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均匀沉淀法制备Al取代α-Ni(OH)_2及其结构和电化学性能研究

黄娜  
【摘要】:目前在镍电极中,应用于实际生产的活性物质β-Ni(OH)_2的电化学容量提高的潜力有限,制备稳定且具有良好电化学性能的α-Ni(OH)_2成为研究的热点。本论文在有机溶剂中采用尿素均相沉淀法制备了Al掺杂改性的的α-Ni(OH)_2,它可以在强碱中稳定存在,并具有良好的电化学性能。 在论文的第三章中,作者先对尿素均相沉淀法的各个工艺条件对制备产物的充放电和循环性能的影响分别进行了研究,摸索出合适的工艺,即采用30%乙醇水溶液,镍盐浓度为0.7mol/L,尿素溶液的浓度为4.5 mol/L,表面活性剂为溶液总体积的1%(体积比),反应过程中将镍盐溶液和尿素溶液流速控制在0.5 mL/min,控制反应的PH值,同时快速强烈搅拌,反应温度控制在90℃±2℃,干燥温度为60℃,将会得到电化学综合性能较好,片厚约为10~20 nm、具有特殊片状微观结构的α-Ni(OH)_2,样品的放电容量达到320 mAh/g。 制备的Al取代α-Ni(OH)_2在添加CoO的条件下,放电容量接近390mAh/g,与β-Ni(OH)_2相比,充电电压低50mV左右,平均放电电压高100mV,具有良好的电化学性能。循环伏安研究表明,这种具有特殊片状结构的α-Ni(OH)_2具有很高的电化学活性,电化学可逆性良好。且其质子扩散系数远大于商业用β-Ni(OH)_2,阻抗分析也表明制备的Al取代的α-Ni(OH)_2具有较低的质子扩散阻抗。 在第五章中,制备了Al和Zn复合取代的α-Ni(OH)_2,获得一种具有特殊表面片状结构、片厚约为5~10 nm的样品。在不同含量的Al和Zn复合取代中,20%(摩尔含量)的Zn单独取代不能得到完整的α型氢氧化镍。Al和Zn的复合取代有利于降低充电电压,提高析氧电位,提高充电效率,降低晶粒尺寸和结晶度,提高样品的比表面积,使电极具有更好的反应可逆性和循环稳定性。但与Al取代α-Ni(OH)_2相比,Ni-Al-Zn-α-Ni(OH)_2在放电电压、放电容量、电化学活性等方面不具优势。交流阻抗研究表明,Ni-Al-Zn-α-Ni(OH)_2电极具有与Al取代α-Ni(OH)_2相同的阻抗等效电路图。 在第六章中,利用尿素均相沉淀法制备了Al、Co复合取代α-Ni(OH)_2,获得一种具有特殊表面片状结构、片厚约为5~15 nm的样品。与物理掺杂CoO粉末的α-Ni(OH)_2相比,Al-Co复合取代的α-Ni(OH)_2具有较低的充电电压和较高的析氧电位,具有较好的充电效率,但放电电压和放电容量则有所降低。循环伏安测试和质子扩散系数计算结果也表明,化学共沉积Al、Co复合取代α-Ni(OH)_2的电化学活性不如物理掺杂CoO粉末的Al代α-Ni(OH)_2,但适宜的Al-Co复合取代,可以较大程度地提高α-Ni(OH)_2电极的反应可逆性。


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