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球形氢氧化镍高温性能的研究

作　者: 李稳
导　师: 姜长印
学　校: 清华大学
专　业: 化学工程与技术
关键词: 球形氢氧化镍表面包覆高温性能氢氧化镱难溶钙盐
分类号: O614.813
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 277次
引　用: 1次
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内容摘要

镍氢（MH/Ni）具有高比容量、循环性能好、安全性高等特点,在未来的几十年中将成为电动汽车（EV）以及混合动力汽车（HEV）用动力电池的最佳选择之一。由于电池在工作过程中的温度会不可避免的升高,而MH/Ni电池在高温下的性能会由于正极材料氢氧化镍的充电效率的降低而下降,因此提高氢氧化镍的高温性能成为了一个亟待解决的问题。本论文根据溶液中异相成核优先于体系中的均相成核的热力学理论,采用分层沉积和共沉积的方法,在氢氧化镍的表面制备了Yb（OH）₃、Ca₃（PO₄）₂、CaF₂与Co（OH）₂的复合包覆层,提高了氢氧化镍材料的高温性能。本论文分别选择磷酸钙和氟化钙研究了钙盐对氢氧化镍正极高温性能的影响。包覆钙盐后,再在外层包覆2%的氢氧化亚钴提高包覆钙盐后正极材料的导电性。电化学性能的测试表明,包覆磷酸钙后的氢氧化镍的高温性能好于包覆氟化钙后的氢氧化镍。磷酸钙的包覆量为摩尔比2%的球形氢氧化镍在高温（60℃）下的性能最好,1C充放电的容量可以达到199mAh/g,高温容量保持率可以达到常温下的81%。本论文分别采用分层包覆和共沉淀包覆Yb（OH）₃和Co（OH）₂的工艺,研究了元素Yb对氢氧化镍高温性能的影响。通过电化学性能的测试,包覆了复合包覆层的球形氢氧化镍在高温（60℃）下1C充放电的容量保持率均高于90%。采用分层包覆工艺时Yb的最佳包覆量为2%,在60℃下1C充放电的容量可以达到210mAh/g。采用共沉淀包覆工艺时镱的最佳包覆量为0.75%,该样品在常温和高温下的比容量均高于未包覆的球形氢氧化镍,在60℃下1C充放电的容量可以达到231mAh/g。通过循环伏安测试表明,利用表面包覆的方法可以增大正极材料氢氧化镍在高温下的氧化电位、析氧电位和两者之间的电位差,从而提高了材料在高温下的电化学性能。

全文目录

第1章引言  9-26
  1.1 研究背景  9
  1.2 二次电池的发展现状  9-10
  1.3 动力型二次电池的发展现状  10-14
    1.3.1 电动汽车的发展现状  10-11
    1.3.2 动力型二次电池的发展现状  11-14
  1.4 氢氧化镍正极材料研究进展  14-24
    1.4.1 氢氧化镍正极材料的基本性质  15-16
    1.4.2 电池用球形 Ni(OH)_2 的制备工艺  16-17
    1.4.3 球形Ni(OH)_2 存在的问题及研究现状  17-19
    1.4.4 球形Ni(OH)_2 高温性能的研究进展  19-24
  1.5 本论文的研究思路和工作目标  24-26
    1.5.1 研究思路  24-25
    1.5.2 工作目标  25-26
第2章实验机理及结果分析方法  26-38
  2.1 沉淀法表面包覆的机理分析  26
  2.2 成核过程热力学分析  26-34
    2.2.1 均相成核热力学分析  27-28
    2.2.2 非均相成核热力学分析  28-30
    2.2.3 相变过程的不平衡状态及亚稳区  30-34
  2.3 实验结果分析方法  34-38
    2.3.1 振实密度的测量  34
    2.3.2 电化学测量  34-36
    2.3.3 SEM 分析  36
    2.3.4 XRD 分析  36-37
    2.3.5 XPS 能谱分析  37-38
第3章表面分层包覆Yb(OH)_3和Co(OH)_2的球形Ni(OH)_2的高温性能研究  38-50
  3.1 表面包覆试验  38-40
    3.1.1 试验装置  38-39
    3.1.2 试验中所用试剂  39
    3.1.3 试验方法  39-40
  3.2 实验结果与讨论  40-49
    3.2.1 包覆前后材料的振实密度  40
    3.2.2 XRD 衍射结果  40-42
    3.2.3 样品的表面 SEM 表征  42-43
    3.2.4 样品的XPS 表征  43-45
    3.2.5 样品的电化学性能测试  45-49
  3.3 本章小结  49-50
第4 章表面共沉淀包覆Yb(OH)_3和Co(OH)_2混合物的球形Ni(OH)_2的高温性能研究  50-63
  4.1 表面共沉淀包覆 Yb/Co 的试验  50-51
    4.1.1 试验装置  50
    4.1.2 试验中使用的试剂  50
    4.1.3 试验方法  50-51
  4.2 共沉淀包覆样品的实验结果与讨论  51-62
    4.2.1 包覆前后材料的振实密度  51-52
    4.2.2 XRD 衍射结果  52-53
    4.2.3 样品的表面 SEM 表征  53-55
    4.2.4 样品的XPS 表征  55-57
    4.2.5 样品的电化学性能测试  57-62
  4.3 本章小结  62-63
第5章表面分层包覆钙盐和 Co(OH)_2的球形 Ni(OH)_2的高温性能研究  63-81
  5.1 表面包覆钙盐的实验  63-65
    5.1.1 试验装置  63
    5.1.2 试验中所用试剂  63
    5.1.3 实验方法  63-65
  5.2 包覆Ca_3(PO_4)_2 样品的实验结果与讨论  65-73
    5.2.1 包覆前后材料的振实密度  65-66
    5.2.2 XRD 衍射结果  66-67
    5.2.3 样品的表面 SEM 表征  67-68
    5.2.4 样品的XPS 表征  68-70
    5.2.5 样品的电化学性能测试  70-73
  5.3 包覆CaF_2 样品的实验结果与讨论  73-79
    5.3.1 包覆CaF_2 前后材料的振实密度  73
    5.3.2 样品的表面 SEM 表征  73-74
    5.3.3 样品的XPS 表征  74-76
    5.3.4 样品的电化学性能测试  76-79
  5.4 本章小结  79-81
第6章表面包覆改善球形Ni(OH)_2的高温性能的机理研究  81-88
  6.1 镍电极析氧反应的反应机理  81-85
  6.2 包覆后样品的循环伏安测试的结果及讨论  85-87
  6.3 本章小结  87-88
结论  88-93
致谢与声明  93-94
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  94

球形氢氧化镍高温性能的研究

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