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低自放电镍氢电池正极添加剂的研究

作　者: 朱学佳
导　师: 赵力
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 化学工程与技术
关键词: MH/Ni电池 β型CoOOH γ型CoOOH 析氧过电位
分类号: TM912.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

MH/Ni电池具有质量比容量高、可快速充电、无记忆效应、低污染、寿命长等显著的优点,在电池行业被誉为“绿色电池”,MH/Ni电池的自放电现象明显,通常在正极材料中加入钴类添加剂可以降低正极的自放电。本文采用液相化学沉淀法制备了β型CoOOH与γ型CoOOH。考察了制备条件的变化对材料物化性能和电化学性能的影响,并通过XPS、X射线衍射、SEM等测试手段对所制备的材料进行表征。采用粉末微电极体系,通过循环伏安测试研究了材料的电化学性能。采用圆柱形电池体系,研究了β型CoOOH与γ型CoOOH添加剂对电池性能的影响。循环伏安结果表明:不同制备条件下得到的β型CoOOH与γ型CoOOH对正极析氧过电位的影响不同,电池自放电低的情况下,正极的析氧过电位往往较高。化学沉淀法制备的β型CoOOH与γ型CoOOH,由于钠离子的嵌入C轴变长,晶粒大小在0.1~0.5μm。γ型CoOOH的导电率比β型CoOOH好,电导率一般在10-5S/cm左右,化学法生成的β型CoOOH电导率一般在10-6S/cm,而电化学法生成的CoOOH电导率只有10-9S/cm。从振实密度上来看,γ型CoOOH要小于β型CoOOH和CoO。将材料做成柱形电池进行电池性能测试。发现β型CoOOH与γ型CoOOH添加剂相对于CoO能较好的降低电池的自放电。反应温度、氧化剂滴加速度、反应pH值、干燥温度都对β型CoOOH的制备产生影响,利用正交实验得到β型CoOOH在降低电池自放电角度的最佳制备条件是pH=13,温度40℃,滴加速度根据情况尽量慢,干燥温度在100℃。β-CoOOH的最佳加入比例是质量比7.5%。同样通过正交实验得到γ型CoOOH在降低电池自放电角度的最佳制备条件是生成前趋体时反应的pH值为12,氧化反应温度30℃,氧化剂滴加速度为50ml/h,氧化反应的pH为13。此外,β型CoOOH与γ型CoOOH对电池的大电流性能,恢复能力,高温性能的提高都好于CoO,但二者对电池寿命的提高不如CoO添加剂。在经过储存后加入β-CoOOH与γ型CoOOH的电池循环寿命要好于CoO。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-19
  1.1 课题背景及研究意义  10-12
  1.2 国内外研究现状  12-17
    1.2.1 正极自放电研究现状  12-15
    1.2.2 负极研究现状  15
    1.2.3 电解液的研究现状  15-16
    1.2.4 隔膜的研究现状  16-17
  1.3 目前存在的问题  17-18
  1.4 本课题主要研究内容  18-19
第2章实验方法及条件  19-29
  2.1 实验材料及仪器  19-20
    2.1.1 实验材料及药品  19-20
    2.1.2 实验仪器  20
  2.2 CoOOH 的制备  20-23
    2.2.1 CoOOH 的制备原理  20-21
    2.2.2 CoOOH 的制备流程  21-23
  2.3 CoOOH 粉末的表征  23-25
    2.3.1 振实密度  23-24
    2.3.2 X-射线粉末衍射(XRD)  24
    2.3.3 X 光电子能谱测试（XPS）  24
    2.3.4 四探针法测粉末电导率  24
    2.3.5 扫描式电子显微镜分析测试(SEM)  24-25
  2.4 利用微电极测试样品电化学性能  25-26
    2.4.1 微电极的制备  25-26
    2.4.2 循环伏安曲线的测试  26
  2.5 模拟电池的制备和测试  26-27
    2.5.1 模拟电池的制备和活化  26-27
    2.5.2 模拟电池循环伏安测试  27
  2.6 柱形电池的制备和测试  27-29
    2.6.1 柱形电池的制备和活化  27
    2.6.2 柱形电池的质量比容量及寿命测试  27-28
    2.6.3 柱形电池的高温能力测试  28
    2.6.4 柱形电池的大电流放电能力测试  28
    2.6.5 柱形电池的自放电情况和恢复能力测试  28-29
第3章 CoOOH 的结构分析和物理性质  29-45
  3.1 β型CoOOH 的结构分析和物理性质  29-36
    3.1.1 β型CoOOH 的XPS 测试  29-30
    3.1.2 β型CoOOH 的XRD 测试  30-31
    3.1.3 不同制备条件下得到的β型CoOOH 的XRD 测试  31-33
    3.1.4 不同制备条件下得到的β型CoOOH 的SEM 测试  33-35
    3.1.5 β型CoOOH 的电导率及加入添加剂后正极材料的振实密度  35-36
  3.2 γ型CoOOH 的结构分析和物理性质  36-44
    3.2.1 γ型CoOOH 的XPS 测试  37-38
    3.2.2 γ型CoOOH 的XRD 测试  38-41
    3.2.3 γ型CoOOH 的SEM 测试  41-43
    3.2.4 γ型CoOOH 的电导率及加入添加剂后正极材料的振实密度  43-44
  3.3 本章小结  44-45
第4章 CoOOH 对电极电化学性能的影响  45-54
  4.1 β型CoOOH 和γ型CoOOH 与CoO 的比较  45-46
  4.2 不同制备条件下的β-CoOOH 对正极析氧过电位的影响  46-50
    4.2.1 不同干燥温度下制备的β-CoOOH 对正极析氧过电位的影响  46-47
    4.2.2 不同滴加速度下制备β-CoOOH 对正极析氧过电位的影响  47-48
    4.2.3 不同反应温度下制备的β-CoOOH 对正极析氧过电位的影响  48-49
    4.2.4 不同pH 下制备的β-CoOOH 对正极析氧过电位的影响  49
    4.2.5 β型CoOOH 正交实验  49-50
  4.3 不同制备条件下的γ-CoOOH 对正极析氧过电位的影响  50-52
  4.4 添加其它Co 类添加剂电池的循环伏安测试  52-53
  4.5 本章小结  53-54
第5章 CoOOH 添加剂对电池性能的影响  54-77
  5.1 β型CoOOH 添加剂对电池性能的影响  54-68
    5.1.1 不同试验条件制备添加剂对电池性能的影响  54-63
    5.1.2 β-CoOOH 添加剂对电池自放电的影响  63-65
    5.1.3 β-CoOOH 添加剂对其它电池性能的影响  65-67
    5.1.4 β-CoOOH 添加比例对电池自放电的影响  67-68
  5.2 γ型CoOOH 添加剂对电池性能的影响  68-73
    5.2.1 试验条件对材料的影响  68-70
    5.2.2 γ-CoOOH 添加剂对电池自放电的影响  70-72
    5.2.3 γ-CoOOH 添加剂对其它电池性能的影响  72-73
  5.3 其它添加剂的自放电研究  73-76
  5.4 本章小结  76-77
结论  77-78
参考文献  78-83
致谢  83

低自放电镍氢电池正极添加剂的研究

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