镍铝层状双氢氧化物正极锌镍电池充放电性能

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镍钴层状双氢氧化物推荐度：
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杨建锋ｕ。周震涛－

（１．华南理工大学材料科学与工程学院，广东广州５１０６４０；２．深圳市迪凯特集团研发中心，广东深圳５１８１１８）

摘要：在化学共沉淀法的基础上采用喷涂技术制备镍铝层状双氢氧化物，对产物进行了结构表征和物理性能测试。并用作正极活性物质制备锌镍实验电池。考察了电池的充放电性能。结果表明，合成样品晶型结构为单一ａ相，颗粒形貌呈不规则角块状，比表面积达到１４．１ｍ：勾，平均粒径为１８。３８Ｉｌｍ。与球形肛Ｎｉ（ＯＨ）。正极锌镍电池相比。实验电池的循环稳定性、放电容量和电压平台均有明显提高，１Ｃ倍率充放电１２０次循环平均比容量达到２８７．４ｍＡｈ／ｇ，放电中值电压达到１．６８８

Ｖ。

关键词：镍铝层状双氢氧化物；锌镍电池；正极活性物质；充放电性能中图分类号：ＴＭ

９１２．２

文章标识码：Ａ

文章编号：１００２—０８７ｘ（２０１１）０２－０１８９－０３

Ｃｈａｒｇｅ－－ｄｉｓｃｈａｒｇｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆＺｎ－－ＮｉｃｅｌｌｗｉｔｈＮｉ－－Ａ１ｌａｙｅｒｅｄｄｏｕｂｌｅ

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２．ＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＣｅｎｔｅｒｏｆＤｉｋｔｅＧｒｏｕｐ，ＳｈｅｎｚｈｅｎＧｕａｎｇｄｏｎｇ５１８１

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２８７．４

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锌镍电池是比能量较低、环境污染严重的铅酸电池以及镉镍电池的理想升级替代产品，在电动工具和电动车辆领域是生产成本较高的锂离子电池、氢镍电池和燃料电池的有力竞争者。由于塑料黏结式锌电极和低ＺｎＯ溶解度电解液的采用，使长期制约锌镍电池商业化的循环寿命较短的问题得到了根本改善［１－３］。然而，正极活性物质肛Ｎｉ（ＯＨ）：的放电比容量较低，过充电情况下晶格会发生显著膨胀旧，限制了锌镍电池比能量和循环寿命的进一步提高。镍铝层状双氢氧化物

（Ｎｉ．ＡＩＬＤＨｓ）充放电过程中遵循ｃｆｆｌＩ）／ｙ（ＩＩＩ）循环，晶格不会

较宽。电化学性能往往并不理想。本文在化学共沉淀法的基础上对凝胶状沉淀进行喷涂处理嘲，同时省去ｒ粉碎、研磨、筛分等后处理步骤，以提高产物的物理化学性能，简化制备过程。对得到的粉末样品进行了结构分析表征。并以之为正极活性物质制备锌镍电池进行充放电性能测试。

１实验

１．１镍铝层状双氢氧化物的制备

按摩尔比ＮＰ：ＡＰ＋＝８０：２０配制总浓度为１．２ｍｏｌ／Ｌ的硝酸盐混合溶液１００ｍＬ并记作Ａ，配制含１

０．２６４ｔｏｏｌ

ｇ

Ｋ２ＣＯ，和

发生膨胀，并且放电比容量高于／３－Ｎｉ（ＯＨ）：删，以其为正极活

性物质时锌镍电池有望表现出更好的电性能。

目前。Ｎｉ．ＡＩＬＤＨｓ常用化学共沉淀法【喇备。在制备过程中一般先得到凝胶状沉淀产物。然后再对其进行干燥、粉碎、研磨、筛分等处理，得到的粉末样品比表面积较小、粒度分布

ＫＯＨ的混合溶液１００ｍＬ并记作Ｂ。在强烈搅拌条

件下，将溶液Ａ和Ｂ同时滴加入盛有２００ｍＬ去离子水的反应容器中，控制反应体系的温度在（４５±１）℃、ｐＨ值在１１．Ｏ±０．５。滴加过程持续约２ｈ，完成后继续搅拌２ｈ，然后在相同的温度下陈化２４ｈ，再将得到的凝胶状沉淀物用去离子水离心洗涤、抽滤后调成乳浊液。用喷雾器将乳浊液喷涂在玻璃板

收稿日期：２０１０一０８－２７

作者简介：杨建锋｛１９７６一）。男，河南省人，博士生。主要研究方

向为化学电源及其关键材料。

上，然后放入１００℃鼓风干燥箱中干燥３ｈ，收集干燥后的粉

末即得Ｎｉ枷ＬＤＨｓ样品。

万方数据

１８９

０１１．２ＶＯＩ．３５

Ｎ０．２

２糠铝屡：冀双ｉ；。忧勘的表征

※ⅢＰＡＮｕｌｙｔｌｃａｌ公目×ＰｅｎＰＲＯⅫｘ射线衔射仪分析

合成样－％的晶Ⅷ结构（ｃ。靶ｋ辐射源．ｒ怍电Ｊｈ

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Ｆａ池制作殛充放电性能；剥斌

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２

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３实验皑池的｛前环性能

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６９

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月ｔ讳镍电池啊轻高的放电窨昔ｍＨ衙“过稃－】－弃越相时№鞍稳定．＊有ｍ现较大的波动采Ｍ球Ｊ口ｆ｝Ｎｉ（ＯＨ），作『Ｆ饭活性物质时钟镣电池的艘电容甘驯Ｒ偏低，同埘错月、过《中存蚺被动鞍＾．“ｒ＾性物质ｎ々质地计算Ｎ［－ＡＩ

ＬＤＨｓ

８０。等处分别ｍ现（００１】．ｆｌ。ｏ）ｆ１１０１品Ⅻ的特征辑日十峰．而

在脚１＊ａｔ一刘ＪⅡ亿Ｋ没有衍射峰，㈧此，台成样品的品Ⅻ结构。－１单的Ⅱ辅．Ⅲ看俳Ⅲ捧朵稳定的ｎ－Ｎｉ（ＯＨ）ｐ．ｍ就是具，Ｊ层状鲋均的镍铝Ⅲ氢瓴化物（Ｎｉ—ＡＩＬＤＩＩｓ）

ＩＥ擞钭镍

电池的首次股电【匕存世为２４７８ａｌＡｈｌｇ，ｐ均＊ＩＥ№存盟为

２９７

４ｍＡｈ／ｇ（Ｉｐ～１２０‘循ＨＩ＿＿ｉｆ球彤烀Ｎｊ（ＯＨ）］Ⅲ＊钟镍

８

电池的首次放电Ｍ吝靖仪为１０３

２２７

ｍＡｈ／ｇ，、ｒ均放电比容最为

６ｍＡｂ／ｇｆｌｐ～Ｉ如‘循环）

２０Ｈ，

目１自ｍ＃￡；＃Ｍ口一Ｎｉ（ｏ‰∞ＸＲＤ目＊

２２样品的微观形貌与粒度分布

目２月ｒｍ为Ａ成Ｎｌ－ＡＩＬＤＨｓ样品的ＳＥＭ般Ｈ低放＾ｆ＊率（５（ｘ】ｘ１下忤品颗枉形貌２Ｔ规则珀块状，最大颢杭ＫＪ“５０“ｍ“ｒ，“＾＆扯３０

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目４＃ａ女口自№∞＊＃ｇ■§＊∞＃

万方数据

ｊｇＣ

值得注意的是．为降低负极活性物厩ＺｎＯ的溶解攫宴嵋而克电卸放电性能均不太理想．相对Ⅲ占．２Ｃ倍宰下电池输电池所用电解液巾ＫＯＨ的浓度为３．８ｍ。ｎ而通常氢氧的克放电性能∞好银多。

化镩ｆ极Ⅸ配的电解液巾ＫＯＨ的浓度逃到６。７ｍｏｌ／Ｌ。电解相同俯率Ｆ

Ｎｉ．ＡＩＬＤＨｓ

ＪＥ极钭锦电池的艘电电压平台口

渣巾ＯＨ离于浓度的＾幅度降低必然会影响纠氧氧化镲ｔ

Ⅱ高于球形ｇ－ｗｏＨｂｔ极锌锦电池，卡口％Ⅸ日种活性物质

钕的电性能．从循环容艟数姑来看．宴骑中Ｎｉ－ＡＩＬＤＨｓ和球

的迁艨电位不同有关ｌ目６所ｍ为分别填充±违Ｍ种括性物厦蟛ＢＮｉ（ＯＨ）２Ｍ种活性材料的克存情发挥均Ｔ高这昧～电的柑末微电槛“ｌｍＶ／ｓ打捕时的循卦债安曲线（电解他采川７

檄制备『岂有关外迁应与电解液ｌＯＨ高ｆ的浓度较低右ｍｏ儿ＫＯＨ电解蔽），可“看ｆ｝：．两电槭的氧化峰电位比较接

芰

口，怛《原蟑电位Ｎｉ－ＡＩＬＤＨｓ电饭№球形卢Ｎｌ（ｏＨ），电极约旖２，４实验电池的充放电性能

ｍ６５ｍＶ．这是Ｎ１＿ＡＩＬＤＨｓｆ韫锌镍电池放电电甩’Ｆ音较高

阁５｛ａ）为蛮骝电池第５０趺循环时的宽放电曲线ＮＩ

Ａｌ

的＊奉原幽

ＬＤＨｓ

ｌＩ：《钟摊电池杠克电Ⅷ期的自ｍ稍商３Ｆ稳先电阶段电

“ｑ球形肛Ｎｉ（ＯＦＩ）：ｍ＆锌镩电池接近．觅电后期的电ｍ和折氧ｆ台均较低．表明有相对鞋好的充电性能．但ｉ电月期

Ｎｌ＿ＡＩ

ＬＤＨｓⅢ＃Ｉ瑚析疑匣出№ｍ轻窖易进行二放电时．

Ｎｌ＿ＡＩＬＤＨｓｔ搬锌锦电池明Ⅱ有担高更平锪的的电Ⅲ平

台放电中值电眶达到ｌ６８８

Ｖ．ｍ球形／．’Ｎｉ（ＯＨｋⅢ＃译罐

电池的电压平台较低，倾斜程度较人，其中债电Ⅲ为Ｉ

６６９Ｖ，

四此．帽¨放电倍率下Ｎｌ＿ＡＩＬＤＨⅢ极锌镍电池打史蚪的功率箝ｍ特性．

目５ｆｂｌ由Ｎｉ．ＡＩ

ＬＤＨｓ

ｄ槛锌镍电池在不｜ｌ＿Ｊ情率Ｆ的亢

Ｖ／Ｖ（ⅥＩｔｇｔｌｔｇＯ）

放电曲线随着充放电僻率的增大电池的平均克电电Ⅱ连步目６％｝％电＃白々＊４＃女自镕

升高而放电电Ｋｆ台４步降低．０．２

ｃ、２

ｃ和５ｃ倍率Ｆ的放

３结论

电中值电』ｊ、分别为ｌ

６９０Ｉ６６３

Ｖ和Ｉ６１４Ｖ表明电拙过程

告成Ｎ１．ＡｌＬＤＨｓ样目品型结构为雌一“相颗粒形貌旱的饭化程窿＊断增大克放电性能也黼之ｒ降一电池枉５Ｃ倍Ｔ规则角块状，＾Ⅲ＊Ｉ糙多孔．具有较★的｝匕表Ⅲ积和鞍窄的卒『自ｑ充电曲线ＪＬ平｝一条斜线束Ｈ｛觋明Ⅱ的析氧甲台放粒崖分布。相对下常ｍ的球彤／ｔＮｉ（ＯＨ）：，“该样品为ｍ№＊电电】ｌ、平台倾斜程度较大井枉放电后期出现拖尾”Ⅸ象

性物艟时锌镍电池的循环稳定性放自容赶和放电电压平台均柱叫Ｒ挺高，似岛倍半Ｆ的充破电性能有待进＊吐善ｎ

参考文献：

［Ｉ】ＬＩＮＤＥＮＤ，ＲＥＤＤｙＴＤ№№ｆｍｌＭＩ＊№Ⅱ镕％一＊Ｊ匕

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