鎳氫電池、鋅鎳電池和鋰離子電池的正極材料制備、結構及電化學性能研究.pdf

1、百年化學電源，從伏打教授發(fā)明的伏打電堆起一路跋涉。無數的新材料研發(fā)改進，無數的技術創(chuàng)新應用，無數的化學工作者孜孜不倦等等，使得化學電源家族繁盛，日新月異。化學電源的發(fā)展推動著科學技術和生產力的發(fā)展，推動著社會和文明的進步。本文即以鎳元素(Ni)為主線，先后合成出了Ni(OH)2、NiOOH和LiNiO2以及其摻雜改進后的三類電池正極材料，并分別組裝成鎳氫電池、鋅鎳電池和鋰離子電池。 電極材料的改進對于電源性能的提高有著至關重要的

2、作用。本文首先通過添加不同含量的鎂，制備出摻雜Mg的β-Ni(OH)2電池正極材料，采用多種結構分析、熱分析以及電化學研究方法及實驗手段，深入研究了添加元素對β-Ni(OH)2正極材料的結構特征、熱學性質及電化學性能的影響，試驗結果表明：與Mn、Al等元素摻雜到一定含量后使Ni(OH)2晶型由β型轉化為a型不同，即使Mg摻雜含量達到30％，樣品仍為β型。但樣品晶格產生畸變，晶粒尺寸隨Mg含量的增加先變小后增大，電化學性能隨Mg含量的增加

3、先變好后變壞。Mg最佳含量為5％左右，此時OH數量增多，產生了大量的晶格畸變，c軸拉長，有利于質子擴散系數的變大，增強了反應的可逆性，提高了電極充電效率和活性物質的利用率，從而改善了電極的電化學性。 其次在制備出摻雜Mg的β-Ni(OH)2材料后，采用K2S2O8作為氧化劑，在強堿性條件下，使氫氧化鎳鎂進一步氧化成羥基氧化鎳鎂，成功制備出β-羥基氧化鎳鎂，而且進一步優(yōu)化工藝參數，確定最佳合成條件。由本合成路線制備出的β-羥基氧化

4、鎳具有較好的儲存穩(wěn)定性，且原材料便宜，工藝路線簡單，易于工業(yè)化生產。并考察添加元素對β-NiOOH正極材料的結構特征、熱學性質、存儲穩(wěn)定性及電化學性能的影響，試驗結果表明：摻雜Mg不改變β-Ni(OH)2及其氧化物β-NiOOH的晶體類型。摻雜一定Mg含量后，提高了晶體的結構穩(wěn)定性，使得電極材料有更好的電化學可逆性，在堿性溶液中具有更佳的儲存性能；但摻雜含量過高時，卻使得材料電化學性能變差，故Mg的摻雜最佳含量為5％左右。 最后

5、在制備出摻雜Co的β-NiOOH前驅體后，我們直接用+3價的鎳離子和氫氧化鋰進行固相燒結，避免了氧氣高溫(850 ℃)的苛刻條件，及Ni2+難于氧化為Ni3+等問題，實現了在空氣非高溫條件下合成LiNi0.9Co0.1O2的工藝條件，并通過正交方法優(yōu)化出在空氣非高溫條件下合成LiNi0.9Co0.1O2的燒結溫度和時間等工藝參數，得出最佳燒結溫度為600℃，燒結時間為24 h，此條件下晶體尺寸、層狀特性、結晶程度和有序程度都表現最佳。通