陰陽離子復(fù)合摻雜α-Ni（OH）-,2-的制備及電化學(xué)性能研究.pdf

1、本文采用了化學(xué)共沉淀法，研究了PO43-和Al3+，Al3+和Cl-，Zn2+和PO43-陰陽離子復(fù)合摻雜制備的a-Ni(OH)2鎳電極活性材料的工藝條件及其行為規(guī)律，樣品材料的結(jié)構(gòu)特征，電化學(xué)活性及其電化學(xué)性能。同時(shí)探討了陰陽離子復(fù)合摻雜a-Ni(OH)2電極材料的電化學(xué)作用效應(yīng)機(jī)理。 研究實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用化學(xué)反應(yīng)共沉淀法在PH=11,T=50℃連續(xù)攪拌反應(yīng)3h,在60℃陳化16h，然后冼滌過濾，并在恒溫60℃干燥12h，可

2、成功制備PO43-和Al3+，Al3+和Cl-,Zn2+和PO43-分別復(fù)合摻雜的三種a-Ni(OH)2粉體材料。 通過研究發(fā)現(xiàn)，復(fù)合摻雜PO43-和Al3+的a-Ni(OH)2粉體材料具有0.8101nm較大的層間距，結(jié)構(gòu)層間含有較多的水分子，氫鍵作用增強(qiáng)。熱分析表明失水量分別為33.9％(僅摻雜Al3+的a-Ni(OH)2的失水量為31.92％)。當(dāng)復(fù)合摻雜PO43-和.Al3+在固相材料中摩爾百分比分別為4.2％和12.1

3、％含量時(shí)的a-Ni(OH)2作為鎳電極活性材料，組裝成MH-Ni模擬電池，以80mA/g恒電流充電5h，40mA/g恒電流放電，終止電壓為1.0V的充放電制度下，其充放電電壓相對(duì)較低，放電中值電壓達(dá)1.303V，放電比容量達(dá)348.51 mAh/g，電極材料經(jīng)30次充放電循環(huán)的過程中沒有β相的Ni(OH)2生成，材料在堿性電解液電極過程中結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，且其電極只需經(jīng)二次充放電循環(huán)就完全活化，同時(shí)通過交流阻抗測(cè)試，電極反應(yīng)電化學(xué)阻抗比單獨(dú)摻雜

4、Al3+的a-Ni(OH)2較小，質(zhì)子擴(kuò)散系數(shù)較大為9.12×10-10cm2/s。 對(duì)于Zn2+和PO43-的復(fù)合摻雜制備a-Ni(OH)2，研究發(fā)現(xiàn)隨著陽離子Zn2+含量相對(duì)增加，陰離子PO43-含量相對(duì)減少，晶胞參數(shù)a和c逐漸增大，當(dāng)PO43-和Zn2+在樣品材料中摩爾百分比分別為5.21％和23.4％時(shí)所制備的粉體材料為較規(guī)整的a相Ni(OH)2，材料電極在強(qiáng)堿性溶液中及其在充放電電極過程中結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，具有1.34V較高的

5、放電中值電壓和放電平臺(tái)，放電比容量為335.31mAh/g，充放電循環(huán)可逆性有很好的重現(xiàn)性，質(zhì)子擴(kuò)散系數(shù)為1.23×10-11cm2/s。 對(duì)于Cl-和Al3+陰陽離子復(fù)合摻雜制備的a-Ni(OH)2粉體材料，通過XRD，IR，Roman，TG，對(duì)其微結(jié)構(gòu)表征測(cè)試分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)Cl-和Al3+的摻入摩爾百分比為7.8％和13.1％時(shí)，樣品顆粒結(jié)晶度大而且a相結(jié)構(gòu)較規(guī)整，具有一定的微結(jié)構(gòu)缺陷。樣品材料電極組裝的MH-Ni電池，在

6、上述相同的充放電制度下，放電比容量為344.3mAh/g，放電電壓穩(wěn)定于1.31V，同時(shí)循環(huán)可逆性較好。采用TG-DSC熱重分析技術(shù)分析發(fā)現(xiàn)，Cl-和Al3+陰陽離子復(fù)合摻雜的a-Ni(OH)2粉體材料隨著鋁含量的相對(duì)減少，氯離子含量的相對(duì)增加，樣品的熱穩(wěn)定性變差。當(dāng)Al3+含量為12.65％，Cl-含量為9.1％時(shí)在30次充放電循環(huán)后發(fā)生了a/β相轉(zhuǎn)變。質(zhì)子擴(kuò)散系數(shù)為2.96×10-10cm2/s。研究分析Al3+，Zn2+等陽離子和