有机溶剂中α型氢氧化镍的合成、结构及电化学性能

摘要

Ni(OH)<,2>是在Ni-Cd、Ni-Zn和Ni-MH等碱性可充电池中已广泛应用的正极活性物质.它有α-和β-Ni(OH)<,2>两种形态,目前实际应用的是β-Ni(OH)<,2>.但β-Ni(OH)<,2>的理论电化学容量偏低,制约了Ni-MH电池综合电化学性能的提高.α-Ni(OH)<,2>虽具有较高的电化学容量,但在强碱性介质中不够稳定,易转变为β型.近年来,人们采用化学共沉淀法在其中掺杂金属离子,得到取代的α-Ni(OH)<,2>,提高了稳定性,但在水溶液体系中得到的产品密度偏低,导致其体积比容量低,难以达到实用化的要求.为了解决这一问题,该文首次在有机溶剂体系中采用化学共沉淀法制备了Al取代的α-Ni(OH)<,2>.经XRD和FTIR表征确认,在有机溶剂体系中采用化学共沉淀法合成得到了Al取代的α-Ni(OH)<,2>.所得产品不仅堆积密度大(1.5~1.7 g·cm<'-3>),电化学容量高(~300mA·h·g<'-1>),而且具有与一般α-Ni(OH)<,2>同样的易活化、放电中点电位高、放电平台平坦等优点,其综合电化学性能明显优于商品β-Ni(OH)<,2>.采用有机溶剂法制备了不同Al含量的取代Ni(OH)<,2>,用XRD和FTIR手段测试了上述样品的相结构,研究了它们在6.0 molL<'-1>KOH中的结构稳定性,并探讨了结晶度对电化学性能的影响.结果表明:Al含量7.5﹪(摩尔百分比)的样品为α-Ni(OH)<,2>和β-Ni(OH)<,2>的混合结构,Al含量13.2﹪和17.2﹪的样品则为纯α相结构:在6.0 molL<'-1>KOH中陈化时的结构稳定性随着Al含量的增加而增加,Al含量17.2﹪的样品在室温陈化30天时结构非常稳定;随着Al含量的增加,样品的结晶度增加,电极极化减小,放电中点电位升高,电化学容量增大.研究了有机溶剂中不同价态金属离子Zn<'2+>、Bi<'3+>和Ti<'4+>分别与Al<'3+>对Ni(OH)<,2>的复合取代.电化学性能测试结果表明:当Zn、Al取代量分别为3﹪和15﹪时,ZnAl复合取代样品的电化学活性最好;掺Bi使得析氧过电位显著增加.

目录

文摘

英文文摘

第一章文献综述

1.1 Ni-MH电池基本原理及特点

1.2镍电极发展概况

1.2.1各种形式的镍导电基体

1.2.2活性物质的载入方式

1.3镍电极活性物质的结构和性质

1.4 Ni(OH)2的制备

1.4.1化学合成法

1.4.2电化学合成法

1.5 Ni(OH)2的掺杂改性

1.6 α-Ni(OH)2的稳定化

1.7论文选题的目的及意义

第二章研究内容与测试方法

2.1研究内容

2.2化学药品和仪器

2.3涂膏式镍电极的制作

2.4样品的电化学性能测定

2.5样品的含量分析与结构表征

第三章有机溶剂中Al取代α-Ni(OH)2的合成及与β-Ni(OH)2的对比研究

3.1制备方法

3.2结构表征

3.3电化学性能

3.4小结

第四章有机溶剂中不同含量Al取代α-Ni(OH)2的结构及电化学性能

4.1样品的结构表征

4.2样品的结晶度及其对电化学性能的影响

4.3不同Al含量取代α-Ni(OH)2的结构稳定性

4.4小结

第五章有机溶剂中复合取代α-Ni(OH)2的初步研究

5.1ZnAl复合取代的α-Ni(OH)2

5.1.1小电流活化

5.1.2大电流循环

5.2 AlBi及AlTi复合取代的α-Ni(OH)2

5.2.1样品的结构表征

5.2.2小电流活化

5.2.3循环寿命测试

5.3小结

第六章总结与展望

参考文献

附录硕士期间发表或接受的论文

致谢