铝钴掺杂Ni(OH)_2的制备及电化学性能研究

【摘要】Ni(OH)2作为正极材料被广泛用于镍镉、镍锌和镍氢等二次电池中。为了提高Ni(OH)2电极的放电比容量,近年来研究热点转向α-Ni(OH)2的研制,然而α-Ni(OH)2不稳定,在碱性溶液中长时间放置容易转化成p型Ni(OH)2。为了改善α-Ni(OH)2的稳定性,国内外研究发现,可以通过引入正三价或正二价金属阳离子到Ni(OH)2晶格中,来得到结构稳定的α-Ni(OH)2o在众多的金属离子中,A1因成本低、摩尔质量小、不变价,除了能稳定α相外,还能提高放电比容量和放电平台,具有良好的充放电性能和较好的电化学循环性能,因而具有很大优势,但是这种材料活化较困难,大电流放电性能也较差。由于Co具有提高充电效率和电极反应的可逆性,增强电极导电性,改善大电流充放电性能等作用；另外研究表明,采用两种或两种以上金属阳离子进行复合掺杂,会产生电荷不平衡使得材料的稳定性增强,它们之间的相互协同作用更有利于提高材料的电化学性能。因此可以考虑通过Al和Co同时掺杂来提高氢氧化镍材料的电性能。本文研究的主要内容及结果如下：1.以硫酸镍、硫酸铝、硫酸钴为原料,采用氨络合化学沉淀法分别制备球形β-Ni(OH)2,Al、Co单独掺杂以及复合掺杂的Ni(OH)2样品。实验的工艺条件如下：NiSO4溶液浓度(或NiSO4与掺杂离子溶液浓度)为1mol/L,NaOH溶液浓度为2mol/L,镍氨比(摩尔比)为1：3,体系pH值控制在11左右,反应温度为60℃。2.利用X射线衍射分析(XRD)、扫描电子显微镜(SEM).X射线能谱分析(EDS)等物理测试手段,对不同条件制备得到的Ni(OH)2产品进行分析,研究掺杂离子的种类、掺杂量以及掺杂方式对Ni(OH)2粉体的晶型结构、微观形貌、粒度其分布的影响规律。结果表明：Al掺杂对Ni(OH)2晶型结构的影响较大,当Al摩尔分数大于10%时,样品为单相α-Ni(OH)2;Al掺杂样品为纳米球状颗粒,团聚明显。Co掺杂不改变Ni(OH)2的晶型结构,样品仍为β-Ni(OH)2;Co摩尔分数为15%的样品具有花瓣状结构。铝钴复合掺杂样品呈不规则层叠状,堆积密度大,晶型结构为α-Ni(OH)2o3.采用恒流充放电技术对不同掺杂离子的Ni(OH)2样品进行研究。结果表明：A1的掺入对Ni(OH)2电性能的影响很大,放电容量和放电平台均有很大提高,但大电流放电性能变差。Co的加入对材料的放电容量和放电平台的影响不是很明显,但大电流放电性能较好。Al/Co复合掺入可以明显提高材料的放电容量和放电平台；与单独掺A1的样品相比,铝钴复合掺杂样品的放电容量增加,放电平台有所下降,而大电流充放电性能提高；与单独掺Co的样品相比,铝钴复合掺杂样品的放电容量显著增加,放电平台升高,大电流充放电性能变化不大。
【作者】张亚丽；
【导师】王玉棉；
【作者基本信息】兰州理工大学，有色金属冶金，2014，硕士
【关键词】Ni（OH）2；铝钴掺杂；电性能；

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