稀土Y掺杂非晶态纳米Ni(OH)_2的结构及其电化学性能研究

以Tween-80/n-C4H9OH/c-C6H12/NiSO4水溶液体系,采用微乳液快速冷冻沉淀法制备出稀土Y掺杂非晶态纳米级氢氧化镍粉体材料。采用XRD、SAED、SEM、TEM、EDS、Raman、IR,粒度分析和比表面等测试方法对所制备的粉体进行了结构形态表征,并对其充放电性能和交流阻抗谱进行测试。结果发现,适量稀土元素Y的掺入使非晶态纳米氢氧化镍的结构缺陷增多、无序性增强,平均粒度减小、比表面积增大,有利于降低其溶液电阻、电荷转移电阻和Warburg阻抗,从而提高其放电比容量。样品作为MH-Ni电池正极材料以0.2C充放电,终止电压为1.0V,当掺杂Y的质量分数为4%时,放电比容量达到333.3mAh/g。

非晶态Ni(OH)_2电极材料的制备工艺

采用微乳液快速冷冻沉淀法制备非晶态Ni(OH)2.通过单因素及正交实验研究反应体系的pH值、反应温度和时间等因素对制备的非晶态Ni(OH)2电化学性能的影响.结果表明,主要影响因素为pH值,其次为反应温度和时间.采用TX-100/正丁醇/环己烷/水体系,控制TX-100与正丁醇的体积比为1:15,W值(水与表面活性剂质量比)为15.1,pH为12,反应时间2h,反应温度55℃的条件下进行反应,放入0～5℃的超低温恒温槽中快速冷冻沉淀,合成出Ni(OH)2非晶相粉体电极活性材料,该材料的放电比容量达333.22mA-h/g,具有较高的电化学容量.初步探讨了微乳液快速冷冻沉淀法制备非晶态Ni(OH)2粉体的作用机理.

钕掺杂非晶态Ni(OH)_2的电化学性能

采用微乳液快速冷冻沉淀法制备出Nd掺杂非晶态氢氧化镍粉体材料,采用Raman,XRD,SEM和IR对其结构形态进行了表征分析,并对其交流阻抗谱(EIS)和充放电性能进行了测量。结果发现,Nd的掺入使非晶态氢氧化镍结构缺陷增多,无序性增强,电化学反应的电荷转移电阻降低,材料的电化学性能和结构稳定性提高。样品作为MH-Ni电池正极材料在恒流80 mA.g-1下充电5 h,40 mA.g-1放电,终止电压为1.0 V时,放电电压稳定于1.240 V,开路电位为1.474 V,放电容量高达348.89 mAh.g-1,并具有优良的电化学循环性能。

非晶纳米氢氧化镍电极材料的制备及其控制条件

采用快速冷冻沉淀法制备了非晶态纳米氢氧化镍粉体材料。讨论了反应体系的pH值、温度和表面活性剂等因素对粉体特性的影响。结果表明，当选择表面活性剂为Tween80，反应体系的pH=11-12，T=55℃，反应时间为1h时，所制备的非晶氢氧化镍粉体粒度为30nm左右，形貌近似球形。将样品粉体作为MH-Ni电池正极活性材料，其充电电压低，电化学极化阻抗小，放电平台高（1．258V），且平稳时间较长，放电比容量达349．85mAh／g。

Fe(Ⅲ)和Al(Ⅲ)复合掺杂非晶态Ni(OH)2的电极材料及性能

采用快速冷冻沉淀法首次成功制备出Fe(Ⅲ)和Al(Ⅲ)复合掺杂非晶态Ni(OH)2粉体材料。通过XRD、SAED、SEM、IR、Raman光谱及DSC-TG等对样品粉体的结构形态进行表征和分析,同时将样品合成电极材料并组装成MH/Ni模拟电池进行电化学性能测试,结果表明,样品材料内部结构缺陷多、无序性强、材料微粒大小比较均匀,并具有较好的分散性,结合水含量较多。将复合掺杂Fe(Ⅲ)5%和Al(Ⅲ)8%的样品材料制备镍正极并组装成MH/Ni模拟电池,在以80 mA·g-1恒流充电5.5 h,40 mA·g-1恒流放电,终止电压1.0 V的充放电制度下,进行充放电性能、比容量及其循环性能等电化学性能的测试,放电平台平稳,工作电压高达1.30 V,放电比容量达到357.6 mAh·g-1,且在电极过程中材料的稳定性增强、电化学阻抗较小,循环可逆性较好。

Cu(Ⅱ)和Fe(Ⅲ)掺杂非晶相Ni(OH)_2的结构与电化学性能

采用微乳液快速冷冻沉淀法制备Cu(Ⅱ)和Fe(Ⅲ)复合掺杂的非晶相氢氧化镍。利用XRD、SEM、EDS、Raman光谱测试分析样品的结构形态,同时将其作为正极活性材料组装成MH-Ni电池,测试其电化学性能。测试结果表明,Cu(Ⅱ)和Fe(Ⅲ)较好的溶于Ni(OH)2的微结构内部,样品粉体材料微粒均匀,微结构无序性强、缺陷较多。在制备体系采用在55℃、pH=11,搅拌反应2 h的工艺条件下,复合掺杂比Fe为3%、Cu为5%(质量分数)所制备样品合成的电极,在80 mA/g恒电流充电5 h,40 mA/g恒电流放电,终止电压为1.0 V的充放电制度下,其首次放电比容量达353.82 mAh/g,放电平台为1.268 V,电极材料结构稳定,循环可逆性良好,表现出较高的电化学活性。

纳米非晶态Ni(OH)_2电极材料的稀土掺杂改性研究

为了提高镍基二次电池正极材料的电化学性能,采用微乳液快速冷冻沉淀法制备出稀土Ce掺杂纳米级非晶态氢氧化镍粉体材料。采用Raman,XRD,SEM和TEM对其结构形态进行了表征分析,采用交流阻抗谱(EIS)和充放电性能对其电化学性能进行了测试。结果发现,掺入适量的Ce可以进一步增强纳米非晶态氢氧化镍的无序性并且使颗粒细化,进而使其电化学反应的电荷转移电阻降低,电化学活性明显增强。样品作为MH-Ni电池正极材料以0.2 C充放电,终止电压为1.0 V,当掺杂Ce的质量分数为4%时,其放电比容量达到336.7 mAh/g,这明显高于晶态β-氢氧化镍电极材料289 mAh/g的理论容量,说明纳米非晶态氢氧化镍作为高活性电极材料具有很好的应用前景。

稀土Nd^(3+)与Cu^(2+)掺杂非晶态纳米Ni(OH)_2材料的电化学性能

晶态氢氧化镍[Ni(OH)2]在碱性电解液中易发生相变,影响其电化学性能。文中采用微乳液快速冷冻共沉淀法制备Nd3+和Cu2+复合掺杂非晶态纳米Ni(OH)2粉体材料,并对其结构形貌及物理特性进行表征分析。结果表明,制备出的非晶态Ni(OH)2样品材料,微结构含有较多结晶水,物相近似球形,粒径大小在20—30nm。对样品电极材料的电化学性能测试发现,掺杂Nd3+和Cu2+的摩尔比为2∶1时,所制备的样品材料合成镍电极,并组装成MH-Ni模拟电池,在恒电流80mA/g下充电6h,40mA/g放电,终止电压为1.0V的充放电条件下,放电比容量高达348.0mA.h/g,放电中值电压为1.2723V,同时样品电极材料的氧化还原可逆性较好,电极过程的电化学阻抗较小。电化学性能优于目前MH-Ni生产应用的晶态β-Ni(OH)2电极材料。

复合掺杂Nd(Ⅲ)和Zn(Ⅱ)非晶态Ni(OH)_2电极活性材料的制备及其表征

以NiSO4、ZnSO4和Nd(NO3)3为原料,采用共沉淀快速冷冻法制备出了复合掺杂稀土Nd(Ⅲ)和Zn(Ⅱ)的非晶态氢氧化镍粉体材料。测试发现:样品材料微结构无序性强,结晶水含量较高。将样品材料制备成镍电极并组装成MH-Ni电池,在80 mA/g恒电流充电5.5 h、40 mA/g恒电流放电、终止电压为1.0 V的充放电制度下,复合掺杂6%Nd(Ⅲ)和6%Zn(Ⅱ)样品材料电池的放电平台为1.262 4 V,放电比容量为343.12 mAh/g,远高于目前应用的β-Ni(OH)2电极活性材料的放电比容量。