

2.3.1普通球型Ni(OH)2的充放电

2.3.2外掺Y2O3的球型Ni(OH)20.2C的充放电

2.3.3外掺Y2O3的球型Ni(OH)21C的充放电

2.3.4不同充电倍率对球型Ni(OH)2充放电性能的影响

2.3.5外掺Y2O3不同温度下球型Ni(OH)2的放电比容量变化

2.3.6普通与外掺Y2O3的球型Ni(OH)2的循环伏安图

2.3.7析氧反应的变化

2.4本章小节

第三章表面包覆Y(OH)3的球型Ni(OH)2的高温充放电性能

3.1本章简介

3.2实验内容

3.2.1球型Ni(OH)2表面包覆Y(OH)3的合成

3.2.2 XRD测试

3.2.3电镜测试

3.2.4 XPS光电子能谱测试

3.2.5电极制作

3.2.6电化学性能测试

3.2.7微电极循环伏安测试

3.3结果与讨论

3.3.1包覆1％Y(OH)3的球型Ni(OH)2的XRD图

3.3.2包覆1％Y(OH)3的球型Ni(OH)2的SEM图

3.3.3包覆1％Y(OH)3的球型Ni(OH)2的XPS谱图

3.3.4普通球型Ni(OH)2的充放电曲线

3.3.5包覆钇的球型Ni(OH)2的0.2C充放电曲线

3.3.6包覆钇的球型Ni(OH)2的1C充放电曲线

3.3.7普通与包覆1％Y(OH)3的球型Ni(OH)2的循环伏安图

3.4本章小节

第四章内掺钇的球型Ni(OH)2的高温充放电性能

4.1本章简介

4.2实验内容

4.2.1内掺钇的球型Ni(OH)2的合成

4.2.2 XRD测试

4.2.3电镜测试

4.2.4 XPS光电子能谱测试

4.2.5电极制作

4.2.6电化学性能测试

4.2.7微电极循环伏安测试

4.2.8 AAA型电池测试

4.3结果与讨论

4.3.1掺杂不同钇含量的球型Ni(OH)2的60℃0.2C放电比容量

4.3.2掺杂量为1％的球型Ni(OH)2的XRD图及晶胞参数

4.3.3掺杂量为1％的球型Ni(OH)2的TEM图

4.3.4普通和内掺1％钇球型Ni(OH)20.2C放电比容量随温度变化曲线

4.3.5普通和内掺1％钇球型Ni(OH)20.2C充放电曲线

4.3.6普通与内掺1％钇的球型Ni(OH)2的循环伏安图

4.3.7质子扩散行为研究

4.3.8电极寿命研究

4.3.9 AAA型电池性能比较

4.3.10几种掺杂方式的比较

4.4本章小节

参考文献

第五章总结

硕士研究生期间发表论文及申请专利和获奖情况

致谢