球形纳米β- Ni(OH)2的制备及其电化学性能研究

首次采用沉淀转化法制备出球形纳米β- Ni(OH)2，认为反应转化pH值与体系中表面活性剂浓度是纳米颗粒形貌和尺寸的主要影响因素。通过粉末微电极研究了纳米材料的循环伏安特性及质子扩散性能；将实验中所制得的两种不同形状的纳米级Ni(OH)2以8%（质量分数）比例与微米级球形Ni(OH)2混合制得复合电极，进行充放电实验及不同荷电状态下的电化学阻抗实验。结果表明：球形纳米Ni(OH)2具有优越的循环伏安特性，较强的质子扩散能力；球形纳米Ni(OH)2较片状纳米Ni(OH)2更有利于提高电极容量，降低电化学反应电阻。
关键词：沉淀转化法；球形纳米Ni(OH)2；粉末微电极；电化学阻抗

纳米材料的研究开始于 70年代末，进入90年代后扩展到化学电源领域。90年代初，US Nanocorp，Inc公司利用湿法化学合成制备出一种纳米相Ni(OH)2粉末，将纳米粉末烧结成尺寸为10～12μm的颗粒，可以明显提高镍碱性电池的性能，1998年夏熙用化学法制得平均粒径为16.9nm的Ni(OH)2粉末，当它与普通的Ni(OH)2掺杂可使电极容量明显提高[1~3]。沉淀转化法制备纳米β- Ni(OH)2相对微乳液法、配位沉淀法、均相沉淀法、无水乙醇溶剂法等具有成本低、产率高、工艺简单等优点。但是，目前人们用沉淀转化法制备的纳米Ni(OH)2主要为片状、针状和无定形，导致填充困难，降低了电池的体积比容量；同时由于活性颗粒形状不规则，在放电过程中极化不均匀，从而生成γ-Ni(OH)2，降低电极强度，影响电池的循环寿命。本文通过改变制备工艺条件首次采用沉淀转化法制得球形纳米β-Ni(OH)2，并系统的研究了其电化学性能。
2 实 验
2.1 样品的制备及表征
将Ni(NO3)2溶液与Na2C2O4溶液在搅拌下混合，然后加入表面活性剂吐温80，搅拌20min后以喷雾的方式加入0.1mol/L 的 NaOH溶液，整个反应是在60℃水浴中进行，陈化数小时，洗涤沉淀并离心分离，再将沉淀在80℃下干燥，研磨得样品。在表面活性剂浓度为12ml/L、转化pH值为10.5制得样品1；在表面活性剂浓度为10ml/L、转化pH值为9.8制得样品2。
X射线粉末衍射实验采用日本岛津XRD-6000型粉末衍射仪，Cu Kα，40kV电压，电流30mA，扫速5°/min。TEM采用日本电子公司的TEM-1200EX型透射电镜。
2.2 电化学性能测试
2.2.1 充放电实验
将纳米Ni(OH)2、微米球形Ni(OH)2、镍粉、钴粉，按8%、77%、10%、5%（质量分数）比例进行混合，用60%的PTFE和2%（质量分数）的CMC作为粘合剂，以膏状均匀涂于泡沫镍制成正极。实验采用模拟电池体系：正极为纳米复合电极，辅助电极为过量的烧结镉片，电解液为15g/L LiOH和7mol/L KOH混合溶液。测试采用新威电池测试系统，室温下用0.2C充放电活化并测容量。