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改性氢氧化镍的制备、结构和电化学性能

吴梅银  
【摘要】: 氢氧化镍作为正极活性材料已经被广泛应用于MH-Ni、Cd-Ni、Fe-Ni和Zn-Ni等碱性二次电池中。目前应用于实际生产的β-Ni(OH)_2由于存在理论容量较低和镍电极膨胀等缺点,制约了MH-Ni电池电化学性能的进一步提高。针对上述问题,本论文采用Mn、Al和Bi等元素对氢氧化镍进行了掺杂改性,系统地研究了样品组成、结构和电化学性能的关系。 在第三章中,作者采用化学共沉淀法制备了锰取代的氢氧化镍样品,应用XRD技术对不同锰含量样品的相结构进行了表征,并用恒电流充放电、电流脉冲弛豫法和电化学阻抗技术研究了样品的电化学行为。XRD结果显示:锰含量少于20%时,样品主要由β相组成;而当锰含量达到28.3%时,可以得到具有纯a相结构的样品。电化学研究结果表明:掺锰的氢氧化镍样品具有优良的电化学循环稳定性;锰的掺杂提高了氢氧化镍电极的析氧电位,增大了样品的质子扩散系数;具有较低锰含量的氢氧化镍样品显示了较大的放电容量和较高的放电电位。 在第四章中,作者研究了不同Mn含量的Al取代Ni(OH)_2样品,含有添加剂Mn的Al取代Ni(OH)_2样品是单纯的α相,样品在碱中的稳定性随Mn含量的增加而增加。添加Mn提高了Al取代Ni(OH)_2电极的充电效率、循环稳定性和放电容量。含9.3%Mn的样品具有最高的放电容量,在300个循环时,容量达到了260mAh g~(-1)(NEE为1.1)。电化学阻抗谱结果表明,添加Mn显著降低了Al取代Ni(OH)_2电极的欧姆极化和电化学极化,且电极极化随Mn含量的增加而降低。 在第五章中,研究了物理掺杂和化学掺杂铋元素对Mn取代氢氧化镍电化学性能的影响。研究表明,掺杂铋元素提高了电极的放电电位和析氧电位,并提高了其充电效率,而且发现物理掺杂Bi元素提高电极放电容量的效果更为明显。EIS结果表明,添加Bi提高了Mn取代氢氧化镍电极的扩散极化,但有效地降低了电极反应的电化学极化。


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