高性能泡沫镍电极的研究

研究了ＨＰＭＣ、ＣｏＯ,ＺｎＯ含量对泡沫镍电极性能的影响。结果表明,在镍正极中加入ＣｏＯ可以大幅度提高Ｎｉ－（ＯＨ）２利甲率,但电极只含ＣｏＯ不能有效抑制膨胀,同时添加ＣｏＯ、ＺｎＯ可以大幅度提高电极寿命。此外,少量ＺｎＯ的加入对Ｎｉ（ＯＨ）２利用率影响较小。在本论文的实领条件下,制造高性能泡沫镍电极的合适工艺为：ＨＰＭＣ、ＣｏＯ、ＺｎＯ掺入量分别为０．５％、９％、４．５％。制尾的ＭＨ－Ｎｉ电池的容量在１３００ｍＡｈ以上,１Ｃ循环寿命在３００次以上,０．２Ｃ放电１．２Ｖ以上时间占总的８０％以上,１Ｃ放电１．２Ｖ以上时间占总的６０％以上。     

泡沫镍的性能参数

８０年代末新开发的泡沫式电极在Ｃｄ－Ｎｉ电池和ＭＨ－Ｎｉ电池上已成功地得到了应用，大大提高了电池的比容量和比能量。在七、八年的时间内ＡＡ电池的容量从０．５Ａｈ提高到０．９Ａｈ。本文主要就泡沫镍本身性能对Ｃｄ－Ｎｉ和ＭＨ－Ｎｉ电池正负极和电池性能的影响进行了论述，包括泡沫镍厚度，单位面积的重量，平均孔径、孔径的均匀性、孔率、抗拉强度、反复弯曲性能、可焊性和外观。泡沫镍的这些性能直接关系到电极制造的工艺、成本及工业化生产的可靠性     

镍氢氧化物研究进展

综述了不同晶型镍氢氧化物的研究和发展概况,分析了现有电极材料存在的问题。提出合成高电子转移数（ＮＥＥ）的正极活性物质以降低高密度球形β－Ｎｉ（ＯＨ）２电极的膨胀,提高镍电极和氢镍电池的整体性能。本文阐述了哈尔滨工业大学在电子转移数约为１．３的α－Ｎｉ（ＯＨ）２和更高电子转移数镍氢氧化物的合成、精细结构、稳定性和电化学行为方面的研究。与高密度β－Ｎｉ（ＯＨ）２电极相比,自制的α－Ｎｉ（ＯＨ）２电极具有良好的机械性能,较正的电极电位,较高的充电效率和较低的电极／溶液界面电荷转移阻抗。与同容量的高密度β－Ｎｉ（ＯＨ）２电极相比,使用高电子转移数的镍氢氧化物的电极还可以使活性物质中镍含量降低约３０％,具有环境、经济和社会意义。     

MH-Ni 电池的循环寿命研究

采用正交试验方法研究了ＭＨ－Ｎｉ电极的配方、导电剂、添加剂、制片压力、粘结剂等夺种工艺因素对电池循环寿命的影响,并探讨了负极配方、充放电制度、电极极化及镍电极等影响电池循环寿命的原因。研究结果表明,当采用１０．０‰的导电剂、５．０‰的添加剂、ＣＭＣ∶ＰＶＡ＝１．５∶１及５ＭＰａ的制片压力等工艺条件时,制备出的ＭＨ－Ｎｉ电池具有最好的循环寿命,经１Ｃ大电流充放电１２０次后电池的容量仅损失２．５‰。大电流充放电条件下电极极化、镍电极的过早失效以及电解液的大量损耗是导致ＭＨ－Ｎｉ电池循环寿命下降的主要原因。     

镍电极快速充电研究

讨论了镍电极中活性物质成分与粘结剂配方对ＭＨ－Ｎｉ电池１Ｃ快速充电性能的影响。结果表明,当镍电极中活性物质成分调整至Ｎｉ（ＯＨ）２为７５％、导电剂为１５％,添加剂为６．５％,粘结剂为３．５％时,并采用ＰＴＦＥ与ＣＭＣ混合型粘结剂（配比为ＰＴＦＥ∶ＣＭＣ＝１∶１）,制造出来的发泡式镍电极的ＭＨ－Ｎｉ电池１Ｃ充放电性能较好,且１Ｃ充放电循环寿命达１５０次以上。     

高密度高活性球形Ni(OH)_2的制备研究

采用“受控中和水解法”进行了金属氢化物－镍电池用的高密度高比容量球形Ｎｉ（ＯＨ）２的制备研究，讨论了ｐＨ值、添加剂、加氨量等操作条件对Ｎｉ（ＯＨ）２堆积密度及电活性等性能的影响。实验结果表明：用本文论述的方法可以制得高密度高比容量球形Ｎｉ（ＯＨ）２颗粒，振实密度在２．０ｇ／ｃｍ３以上，比表面积在１５～２０ｍ２／ｇ。添加氨水后可以改变Ｎｉ（ＯＨ）２的结晶程度，采用复合添加剂比单一添加剂更能有效地提高Ｎｉ（ＯＨ）２的活性和改善镍电极的性能。使用该Ｎｉ（ＯＨ）２作为活性物质的电极，其容量可达到２６０ｍＡｈ／ｇ。这种Ｎｉ（ＯＨ）２特别适合于用作金属氢化物－镍电池的正极活性材料。     

MH-Ni电池的发展现状与展望

ＭＨ－Ｎｉ电池是近年来碱性蓄电池领域的研究热点，本文介绍了ＭＨ－Ｎｉ电池领域在贮氢材料、金属氢化物负极、镍正极以及电池性能水平等方面的研究进展和良好的发展前景。重点介绍了贮氢材料比容量的提高及循环寿命特性的改进、镍正极体积比容量的提高以及负极表面改性等方面的研究情况，并对ＭＨ－Ｎｉ电池的综合性能的提高如电池的容量、倍率放电特性、循环寿命性能的研究进展以及ＭＨ－Ｎｉ电池的产业化状况作了简要介绍     

1/2A型金属氢化物-镍电池的研制

研制成功了１／２Ａ型金属氢化物－镍电池，外形尺寸为：（Φ１６．５×２８．５）ｍｍ，正负电极采用双发泡镍式骨架，正极活性物质为含Ｃｏ８％球形Ｎｉ（ＯＨ）２，充分提高活性物质利用率，负极活性物质为包覆金属贮氢合金并加入２％抗粉化剂，克服因贮氢材料随充放循环次数增加而粉化导致电池寿命的降低。成品电极经疏水处理，电解液采用密度１．２８ＫＯＨ水溶液加入２％的ＬｉＯＨ及０．５％多官能团添加剂抑制自放电和电极膨胀。经上述处理的１／２Ａ型电池，０．２Ｃ率放电９５０ｍＡｈ，１Ｃ率放电８５５ｍＡｈ，自放电率＜２５％（２８天），１Ｃ率循环１００次容量衰减＜１０％，满足用于移动电话电池组所要求的内阻低、小巧轻便之特点。     

MH-Ni电池失效简析(Ⅰ)——镍电极的膨胀

高密度球形Ｎｉ（ＯＨ）２的开发，大大地提高了镍电极的体积比能量。但其比表面积低，在应用于ＭＨ－Ｎｉ电池时要求镍电极能符合快速充放电的要求，电流密度成倍增加，使镍电极发生膨胀。本文通过解剖早期失效及寿命终止的电池，研究了镍电极膨胀对它的作用与影响。镍电极膨胀吸液，使隔膜含液量降低，增大了电池欧姆极化引起电池早期失效。镍电极的膨胀不仅会使ＭＨ电极含液量降低，加速合金的氧化粉化，还可能因其复合氧能力下降，使电池内压升高造成电解液的进一步流失而导致电池性能进一步恶化。实验通过ＳＥＭ、ＸＲＤ等测试表明，镍电极本身也会因膨胀造成整体导电网络的破坏与改变。两电极劣化的共同作用导致氢镍电池的失效。本文还对可能的解决途径进行了探讨     

Sc型MH-Ni电池的研制

研制的Ｓｃ型ＭＨ－Ｎｉ电池,正极载体采用连续式泡沫镍,负极载体采用穿孔镀镍钢带,正、负极板采用卧式拉浆工艺生产。该电池放电平台高,容量可达到２６００ｍＡｈ（１Ｃ）,荷电保持能力强,高倍率放电性能优良,循环寿命良好,可以满足电动工具用Ｓｃ型ＭＨ－Ｎｉ电池的使用要求     

纳米复合氢氧化镍电极研究

纳米氢氧化镍材料是一种高效的镍电极材料 ,纳米级镍电极的制备方法对镍电极电化学性能的影响很大。研究结果表明 :分散处理的纳米氢氧化镍颗粒制备的镍电极在容量与放电平台方面高于未处理的电极 ;纳米复合镍电极的电化学性能优于纳米镍电极。分散处理的纳米氢氧化镍颗粒组装而成的纳米复合镍电极电化学性能超过了常规球镍电极。纳米颗粒团聚的减轻与纳米颗粒的流动性 ,使纳米复合电极的导电性能与质子传导性能明显改善是分散处理纳米复合镍电极具有优良电化学性能的原因。     

纳米结构氢氧化镍粉末对镍电极的改性作用

采用水溶液化学沉淀法直接合成了具有纳米结构特征的氢氧化镍粉末,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、BET比表面积等方法对其结构特征进行了表征。将纳米结构氢氧化镍粉末以一定比例添加到商用球形氢氧化镍粉末中作为活性材料制备发泡式镍电极,采用恒电流充放电测试、循环伏安(CV)及交流阻抗分析(EIS)等方法对镍电极的电化学性能进行了研究。结果表明,纳米结构氢氧化镍粉末的添加可以使镍电极在充电效率、放电比容量、活性物质利用率、放电电压、抗膨胀能力及高速率放电性能等方面得到明显改善和提高。添加有纳米结构粉末的镍电极具有更高的反应活性及更小的电化学反应阻抗,充电时氧气析出电位也比较高,因而表现出优良的电化学性能。     

中空纤维镉镍电池内阻及高倍率放电性能的研究

采用对比的方法,研究了中空纤维镉镍电池及普通配方镉镍电池的内阻和高倍率放电性能,同时研究了中空镍纤维电池的内阻和高倍率放电性能之间的关系。结果表明：中空纤维镉镍电池的内阻及高倍率放电性能均明显优于普通配方的镉镍电池,而且中空镍纤维电池的内阻高低和高倍率放电时间密切相关,内阻越小,高倍率放电时间越长。     

泡沫镍电沉积Co-Ce合金镍电极的性能

为了提高动力MH/Ni电池的高倍率充放电性能,在泡沫镍骨架表面电沉积具有针状结构、高比表面积的Co-Ce合金,Ce含量为0.19%,用其作镍电极的基板.实验结果表明:600次循环中,镍电极10 C充电接受能力平均提高36%,放电比容量平均提高42%.XRD分析显示:Co-Ce合金基板表面生成的CoOOH是增加基板与活性物质界面电子导电能力的主要因素.     

泡沫镍镀钴提高镍正极性能

研究了泡沫镍基体电镀钴对镍正极的放电容量尤其是大电流放电性能的影响,结果表明:泡沫镍基体的镀钴层能改善基板与活性物质间的导电网络,减小活性物质与基体间的接触电阻,提高镍正极的大电流放电性能和快充快放性能.     

镍电极电化学性能研究——电镀钴层和添加二氧化锰的影响

通过充放电曲线和交流阻抗谱的测定及循环伏安试验 ,探讨了添加二氧化锰和在镍箔上电镀钴层对氢氧化镍粉末压制的镍电极性能的影响。结果表明 ,镍箔上的镀钴层在充电过程中可被氧化为导电性良好的CoOOH ,为氢氧化镍粒子与镍基体之间提供良好的电子通道 ,CoOOH也可通过迁移、扩散 ,在氢氧化镍粒子之间提供良好的电子通道 ,从而降低电极的扩散电阻 ,增加其质子导电性 ,提高Ni(OH) 2 /NiOOH的氧化还原可逆性 ,提高活性物质的利用率及镍电极的放电容量 ;而二氧化锰和钴镀层的协同作用可进一步提高电极的扩散传质性能 ,显著提高其容量和容量保持率     

羟基氧化镍的研究进展

羟基氧化镍作为锌镍电池和MH-Ni电池的正极活性物质已经逐步成为电池材料领域一个新的研究热点。综述了锌镍电池和MH-Ni电池的工作原理及羟基氧化镍的制备、结构、电性能;分析了羟基氧化镍的放电比容量及Ni(OH)2/NiOOH电极的可逆电极电势;围绕高放电比容量、自放电率低、高密度羟基氧化镍的发展前景,建议了今后的研究方向。     

氢氧化镍材料制备的研究进展

对氢氧化镍[Ni(OH)_2]的制备方法,如液相沉淀法、均相沉淀法、水热法、氧化法、高压水解法、离子交换树脂法、微乳液法、电解法和机械化学合成法等进行叙述;阐述制备工艺对产物结构、形貌、尺寸和容量等方面的影响。进一步综述掺杂Ni(OH)_2制备工艺方法并分析添加元素对Ni(OH)_2结构、容量、电化学性能的影响;讨论制备改性Ni(OH)_2过程中p H值、CO32-对Ni(OH)_2颗粒尺寸与形貌的影响。展望纳米Ni(OH)_2和掺杂Ni(OH)_2的应用前景。     

高容量泡沫镍正极

讨论了导电剂、粘结剂、干燥温度、泡沫镍基体对泡沫镍正极的影响.用不同配方、制造方法制成的泡沫镍正极与同种负极组装成AA型氢镍电池.对其电性能进行比较可知:导电剂及添加剂用量为10%(质量百分数)、粘结剂为5%(质量百分数)时有最佳电性能,分析了性能优良的原因.在15～95℃范围内烘干温度对容量无影响,泡沫镍本身的导电能力也不会有大影响.试验表明由这种泡沫镍正极组装成的电池综合性能优良.     

多硫化钠/溴液流电池的初步研究

以聚丙烯腈石墨毡和化学沉积镍钴合金的泡沫镍为正、负极电极材料,4 mol/L NaBr、1.3 mol/L Na2S4为正负极电解液,研究了常温下多硫化钠/溴液流电池的开路电压、正负极电位随电池充放电容量的变化规律,测定并分析了电池及正负极充放电时的极化曲线及电池的循环性能.结果表明:所用的电极材料对电池正负极反应的电催化活性好,当充放电电流密度为30 mA/cm2时,该电池库仑效率达96.1%,能量效率为69.4%(43次结果平均值).