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锌镍电池及其正极材料研究

作　者: 侯立松
导　师: 徐徽
学　校: 中南大学
专　业: 冶金物理化学
关键词: 锌镍电池 Ni（OH）2 镍电极 模拟电池 NiOOH
分类号: TM911
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 216次
引　用: 3次
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内容摘要


本论文综述了国内外锌镍电池的研究和发展现状,指出了锌镍电池研究中目前存在的问题,采用化学分析、X-射线衍射分析（XRD）、扫描电镜（SEM）、充放电性能测试等多种化学与电化学研究手段,对锌镍电池及其正极材料氢氧化镍的制备、结构及性能进行了探讨。首次采用半连续的化学沉淀-晶种长大法制备锌镍电池正极材料Ni（OH）2,重点考察了沉淀反应次数对Ni（OH）2物理及化学性能的影响,通过组装Zn/Ni模拟电池,对其电化学性能进行测试。最后,试制了锌镍一次电池,并对电池的性能进行了检测。 采用半连续的化学沉淀-晶种长大法制备出了堆积密度和结晶度较高、流动性较好的球形氢氧化镍,得到制备Ni（OH）2的最佳工艺参数为:pH=11.0～12.0,反应温度为50～60℃,氨镍比=1.1,固液比在140～160g/L,反应时间为7～9h;此外,还分析了搅拌强度、加料方式、反应物浓度、陈化时间等因素对Ni（OH）2性能的影响。通过XRD和SEM检测结果表明,所得Ni（OH）2的晶型为β—Ni（OH）2,颗粒呈球形和椭圆形状,晶胞结构完整,晶体结构有序,颗粒粒径粗大,粒径分布在5～15μm之间。 通过组装锌镍模拟电池,研究了不同充放电倍率下镍电极的充放电性能,以及掺杂Co、Ni、Zn、MnO2等物质对Ni（OH）2电极电化学性能的影响。结果表明:充放电倍率对活性物质的利用率、放电倍率有较大的影响:镍电极中添加Co、Ni、Zn等可以较大程度上提高活性物质的利用率、提高放电半电位、缩短活化次数,而添加MnO2反而会降低活性物质的利用率和放电半电位。Ni（OH）2粉末微电极循环伏安研究结果表明:随着扫描速度的增加,电流的峰值不断的增加,峰电位差基本上不变;经测试,Ni（OH）2样品的循环寿命可达600次。 选用K2S2O8为氧化剂,将Ni（OH）2氧化成充电态电池正极材料NiOOH,采用碱锰电池的负极及生产工艺,制作成AAA型锌镍一次电池。电池开路电压1.75V左右,3.9Ω恒阻连续放电至1.2V,其放电时间是碱锰电池的3倍左右。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-6
目录  6-9
第一章 文献综述  9-26
  1．1 锌镍电池的特点  9-11
  1．2 锌镍电池电化学原理  11-13
    1．2．1 锌镍一次电池  11
    1．2．2 锌镍二次电池  11-12
    1．2．3 锌镍电池的结构  12-13
  1．3 锌镍电池发展历史  13-15
  1．4 锌镍电池目前存在的主要问题  15-17
    1．4．1 锌负极存在的问题  15-16
    1．4．2 镍电极存在的问题  16
    1．4．3 锌镍电池气胀现象  16-17
  1．5 锌镍电池正极材料及制备工艺概述  17-20
    1．5．1 正极材料Ni(OH)_2的制备概述  17-19
    1．5．2 镍电极制备工艺概述  19-20
  1．6 氢氧化镍电极的工作机理  20-23
    1．6．1 氢氧化镍电极充放电机理  20-21
    1．6．2 Ni(OH)_2的晶型  21-22
    1．6．3 Ni(OH)_2晶体结构  22-23
  1．7 镍电极的研究与发展  23-25
  1．8 本文研究的内容、目的和意义  25-26
第二章 实验方法  26-42
  2．1 锌镍二次电池正极材料NI(OH)_2的制备  26-30
    2．1．1 制备Ni(OH)_2的基本原理  26-28
    2．1．2 实验原料试剂及设备  28-29
    2．1．3 球形Ni(OH)_2制备工艺流程及试验装置  29-30
  2．2 NI(OH)_2主要物理性能及检测方法  30-32
    2．2．1 堆积密度(packing density)  30-31
    2．2．2 沉降性能  31
    2．2．3 过滤性能  31-32
    2．2．4 Ni(OH)_2形貌及粒度分布  32
  2．3 镍电极的制备  32-35
    2．3．1 实验试剂及设备  32-33
    2．3．2 镍电极的制备工艺  33-35
  2．4 镍电极电化学性能测试  35-42
    2．4．1 电极的测试系统  35-36
    2．4．2 充放电制度  36
    2．4．3 电极活性物质利用率的测定方法  36-37
    2．4．4 Ni(OH)_2循环性能及循环寿命的测试  37-42
第三章 NI(OH)_2制备工艺研究  42-59
  3．1 制备NI(OH)_2过程中各工艺参数的影响  42-50
    3．1．1 反应pH值的影响  42-43
    3．1．2 反应时间的影响  43-44
    3．1．3 氨镍比的影响  44-45
    3．1．4 反应温度影响  45-46
    3．1．5 搅拌强度的影响  46-47
    3．1．6 加料方式的影响  47
    3．1．7 反应物浓度的影响  47-48
    3．1．8 陈化时间的影响  48-49
    3．1．9 固液比的影响  49-50
  3．2 工艺参数的正交实验  50-53
    3．2．1 考察指标和因素  50
    3．2．2 因素水平数和考察范围  50
    3．2．3 正交表的选择及安排  50-51
    3．2．4 正交实验安结果及直观分析  51-52
    3．2．5 正交实验效应曲线图  52
    3．2．6 综合条件实验  52-53
  3．3 样品物理及化学性能的检测  53-57
    3．3．1 松装密度  53
    3．3．2 氢氧化镍的表面形貌  53-55
    3．3．3 Ni(OH)_2X射线衍射晶体结构分析  55-57
    3．3．4 粒径的分布  57
  3．4 小结  57-59
第四章 NI(OH)_2电化学特性的研究  59-73
  4．1 镍电极充放电性能  59-61
    4．1．1 放电倍率对放电性能的影响  59-60
    4．1．2 充电倍率对镍电极放电性能的影响  60-61
  4．2 不同添加剂对镍电极电化学性能的影响  61-67
    4．2．1 Co、Ni添加剂对镍电极的影响  62-64
    4．2．2 Zn添加剂对镍电极的影响  64-65
    4．2．3 添加MnO_2对镍电极的影响  65-66
    4．2．4 电解液对镍电极电化学性能的影响  66-67
  4．3 NI(OH)_2微电极循环伏安性质的研究  67-72
    4．3．1 Ni(OH)_2微电极循环性能测试结果及讨论  67-68
    4．3．2 微电极循环伏安法测量Ni(OH)_2的循环寿命结果及讨论  68-72
  4．4 小结  72-73
第五章 锌镍一次电池的研究及试制  73-80
  5．1 锌镍一次电池正极材料NIOOH的制备  73-76
    5．1．1 实验试剂及设备  73-74
    5．1．2 β-NiOOH制备工艺流程图及试验装置图  74
    5．1．3 β-NiOOH的性能检测及分析  74-76
  5．2 锌镍一次电池的试制  76-77
    5．2．1 锌镍一次电池的结构  76-77
    5．2．2 锌镍一次电池配方  77
  5．3 锌镍一次电池检测结果及讨论  77-78
  5．4 小结  78-80
第六章 结论  80-82
参考文献  82-88
致谢  88-89
硕士期间发表的论文  89

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 独立电源技术（直接发电） > 化学电源、电池、燃料电池
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