球形納米β- Ni(OH)2的制備及其電化學性能研究

首次采用沉淀轉化法制備出球形納米β- Ni(OH)2，認為反應轉化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。通過粉末微電極研究了納米材料的循環伏安特性及質子擴散性能；將實驗中所制得的兩種不同形狀的納米級Ni(OH)2以8%（質量分數）比例與微米級球形Ni(OH)2混合制得復合電極，進行充放電實驗及不同荷電狀態下的電化學阻抗實驗。結果表明：球形納米Ni(OH)2具有優越的循環伏安特性，較強的質子擴散能力；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，降低電化學反應電阻。
關鍵詞：沉淀轉化法；球形納米Ni(OH)2；粉末微電極；電化學阻抗

納米材料的研究開始于 70年代末，進入90年代后擴展到化學電源領域。90年代初，US Nanocorp，Inc公司利用濕法化學合成制備出一種納米相Ni(OH)2粉末，將納米粉末燒結成尺寸為10～12μm的顆粒，可以明顯提高鎳堿性電池的性能，1998年夏熙用化學法制得平均粒徑為16.9nm的Ni(OH)2粉末，當它與普通的Ni(OH)2摻雜可使電極容量明顯提高[1~3]。沉淀轉化法制備納米β- Ni(OH)2相對微乳液法、配位沉淀法、均相沉淀法、無水乙醇溶劑法等具有成本低、產率高、工藝簡單等優點。但是，目前人們用沉淀轉化法制備的納米Ni(OH)2主要為片狀、針狀和無定形，導致填充困難，降低了電池的體積比容量；同時由于活性顆粒形狀不規則，在放電過程中極化不均勻，從而生成γ-Ni(OH)2，降低電極強度，影響電池的循環壽命。本文通過改變制備工藝條件首次采用沉淀轉化法制得球形納米β-Ni(OH)2，并系統的研究了其電化學性能。
2 實 驗
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，整個反應是在60℃水浴中進行，陳化數小時，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、轉化pH值為10.5制得樣品1；在表面活性劑濃度為10ml/L、轉化pH值為9.8制得樣品2。
X射線粉末衍射實驗采用日本島津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 電化學性能測試
2.2.1 充放電實驗
將納米Ni(OH)2、微米球形Ni(OH)2、鎳粉、鈷粉，按8%、77%、10%、5%（質量分數）比例進行混合，用60%的PTFE和2%（質量分數）的CMC作為粘合劑，以膏狀均勻涂于泡沫鎳制成正極。實驗采用模擬電池體系：正極為納米復合電極，輔助電極為過量的燒結鎘片，電解液為15g/L LiOH和7mol/L KOH混合溶液。測試采用新威電池測試系統，室溫下用0.2C充放電活化并測容量。