镍氢电池正极材料的改性及新型锂离子电池正极材料的研究
采用稀土元素Lu的化合物作为添加剂，利用机械混合(Lu<,2>O<,3>)和表面包覆(Lu(OH)<,3>)两种方式对球形β-Ni(OH)<,2>进行高温电化学性能的改性。通过 XRD、SEM、XPS等测试手段对所得样品进行表征，采用充电放测试和循环伏安测试等对其进行电化学性能的研究。结果表明，最佳的外掺比例为3.5wt％(即摩尔比例为1.3mol％)，最佳的包覆比例为0.8 mol％(Lu：Ni)；这两种添加元素Lu的化合物的方法均可明显提高析氧过电位、抑制氧气的析出并提高镍电极高温充电效率，这两种方法的作用机理相同；高温60℃、0.2C倍率下，普通球形β-Ni(OH)<,2>的放电比容量仅为123.6 mAh/g，外掺3.5wt％Lu<,2>O<,3>的球镍电极的放电比容量可达230.3mAh/g，而表面包覆0.8mol％Lu(OH)<,3>的球镍电极的放电比容量可达233mAh/g；采用表面包覆方式所需的Lu量较低，且所得材料的稳定性较好。
采用简单易行的均相沉淀法，在反应溶液中不含有表面活性剂或模板的情况下，制备了具有规则形貌的球形多孔α-Ni(OH)<,2>新型材料。球形多孔α-Ni(OH)<,2>新型材料的最佳合成条件是：反应温度为90℃、 [Al<'3+>]/([Al<'3+>]+[Ni<'2+>])比例为20mol％、反应时间为12h。在最佳条件下所得的球形α-Ni(OH)<,2>材料在常温0.2C倍率的放电比容量可达到338mAh/g，且循环性能良好。
研究了α-Ni(OH)<,2>材料的高温电化学性能，并利用均相沉淀法合成了内掺稀土Y元素的α-Ni(OH)<,2>材料，以提高其高温充电效率。XRD、SEM、TEM、充电放测试和循环伏安测试等结果表明，内掺Y元素的比例对所得样品的形貌、微晶形状和电化学性能均有影响；5.8mol％(Y：Ni)为最佳的内掺比例；在高温60℃、0.2C倍率下，内掺5.8mol％Y元素的α-Ni(OH)<,2>材料具有250mAh/g的放电比容量，远高于不含稀土Y元素的α-Ni(OH)<,2>材料的高温放电比容量(157mAh/g)。
利用均相沉淀法在球形β-Ni(OH)<,2>表面沉积不同比例的纳米α-Ni(OH)<,2>材料，从而得到了新型的α-Ni(OH)<,2>/β-Ni(OH)<,2>复合材料。这种复合材料结合了球形β-Ni(OH)<,2>材料的高密度和α-Ni(OH)<,2>材料的高比容量、高可逆性的优点。表征结果和充电放测试、循环伏安测试等结果表明，最佳α-Ni(OH)<,2>的包覆比例为20mol％；当采用最佳包覆比例时，复合材料的放电比容量为271mAh/g，且电化学可逆性优于β-Ni(OH)<,2>材料；此外复合材料的振实密度远高于α-Ni(OH)<,2>材料。
通过利用Cl元素取代LiVPO<,4>F材料中的F元素，采用一步水热法，制备了一种新型氯化磷酸锂盐正极材料即LiVPO<,4>Cl材料。实验结果表明，水热合成的LiVPO<,4>Cl材料属于三斜晶系，空间群为P1；形貌为棒状单晶材料，层间距接近0.5nm；水热合成的LiVPO<,4>Cl材料的导电性较差一些，活化周期较长，但充放电平台稳定、适中，充电平台电压保持在大约4.02V左右，放电平台电压则保持在大约3.86V左右；在充分活化后，具有相对较高导电剂含量的LiVPO<,4>Cl极片在0.1C倍率下的第四十周放电比容量可达101mAh/g。
镍氢电池;正极材料;锂离子电池;纳米材料;复合材料
南开大学
博士
无机化学
阎杰
2007
中文
TM912.9;TB383
115
2007-12-26（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）