本文選題：超聲波輔助共沉淀法 + 多元摻雜α-Ni(OH)_2��； 參考：《廣東工業(yè)大學》2015年碩士論文

【摘要】：氫氧化鎳是二次堿性電池的正極儲能材料,如鎳氫、鎳鎘、鎳鋅、鎳鐵電池等。由于安全性能好、性價比高、耐過充能力強等優(yōu)點,被廣泛應用于民用電器和新能源汽車等領域。但是,目前商用Ni-MH電池使用的正極材料是β-Ni(OH)2,理論比容量僅為289mAh·g-1,提升空間比較小；而Ni(OH)2的另一種晶型α-Ni(OH)2的理論比容量可高達482mAh·g-1,且其較大的層間距對提高材料的高倍率性能有著重要的影響,但其堆積密度較低且在堿液中結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定,易轉(zhuǎn)化為β-Ni(OH)2,使其迄今還沒有得到應用。此外,較差的導電性Ni(OH)2也是制約其性能的重要因素。因此,如何解決α-Ni(OH)2的穩(wěn)定性差問題并提高其堆積密度和改善Ni(OH)2(半導體材料)的導電性,對于提高鎳氫電池的市場競爭力和應用前景有著重要的意義。本文針對α-Ni(OH)2結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差的技術(shù)瓶頸,通過多元摻雜的方法制備出穩(wěn)定性較高的納米α-Ni(OH)2,并系統(tǒng)地研究了摻雜離子種類與摻雜比例、摻雜離子間的協(xié)同作用、層間陰離子以及晶體結(jié)構(gòu)對于樣品物理化學性能的影響。同時,通過一元摻雜制備出Sn摻雜α-Ni(OH)2和Ca摻雜α/β-Ni(OH)2,并研究了摻雜元素離子、層間陰離子、顆粒大小以及晶體結(jié)構(gòu)等因素對于物理化學性能的影響。本文工作主要分為以下三個方面：1.采用超聲波輔助共沉淀法以Na2CO3為緩沖劑分別制備了一元、二元、三元摻雜樣品。實驗結(jié)果表明,未摻雜樣品為β-Ni(OH)2晶體結(jié)構(gòu),而摻雜的樣品為α-Ni(OH)2晶體結(jié)構(gòu)；隨著摻雜離子種類和比例的增加,樣品的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性隨之增強,電化學性能逐步提高。Al-Mn-Yb三元摻雜樣品在電解液中浸泡30天后,其晶體結(jié)構(gòu)仍為α-Ni(OH)2晶相結(jié)構(gòu);同時三元摻雜樣品制備的復合電極具有較高的質(zhì)子擴散系數(shù)、較小的電化學極化作用和最大的放電比容量(309.0mAh/g)。這是由于摻雜離子對晶體內(nèi)部晶體場、層間陰離子含量等因素的影響以及摻雜離子間的協(xié)同作用所致。因此,選取合適的摻雜比例與元素種類是提高α-Ni(OH)2電化學性能的有效方法。2.采用上述方法(Na2CO3為緩沖劑)制備了不同摻雜比例的單元Sn取代α-Ni(OH)2,其摻雜比例對樣品的形貌、晶體結(jié)晶度、顆粒大小以及電化學性能均產(chǎn)生重要的影響。結(jié)果表明,隨著摻雜離子含量的增加,層間距逐漸變大,二次顆粒粒徑先減小后增大,晶體結(jié)晶度先提高后變差,當Sn摻雜比例達到15 mo1%時,樣品具有最好的結(jié)晶度。通過恒流充放電、循環(huán)伏安、交流阻抗譜電化學性能測試表明,Sn摻雜量為15mol%的樣品制備的電極具有最小的電荷轉(zhuǎn)移電阻(Rct)、最大的質(zhì)子擴散系數(shù)、最佳的循環(huán)穩(wěn)定性以及最高的放電比容量(303.6mAh/g)。這說明摻雜離子的含量對于晶體的結(jié)晶度、粒度及形貌均有著重要的作用,進而影響其電化學性能。3.采用上述方法并添加Na3PO4為沉淀劑制備出了Ca單一摻雜的α/β-Ni(OH)2樣品。結(jié)果表明,在Ca2+摻雜量相同情況下,無Na3PO4沉淀劑添加時,不能生成α晶相的Ni(OH)2,添加摩爾比Ni2+:PO43-=1:0.066的Na3PO4后,生成了α/β混合相結(jié)構(gòu)的Ni(OH)2。無摻雜樣品為純β-Ni(OH)2結(jié)構(gòu)。通過電化學性能測試發(fā)現(xiàn),與純β-Ni(OH)2相比,α/β-Ni(OH)2混合相樣品具有較高的電化學活性、較好的電化學可逆性和充電效率、較高的放電平臺和循環(huán)穩(wěn)定性。含混合相樣品的復合電極在0.2C和0.5C倍率下經(jīng)過80個循環(huán)后,其放電比容量仍能保持在271.7 mAh/g和238 mAh/g,這說明Ca單一摻雜的α/β-Ni(OH)2具有優(yōu)異的電化學性能。
[Abstract]:Nickel hydroxide is the positive energy storage material of the two alkaline battery, such as nickel hydrogen, nickel cadmium, nickel zinc, nickel iron battery and so on. Due to the advantages of good safety, high performance price ratio, high ability to overcharge and so on, it is widely used in the fields of civil electrical appliances and new energy vehicles. However, the positive material used for commercial Ni-MH batteries is beta -Ni (OH) 2, and the theoretical specific capacity is only only For 289mAh g-1, the lifting space is relatively small; while the theoretical specific capacity of another crystalline alpha -Ni (OH) 2 of Ni (OH) 2 can be as high as 482mAh g-1, and its larger interlayer spacing has an important influence on improving the high performance of the material, but its accumulation density is low and the structure is unstable in the alkali solution, and it is easily converted to beta -Ni (OH) 2, so far it has not been obtained. In addition, the poor conductivity of Ni (OH) 2 is also an important factor restricting its performance. Therefore, how to solve the problem of the poor stability of alpha -Ni (OH) 2 and improve the bulk density and improve the conductivity of Ni (OH) 2 (semiconductor material) is of great significance for improving the market competitiveness and application prospects of Ni MH batteries. This paper is aimed at alpha -Ni (OH). 2 -Ni (OH) 2 with high stability was prepared by multiple doping method. The effects of doping ions and doping ratio, synergistic action between doped ions, interlayer anions and crystal structure on the physical and chemical properties of the samples were systematically studied. Sn doped alpha -Ni (OH) 2 and Ca doped alpha / beta -Ni (OH) 2, and the effects of doping elements ions, interlayer anions, particle size and crystal structure on physical and chemical properties. This work is mainly divided into three aspects: 1. using ultrasonic assisted coprecipitation method to prepare one yuan, two yuan, three yuan respectively with Na2CO3 as a buffer. The experimental results show that the undoped sample is the crystal structure of beta -Ni (OH) 2 and the doped sample is the crystal structure of alpha -Ni (OH) 2. With the increase of the type and proportion of doping ions, the structure stability of the sample increases and the electrochemical properties gradually increase the crystal structure of the.Al-Mn-Yb three element doped sample in the electrolyte for 30 days. It is still a phase structure of alpha -Ni (OH) 2 crystal. At the same time, the composite electrodes prepared by three element doped samples have higher proton diffusion coefficient, smaller electrochemical polarization and maximum discharge specific capacity (309.0mAh/g). This is due to the influence of doping ions on the crystal field in the crystal, the content of interlayer anion and the synergistic interaction between the doped ions. Therefore, the selection of appropriate doping ratio and element species is an effective method to improve the electrochemical properties of alpha -Ni (OH) 2.2. by using the above method (Na2CO3 as a buffer) to prepare a unit Sn replacing alpha -Ni (OH) 2 with different doping proportions. The ratio of doping to the sample's morphology, crystal crystallinity, particle size and electrochemical properties all produce weight. The results show that with the increase of doping ion content, the interlayer spacing gradually becomes larger, the two particle size decreases first and then increases, the crystallinity of the crystal increases first and then becomes worse. When the proportion of Sn doping reaches 15 mo1%, the sample has the best crystallinity. The electrochemical performance test of the AC impedance spectroscopy shows that Sn by constant current charge discharge, cyclic voltammetry, and AC impedance spectroscopy. The electrode doped with 15mol% has the minimum charge transfer resistance (Rct), the maximum proton diffusion coefficient, the optimal cycle stability and the highest discharge specific capacity (303.6mAh/g). This indicates that the content of doped ions plays an important role in the crystallinity, particle size and morphology of the crystal, and then affects its electrochemical properties. A single doped Ca / beta -Ni (OH) 2 sample with Ca doping was prepared by using the above method and adding Na3PO4 as precipitant. The results showed that, when the Ca2+ doping amount was the same, the Ni (OH) 2 of the crystalline phase could not be generated without Na3PO4 precipitator, and the addition of mole ratio Ni2+: PO43-=1:0.066 Na3PO4, 2. adulteration of alpha / beta mixed phase structure was generated. The sample is a pure beta -Ni (OH) 2 structure. Through the electrochemical performance test, it is found that the samples of the mixed phase of alpha / beta -Ni (OH) 2 have higher electrochemical activity compared with pure beta -Ni (OH) 2, better electrochemical reversibility and charging efficiency, higher discharge platform and cyclic stability. The composite electrode of the mixed phase sample has 80 evidence-based at 0.2C and 0.5C ratio. After discharge, the discharge specific capacity can still be maintained at 271.7 mAh/g and 238 mAh/g, indicating that Ca single doped alpha / beta -Ni (OH) 2 has excellent electrochemical properties.
【學位授予單位】：廣東工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TM911.14

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本文編號：2056703