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球形纳米β- Ni(OH)2的制备及其电化学性能研究

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标签: 球形纳米βNiOH2的制备及其电化学性能研究

首次采用沉淀转化法制备出球形纳米β- Ni(OH)2,认为反应转化pH值与体系中表面活性剂浓度是纳米颗粒形貌和尺寸的主要影响因素。通过粉末微电极研究了纳米材料的循环伏安特性及质子扩散性能;将实验中所制得的两种不同形状的纳米级Ni(OH)2以8%(质量分数)比例与微米级球形Ni(OH)2混合制得复合电极,进行充放电实验及不同荷电状态下的电化学阻抗实验。结果表明:球形纳米Ni(OH)2具有优越的循环伏安特性,较强的质子扩散能力;球形纳米Ni(OH)2较片状纳米Ni(OH)2更有利于提高电极容量,降低电化学反应电阻。关键词:沉淀转化法;球形纳米Ni(OH)2;粉末微电极;电化学阻抗纳米材料的研究开始于 70年代末,进入90年代后扩展到化学电源领域。90年代初,US Nanocorp,Inc公司利用湿法化学合成制备出一种纳米相Ni(OH)2粉末,将纳米粉末烧结成尺寸为10~12μm的颗粒,可以明显提高镍碱性电池的性能,1998年夏熙用化学法制得平均粒径为16.9nm的Ni(OH)2粉末,当它与普通的Ni(OH)2掺杂可使电极容量明显提高[1~3]。沉淀转化法制备纳米β- Ni(OH)2相对微乳液法、配位沉淀法、均相沉淀法、无水乙醇溶剂法等具有成本低、产率高、工艺简单等优点。但是,目前人们用沉淀转化法制备的纳米Ni(OH)2主要为片状、针状和无定形,导致填充困难,降低了电池的体积比容量;同时由于活性颗粒形状不规则,在放电过程中极化不均匀,从而生成γ-Ni(OH)2,降低电极强度,影响电池的循环寿命。本文通过改变制备工艺条件首次采用沉淀转化法制得球形纳米β-Ni(OH)2,并系统的研究了其电化学性能。2 实 验2.1 样品的制备及表征将Ni(NO3)2溶液与Na2C2O4溶液在搅拌下混合,然后加入表面活性剂吐温80,搅拌20min后以喷雾的方式加入0.1mol/L 的 NaOH溶液,整个反应是在60℃水浴中进行,陈化数小时,洗涤沉淀并离心分离,再将沉淀在80℃下干燥,研磨得样品。在表面活性剂浓度为12ml/L、转化pH值为10.5制得样品1;在表面活性剂浓度为10ml/L、转化pH值为9.8制得样品2。X射线粉末衍射实验采用日本岛津XRD-6000型粉末衍射仪,Cu Kα,40kV电压,电流30mA,扫速5°/min。TEM采用日本电子公司的TEM-1200EX型透射电镜。2.2 电化学性能测试2.2.1 充放电实验将纳米Ni(OH)2、微米球形Ni(OH)2、镍粉、钴粉,按8%、77%、10%、5%(质量分数)比例进行混合,用60%的PTFE和2%(质量分数)的CMC作为粘合剂,以膏状均匀涂于泡沫镍制成正极。实验采用模拟电池体系:正极为纳米复合电极,辅助电极为过量的烧结镉片,电解液为15g/L LiOH和7mol/L KOH混合溶液。测试采用新威电池测试系统,室温下用0.2C充放电活化并测容量。

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