文 献 综 述

一 、课题研究意义和研究现状

　开发高比能量，高功率密度，长循环寿命的储能器件一直是电源界不懈的努力方向。电池作为最常用的储能装置，可以提供高的比能量，但随着科技和社会的发展，许多场合如电动汽车等对电源功率的要求大大提高，远远超出了电池的承受能力。传统的电容器虽然可以提供非常大的功率，但能量密度有限，不能满足实际需要，于是超级电容器应运而生，它是一种性能介于传统电容器和和电池之间的新型储能设备【1,2】。根据它的电荷储存机制，超级电容器可以分为两类，双电层电容和氧化还原电容【3】。在超级电容器中，MWCNT由于其不同寻常的导电性能和多孔网络结构，一直被认为是最有潜在应用价值的电极材料。在NiOOH中加入MWCNT，纳米复合材料的表面积大大增加，从而可以产生较高的电容，能量和功率密度【4】。电极材料的改进对于电源性能的提高有着至关重要的作用，随着时代和科技的进步，以镍元素为主线，已经先后合成出了Ni（OH）2，NiOOH,LiNiO2及其参杂改进后的三类电池正极材料，并分别组装成了镍氢电池，镍锌电池，和锂离子电池。镍锌电池正极为NiOOH，负极为锌，电解液一般为氢氧化钾溶液。镍氢电池正极为Ni（OH）2/NiOOH，负极为储氢合金电极，电解液也是氢氧化钾溶液。它们正极材料都具有较高的比容量和良好的大电流放电能力【5】。锂离子电池是20世纪开发的新型高能电池，也是一种新概念电池，具有高比能量密度，高电压，轻质量，适用范围宽等优点。正极材料通常为LiCoO2，LiNiO2，LiMn2O4等，负极材料为锂【6】。

对于镍氢电池和镍锌电池，制备出高容量，高活性，高堆积密度的正极活性材料是提高电池性能的措施之一。由于Ni（OH）2和NiOOH均为P型半导体，导电性差，放电率低，所以目前对镍电极性能的改进主要是通过寻找合适的添加剂，对镍电极进行参杂和表面改性处理。添加剂的作用大体上有四个方面：（1）提高镍电极的活性物质利用率；（2）提高镍电极的放电单位；（3）提高镍电极的使用寿命；（4）提高镍电极在宽温度范围内的使用性能和大电流放电能力。故而本实验主要是研究添加剂MWCNT对正极材料NiOOH结构性质，表面特性及电化学性能的影响【7，8】。将β-NiOOH作为镍氢电池的正极添加剂，它与氧化剂联合作用，使溶液中不仅有ClO-,还产生了新的氧，提高了镍基材料的氧化效率，提高了镍氢电池的活化效率，减少了活化次数，提高了电池的放电容量。化学氧化法制备NiOOH是采用二价镍盐在碱性环境中进行氧化从而得到羟基氧化镍，常用的氧化剂有NaClO，K2S2O8。反应原理为：ClO- 2Ni2 4OH- → 2NIOOH H2O Cl- 【9】。众所周知，β-NiOOH作为锌镍电池的正极材料，是氧化或充电状态的β-Ni(OH)2。它可以提供高的放电电压平台（1.6V）和在特定容量下高于锌锰电池几倍的电流密度。β-NiOOH的合成石通过球状的β-Ni(OH)2前体在强碱溶液中以次氯酸盐或过硫酸钾作为氧化剂氧化得到的，然而这种化学氧化方法包含太多反应步骤，消耗大量试剂，产生大量废水，为了避免这个问题，已经提出来两个电解氧化方法，且已经成功的用这两种方法合成目标材料，并具有良好的电化学性能。但由于使用的是强碱溶液，所以由这种方法制备的产品不方便洗涤过滤，所以难以通过普通的化学或电化学方法制备出纯净的产物【10】。为了解决这个问题，我们采用一种新型的电解法，即通过球形的β-Ni(OH)2的碱性稀释溶液来制备高纯度的β-NiOOH粉末。这样得到的样品不仅表现出优异的电化学性能和高振实密度，且电解效率高，环保，经济适合大规模生产。但这些球形粉末的制备程序复杂且耗时，产品质量不容易保证，且成本较高，因此用一个更简单经济的方法合成Ni(OH)2前体是必需的【11】。NiOOH由不同的Ni（OH）2前体，通过三种电解氧化方法制备合成：聚丙烯酰胺的两个协助干燥步骤，传统的共沉淀和控制结晶。NiOOH样品表征和测试是通过X-射线衍射，红外光谱，扫描电子显微镜，BET测试，激光粒度分析，振实密度测试，环状伏安法，电化学阻抗谱和放电测试完成。结果表明，NiOOH的物理和电化学性能强烈依赖于Ni（OH）2前体的属性，如它的形态，微观结构，振实密度，和比表面积【12】。

论文的主要工作

本论文打算在参考上诉文献的基础上，以实验为主，制备出参杂MWCNT的NiOOH的正极材料，然后进一步优化工艺参数，确定最佳合成条件，同时采用多种结构分析，表面分析，热分析，电化学研究方法及实验手段完成以下工作：

（1）样品的合成及表征

（2）合成样品的XRD(X射线衍射分析)分析

（3）合成样品的电导率测试

（4）超级电容器的组装