球形納米β- Ni(OH)2的制備及其電化學(xué)性能研究

首次采用沉淀轉(zhuǎn)化法制備出球形納米β- Ni(OH)2，認(rèn)為反應(yīng)轉(zhuǎn)化pH值與體系中表面活性劑濃度是納米顆粒形貌和尺寸的主要影響因素。通過(guò)粉末微電極研究了納米材料的循環(huán)伏安特性及質(zhì)子擴(kuò)散性能；將實(shí)驗(yàn)中所制得的兩種不同形狀的納米級(jí)Ni(OH)2以8%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）比例與微米級(jí)球形Ni(OH)2混合制得復(fù)合電極，進(jìn)行充放電實(shí)驗(yàn)及不同荷電狀態(tài)下的電化學(xué)阻抗實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明：球形納米Ni(OH)2具有優(yōu)越的循環(huán)伏安特性，較強(qiáng)的質(zhì)子擴(kuò)散能力；球形納米Ni(OH)2較片狀納米Ni(OH)2更有利于提高電極容量，降低電化學(xué)反應(yīng)電阻。
關(guān)鍵詞：沉淀轉(zhuǎn)化法；球形納米Ni(OH)2；粉末微電極；電化學(xué)阻抗

納米材料的研究開(kāi)始于 70年代末，進(jìn)入90年代后擴(kuò)展到化學(xué)電源領(lǐng)域。90年代初，US Nanocorp，Inc公司利用濕法化學(xué)合成制備出一種納米相Ni(OH)2粉末，將納米粉末燒結(jié)成尺寸為10～12μm的顆粒，可以明顯提高鎳堿性電池的性能，1998年夏熙用化學(xué)法制得平均粒徑為16.9nm的Ni(OH)2粉末，當(dāng)它與普通的Ni(OH)2摻雜可使電極容量明顯提高[1~3]。沉淀轉(zhuǎn)化法制備納米β- Ni(OH)2相對(duì)微乳液法、配位沉淀法、均相沉淀法、無(wú)水乙醇溶劑法等具有成本低、產(chǎn)率高、工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。但是，目前人們用沉淀轉(zhuǎn)化法制備的納米Ni(OH)2主要為片狀、針狀和無(wú)定形，導(dǎo)致填充困難，降低了電池的體積比容量；同時(shí)由于活性顆粒形狀不規(guī)則，在放電過(guò)程中極化不均勻，從而生成γ-Ni(OH)2，降低電極強(qiáng)度，影響電池的循環(huán)壽命。本文通過(guò)改變制備工藝條件首次采用沉淀轉(zhuǎn)化法制得球形納米β-Ni(OH)2，并系統(tǒng)的研究了其電化學(xué)性能。
2 實(shí) 驗(yàn)
2.1 樣品的制備及表征
將Ni(NO3)2溶液與Na2C2O4溶液在攪拌下混合，然后加入表面活性劑吐溫80，攪拌20min后以噴霧的方式加入0.1mol/L 的 NaOH溶液，整個(gè)反應(yīng)是在60℃水浴中進(jìn)行，陳化數(shù)小時(shí)，洗滌沉淀并離心分離，再將沉淀在80℃下干燥，研磨得樣品。在表面活性劑濃度為12ml/L、轉(zhuǎn)化pH值為10.5制得樣品1；在表面活性劑濃度為10ml/L、轉(zhuǎn)化pH值為9.8制得樣品2。
X射線粉末衍射實(shí)驗(yàn)采用日本島津XRD-6000型粉末衍射儀，Cu Kα，40kV電壓，電流30mA，掃速5°/min。TEM采用日本電子公司的TEM-1200EX型透射電鏡。
2.2 電化學(xué)性能測(cè)試
2.2.1 充放電實(shí)驗(yàn)
將納米Ni(OH)2、微米球形Ni(OH)2、鎳粉、鈷粉，按8%、77%、10%、5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）比例進(jìn)行混合，用60%的PTFE和2%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的CMC作為粘合劑，以膏狀均勻涂于泡沫鎳制成正極。實(shí)驗(yàn)采用模擬電池體系：正極為納米復(fù)合電極，輔助電極為過(guò)量的燒結(jié)鎘片，電解液為15g/L LiOH和7mol/L KOH混合溶液。測(cè)試采用新威電池測(cè)試系統(tǒng)，室溫下用0.2C充放電活化并測(cè)容量。