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1、2 1 4中国长沙2 0 0 5 年5 月 中国储能电池与动力电池及其关键材料学术研讨会 混合颗粒尺寸的N i ( O H ) 2 正极的充放电性能1 刘元刚，唐致远+ ，徐强，王敬国，柳勇，张晓阳 ( 天津大学化工学院，天津3 0 0 0 7 2 ) 目前使用的碱性二次电池中，镍系列电池占有很重要的地位，其中金属氢化物镍电池 ( M H N i 电池) 是一种新型的、正在发展之中的高容量二次可充电电池，其与C d N i 电池相比 有许多优点：比容量高、质量轻、耐过充、放电能力强、不存在重金属镉的污染等，已经成 为国际上竞相研究开发的热点，其发展趋势是近期内完全占据镉镍电池的市场，并在5 2
2、 0 年内成为电动工具和混合电动汽车的主要使用电源。为满足镍氢电池大容量、高功率的市场 要求，制备出高容量、高活性的正极材料是提高电池性能的必然途径，而球型氢氧化镍不仅 是M H N i 电池的正极材料，同时也是镍锌、镍铁、镍镉电池的正极材料，因此研究开发高 性能球型氢氧化镍不仅可以提高M H N i 电池的放电容量，也可以大大提高其它镍系列电池 的容量，具有十分重要的现实意义与应用前景。 本文通过无水乙醇法制备出绿色球型N i ( O H ) 2 粉末，S E M 表明其颗粒尺寸介于3 6 p m ， 小于生产用氢氧化镍7 1 2 p m ，X R D 衍射表明它的晶型结构为D 型N i (
3、 O H ) 2 ，将该N i ( O H ) 2 颗粒以1 的比例与生产用氢氧化镍混合掺杂，添加导电剂和粘结剂后所制备的混合颗粒尺 寸的球镍正极充电电位可降低1 9 m V 、放电电位大幅提高，平均比容量增加1 5 m A h g 。 图1 两种N i ( O H ) 2 的微观形貌( 5 0 0 0 x ) a 实验制N i ( O H ) 2 ，b - 生产用N i ( O H ) 2 图1 、图2 分别是两种氢氧化镍的微观形貌和X R D 谱图，从中可以看出实验$ 1 J N i ( O H ) 2 的 结构仍然为D N i ( O H ) 2 ，颗粒尺寸仍远小于生产用N i ( O
4、H ) 2 ，但发生小颗粒团聚、长大的现象， 需要注意制备工艺和干燥温度对晶粒尺寸的影响。 图3 是两种球镍正极( 电极增重均为8 o g ) 充放电曲线，与生产用球镍正极相比，混合掺杂1 实验制N i ( O H ) 2 的球镍正极充电电压低，放电电压高，放电平台稳定，平均放电比容量提 高1 5 m a h g ( 混合颗粒尺寸的球镍正极放电容量为 1 8 3 2 m A h ，而生产用球镍正极则为1 7 0 1 m A h ) 。在充电前期的4 个小时内，混合掺杂的球 镍正极与生产用球镍正极之间的充电电位十分接近( 最多相差不过2 m V ) ，但随充电时间的延 1 国家自然科学基金资助项
5、目( 2 0 2 7 3 0 4 7 ) 通讯联系人：E - m a i h 勰嘲撼亟衄盛蜒t 盟 主鱼：篓鲨一一 型兰生至旦史冒储能电池与动力电池及其关键材料学术研讨会2 1 5 长，混合掺杂球镍正极与生产用球镍正极之间充电电位的差距逐渐扩大，在充电5 6 0 5 8 0 m i n 时达到最大，此时的混合掺杂正极比生产用球镍正极的充电电位低1 9 m V ，随后二者之间的 差距又不断缩小，在充电末期即2 0 0 m A 充电1 6 h 时又都接近1 4 4 2 V 。根据实际观察的充电情 况，在充电4 0 0 m i n 后，生产用球镍正极表面开始有气体生成，而充电6 0 0 m i n
6、H 口充满额定电 量后混合掺杂球镍正极表面才开始析出气体，分析原因，这主要是混合掺杂小颗粒尺寸的 N i ( O H ) 2 ，填补了原来N i ( O H ) 2 颗粒之间的空隙，增大J N i ( O H ) 2 活性物质与电解液之间的接 触面积，缩短了质子在固体颗粒内部与固液界面的迁移路径，从而有效地延迟了充电过程中 析氧副反应的发生，提高了充电效率和放电容量。 2 T h e t a 图2 两种N i ( O H ) 2 的X R D 图 T i m e ( m i n ) 图3 两种球镍正极0 1 C 充电、0 2 C 放电性能 F i g 30 1 Cc h a r g ea n d0 2 Cd i s c h a r g ep e r f o r m a n c e so ft w op o s i t i v ee l e c t r o d e si na l k a l i n es o l u t i o n 参考文献( 略) 一o一备Iscgc
