Ni（OH）-,2-電極納米添加劑對(duì)MH-Ni電池高倍率性能影響的作用機(jī)理.pdf

1、金屬氫化物鎳(MH/Ni)電池是現(xiàn)今應(yīng)用最廣泛的二次電池之一,提高M(jìn)H/Ni電池的功率特性是MH/Ni電池在電動(dòng)汽車(chē)等領(lǐng)域推廣應(yīng)用的重要任務(wù).但正極活性材料β-Ni(OH)<,2>導(dǎo)電性差的特點(diǎn)影響了MH/Ni電池高倍率性能的提高.本論文合成了納米CoO、多壁碳納米管、球形納米α-Ni(OH)<,2>和表面非晶態(tài)納米碳,并將這些納米材料作為MH/Ni電池Ni(OH)<,2>電極的添加劑,通過(guò)XRD、SEM和TEM等方法對(duì)納米添加劑進(jìn)行了

2、微觀組織結(jié)構(gòu)分析;利用循環(huán)伏安、交流阻抗和恒電流充放電等方法,對(duì)含納米添加劑的Ni(OH)<,2>電極和密封MH/Ni電池進(jìn)行了電化學(xué)性能測(cè)試,分析了各種納米添加劑對(duì)MH/Ni電池綜合電化學(xué)性能的影響,尤其是對(duì)高倍率性能的影響. 采用液相沉淀法合成納米棒狀CoCO<,3>前驅(qū)體,真空分解前驅(qū)體制備了直徑約80 nm、均勻分散的短棒狀納米CoO粉末.研究發(fā)現(xiàn):同添加普通亞微米級(jí)CoO的電極相比,添加納米CoO有效地減小了Ni(OH

3、)<,2>電極電化學(xué)反應(yīng)的歐姆阻抗和反應(yīng)阻抗,減小電化學(xué)反應(yīng)氧化還原峰值電位間距,提高電化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)電位.當(dāng)納米CoO含量為8 wt.﹪時(shí),放電比容量達(dá)到283 mAh/g,與β-Ni(OH)<,2>的理論比容量接近.正極添加納米CoO的密封MH/Ni電池具有放電比容量高、放電電壓高、內(nèi)阻小、循環(huán)壽命長(zhǎng)和高倍率放電性能優(yōu)異等特性.正極添加8 wt.﹪CoO的MH/Ni電池在10 C放電倍率下放電容量仍保有設(shè)計(jì)容量的90﹪,電池壽命為1

4、65次,相比較添加普通亞微米CoO的MH/Ni電池的115次,提高了近43﹪. 利用化學(xué)氣相沉積法(CVD)催化分解乙炔制備了結(jié)晶性良好的多壁碳納米管(CNTs),管徑約10 nm.研究結(jié)果表明,將純化、分散處理后的多壁CNTs添加到MH/Ni電池的正極,形成以CNTs為骨架的復(fù)合導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò),同時(shí)又由于CNTs的高強(qiáng)度和高韌性而維護(hù)了網(wǎng)絡(luò)的完整性.電化學(xué)交流阻抗和線性極化曲線測(cè)試證實(shí)了添加CNTs電極內(nèi)部歐姆阻抗和電化學(xué)反應(yīng)阻抗減

5、小,電極交換電流密度提高.正極添加CNTs的密封堿性MH/Ni二次電池,具有放電比容量高、容量衰減慢、循環(huán)壽命長(zhǎng)、內(nèi)阻小及內(nèi)阻增長(zhǎng)速率慢,放電中值電壓高等特性.在高倍率放電條件下正極添加CNTs的作用更為明顯.0.5 wt.﹪是比較合適的添加比例,其在10 C放電條件下當(dāng)循環(huán)次數(shù)達(dá)到120次時(shí)容量保持率仍有 85﹪.添加過(guò)多的CNTs,對(duì)電池性能的提高無(wú)益.采用合適的反應(yīng)溫度和葡萄糖溶液濃度,通過(guò)水熱反應(yīng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)球形β-Ni(OH)<,

6、2>表面非晶態(tài)納米碳修飾.電化學(xué)測(cè)試表明,在0.2 C和1 C的低中倍率下,雖然表面碳修飾的β-Ni(OH)<,2>電極電化學(xué)循環(huán)性能更穩(wěn)定,但電極活性物質(zhì)球形β-Ni(OH)<,2>的利用率約為87﹪,比普通Ni(OH)<,2>電極減少約10﹪.但在3 C倍率放電條件下,表面碳修飾的β-Ni(OH)<,2>電極在循環(huán)30周期后放電容量基本沒(méi)有變化,且放電電壓高出普通Ni(OH)<,2>電極約30 mV.此外,為了更好的實(shí)現(xiàn)碳修飾β-N

7、i(OH)<,2>電極的高倍率性能,應(yīng)適當(dāng)添加約6 wt.﹪ CoO. 采用濕化學(xué)沉淀法在醇-水體系中制備了結(jié)晶良好、粒度約20-30 nm、振實(shí)密度為1.7 g/ml的球形α-Ni(OH)<,2>,并研究討論了絡(luò)合劑與陳化時(shí)間對(duì)α-Ni(OH)<,2>組織結(jié)構(gòu)的影響.含10 wt.﹪α-Ni(OH)<,2>的復(fù)相β/α-Ni(OH)<,2>粉體,振實(shí)密度高達(dá)2.41g/ml.對(duì)β/α-Ni(OH)<,2>復(fù)相電極材料電化學(xué)性能