内蒙古科技大学本科生毕业论文
3.2 SEM测试分析 ................................................................................................. 33
3.2.1 SEM简介 .............................................................................................. 33 3.2.2 SEM图像分析及结果 .......................................................................... 34
第四章 结 论 .............................................................................................................. 40 参考文献 ........................................................................................................................ 41 致 谢............................................................................................................................ 45
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第一章 引 言
1.1 镍氢电池的发展
能源是人类文明发展的原动力，是国民经济和社会发展的重要战略物资，能源技术是衡量一个国家经济发展和社会水平的重要指标。
近年来由于全球信息业的迅猛发展，便携式电子产品（如：笔记本电脑、数码相机、数码摄像机等）的迅速普及，越来越要求与之相配套的电池具有良好的性能—高容量、高功率、质量轻、体积小、无污染等，尤其是对其安全性、循环寿命的要求越来越高，极大地刺激了电池产业的快速发展和技术进步。
目前使用的碱性二次电池中，镍系列电池占有很重要的地位。1899年由瑞典人Jungner发明的Cd-Ni电池，虽然价格低廉、循环寿命长，但能量密度比较低，并且存在重金属镉污染。1998年，我国禁止再上Cd-Ni电池项目，欧盟也禁止Cd-Ni电池以及含有Cd-Ni电池的电子产品进入欧盟市场，从而给MH-Ni电池的发展提供了更广阔的发展前景，使MH-Ni二次电池的研究得到了更广泛的关注。MH-Ni电池作为一种新型绿色二次电池，它具有能量密度高、循环寿命长、可高倍率充放电、耐过充放电能力强、无记忆效应、对环境友好等一系列的优点，而作为混合动力电动汽车的车用电池，则需要更强调输入和输出的双向高功率特性。
由表1.1可知，MH-Ni电池在用作动力电池方面的优势更为明显。MH-Ni电池也是最早作为混合动力电动车（HEV）车用电池进入商业化阶段的电池系统。电动车研发的升温为MH-Ni电池的进一步发展提供了新的契机，但同时也对MH-Ni电池的性能提出了更高的要求。出于安全等因素考虑，MH-Ni电池在设计上采用的是正极容量限制方式。因此，正极材料的综合性能的提高对电池整体性能的展现至关重要。
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表1.1各种车用动力电池综合性能比较(A 最好；B 良好；C 最差；D 差)
项目 一次充电行驶
性能要求 Pb-acid Cd-Ni Fe-Ni Zn-Ni MH-Ni Li-ion
200-400
里程/km
总行驶里程/km 10-20万
D D D D B A
C B B D A 未知
电池总重量/kg 200-300 D D C C B A
急速充电性能
安全性 材料再生性
D C B
C D B
C B B
C B B
A B B
D D C
低价格可能性 A B-C C B-C C C
综合评价 C C C C A A-B
自20世纪80年代末以来就成为世界上许多国家电化学工作者竞相研究和开发的热点。在我国，高性能MH-Ni二次电池被列入《中国高新技术产品目录（2000）》、《当前国家重点鼓励发展的产业和技术目录》中，是863计划中能源与环保项目的重中之重，同时又被国家科委列为“十五”攻关重点项目。目前MH-Ni电池在国内外已经实现大规模工业化生产。日本松下、Yuasa、三洋、古河、东芝、日立，美国Ovonic，德国Varta公司，法国Saft公司，以及荷兰Philips等公司都在大规模开发和生产MH-Ni电池，其中日本的MH-Ni电池生产发展速度最为迅猛，1995年达到3.19亿只，而2000年己经超过10亿只。20世纪九十年代，我
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国的MH-Ni二次电池经历了从无到有的过程并迅速发展，逐渐形成了从正负极材料到隔膜、骨架材料等配套产品齐备的局面。到2000年，我国MH-Ni电池产量达到1.9亿只，2001年的产量达2亿多只[1-2]。
随着市场的需求，新型绿色环保型镍氢电池正朝着高容量、小型化、高功率方向发展。镍氢电池产业将成为21世纪能源领域的重大产业之一。镍氢电池产业的发展可带来城市环境的改善，使国民经济可持续发展；有助于移动通讯、无污染电动车等的高新技术产业的发展；还将带动上游原材料工业的发展。
1.2 纳米材料及纳米氢氧化镍简介
1.2.1 纳米材料简介
纳米级结构材料简称为纳米材料(nanometer material)，是指其结构单元的尺寸介于1纳米～100纳米范围之间。由于它的尺寸已经接近电子的相干长度，它的性质因为强相干所带来的自组织使得性质发生很大变化。并且，其尺度已接近光的波长，加上其具有大表面的特殊效应，因此其所表现的特性，例如熔点、磁性、光学、导热、导电特性等等，往往不同于该物质在整体状态时所表现的性质。
从广义来说，可以把纳米材料分为三大类：即纳米微粒、纳米固体和纳米组装体系。
从狭义上说，纳米材料就是有关原子团簇、纳米颗粒、纳米线、纳米碳管、纳米薄膜和纳米固体材料的总称。按传统的材料学科体系划分，纳米材料又可进一步分为纳米晶体材料、纳米陶瓷材料、纳米高分子材料和纳米复合材料。若按照应用目的进行分类，又可将纳米材料分为纳米电子材料、纳米磁性材料、纳米发光材料、纳米隐身材料和纳米生物材料等等[3]。 1.2.2 纳米材料的制备方法和应用
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纳米材料的制备方法常见的有物理法、化学法、及两者相结合的综合的方法。其中在物理法中主要有球磨法、粉碎法和蒸发冷凝法。球磨法是指采用适当的条件制备纯元素的纳米粒子、合金的纳米粒子或者复合材料的纳米粒子的方法，此法成本低、操作简单，但是本法也有一定的缺点，如所制的产品纯度低，颗粒分布的不均匀等；粉碎法是通过对原料机械粉碎、电火花爆炸等制得纳米粒子，成本低、简便易操作，但是同样存在纯品纯度不高、粒度不易控制等缺点；蒸发冷凝法是通过真空蒸发、高频感应、加热等操作后，接着骤冷制备纳米粒子，此法得到的产物纯度高、粒度可控，但是对技术和设备有很高的要求。
釆用化学的制备方法则具有反应条件易控、反应的设备简单，且对反应物的选择性多等优点。常见的化学法可分为三类:液相法、气相法和固相法。 1.2.3 纳米氢氧化镍简介
根据美国USABC和日本各电池公司对种类繁多的电动车用动力电池的性能以及发展潜力的比较论证，综合考虑电池的安全性能、可靠性、电池材料资源和环境问题以及电池性能的发展趋势，确定镍氢电池是近、中期电动车适用的首选动力电池。Ni(OH)2正是MH-Ni电池的正极材料活性物质，它的优劣直接影响着电池的性能好坏。90年代以来，随着纳米材料科学技术的迅猛发展，纳米材料的研究逐渐扩展到化学电源领域。
纳米Ni(OH)2与普通Ni(OH)2相比具有更优异的电催化活性、高的放电平台、高的电化学容量以及高的密度。究其化学原理，Ni(OH)2的生成很简单，但要将其制备成具有高电化学活性、高堆积密度的Ni(OH)2材料却非易事。近年来，国内外已有多家研究机构通过不同方法制备纳米Ni(OH)2，研究结果表明，与普通微米Ni(OH)2相比，纳米Ni(OH)2具有更小的晶粒电阻、更高的质子迁移速率以
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