PAGEI摘要鎳鋅電池作為能量存儲的關鍵設備，在眾多領域有著廣泛的應用。近年來，科學家們致力于提升鎳鋅電池的性能，特別是通過改進其正極材料。鎳基正極材料因其高能量密度、優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性以及低成本而受到廣泛關注。然而，在充放電過程中，鎳基正極容易發(fā)生結構變化和活性物質脫落，導致電池性能下降。為了解決這一問題，本研究計劃引入了納米鈦酸鋇作為一種新型添加劑到鎳基正極材料中，起到穩(wěn)定正極材料的結構，提升電池的電化學性能的作用。電化學性能測試是評估電池性能的關鍵步驟，包括循環(huán)伏安法、充放電測試和電化學阻抗譜等。這些測試能夠全面評估電池的放電容量、循環(huán)穩(wěn)定性和點電荷傳輸效率等關鍵性能指標。通過對添加了納米鈦酸鋇的鎳鋅正極的電化學性能進行詳細測試，能夠深入了解納米鈦酸鋇對電池性能的影響，為電池材料的進一步優(yōu)化提供依據。本文根據測試結果分析，在鎳基正極材料中添加納米鈦酸鋇，可以顯著提高鎳鋅電池的電化學性能，使鎳基正極材料具有更高的放電容量，容量提升20%-40%，循環(huán)穩(wěn)定性、抗大電流的穩(wěn)定性、庫倫效率等都有所改進。未來的研究也將繼續(xù)探討納米材料對鎳基正極的影響因素，將其完善。本研究通過運用納米材料調控技術于制備過程中，成功實現了鎳鋅電池電化學性能的提升，并對其進行了全面的檢測，證明納米材料調控在增強電池性能方面具有一定的效果，為鎳鋅電池的未來發(fā)展與應用提供了新的方向和策略。關鍵詞：鎳鋅電池；鎳基正極；納米鈦酸鋇；電化學性能測試；PAGEIIABSTRACTAsakeydeviceforenergystorage,nickel-zincbatterieshaveawiderangeofapplicationsinmanyfields.Inrecentyears,scientistshaveworkedtoimprovetheperformanceofnickel-zincbatteries,especiallybyimprovingtheircathodematerials.Nickel-basedcathodematerialshaveattractedwidespreadattentionduetotheirhighenergydensity,excellentcyclingstability,andlowcost.However,duringcharginganddischarging,thenickel-basedcathodeispronetostructuralchangesandthesheddingofactivematerials,resultinginadecreaseinbatteryperformance.Inordertosolvethisproblem,thisresearchprojectintroducesnano-bariumtitanateasanewadditivetonickel-basedcathodematerials,whichplaysaroleinstabilizingthestructureofcathodematerialsandimprovingtheelectrochemicalperformanceofbatteries.Electrochemicalperformancetestingisakeystepinevaluatingbatteryperformance,includingcyclicvoltammetry,charge-dischargetesting,andelectrochemicalimpedancespectroscopy.Thesetestsprovideacomprehensiveassessmentofthebattery'skeyperformanceindicatorssuchasdischargecapacity,cyclingstability,andpointchargetransferefficiency.Throughdetailedtestingoftheelectrochemicalpropertiesofthenickel-zinccathodewithbariumtitanatenano,wecangainanin-depthunderstandingoftheinfluenceofbariumtitanatenanoparticlesontheperformanceofbatteries,andprovideabasisforfurtheroptimizationofbatterymaterials.Accordingtotheanalysisofthetestresults,addingnano-bariumtitanatetothenickel-basedcathodematerialcansignificantlyimprovetheelectrochemicalperformanceofthenickel-zincbattery,sothatthenickel-basedcathodematerialhashigherdischargecapacity,thestabilityofresistancetohighcurrent,andthecapacityisincreasedto20%and40%.Futureresearchwillcontinuetoexploretheinfluencingfactorsofnanomaterialsonnickel-basedcathodesandimprovethem.Inthisstudy,theelectrochemicalperformanceofnickel-zincbatterieswassuccessfullyimprovedbyusingnanomaterialmanipulationtechnologyinthepreparationprocess,andacomprehensivetestwascarriedout,whichprovedthatnanomaterialmanipulationhasacertaineffectinenhancingbatteryperformance,andprovidedanewdirectionandstrategyforthefuturedevelopmentandapplicationofNi-zincbatteriesKeywords:Nickel-zincbattery,nickel-basedcathode,nano-bariumtitanate,electrochemicalperformancetest;PAGEI目錄1引言 11.1鎳鋅電池簡介 11.1.1研究歷史 11.1.2基本原理 11.1.3研究的熱點和趨勢 21.2儲能中高介電材料的應用研究 31.2.1介電材料簡介 31.2.2儲能中高介電材料的應用 31.2.3高介電材料在儲能領域的應用前景 41.3選題意義 41.3.1探究介電材料在儲能領域的挑戰(zhàn) 41.3.2未來發(fā)展方向和應用前景 41.4研究內容 52材料合成與測試 62.1鎳基正極的制備 62.1.1試劑及儀器 62.1.2非燒結法制備 63電化學性能測試 83.1測試設備及試劑 83.2測試步驟 83.2循環(huán)伏安測試 83.2.1測試原理 83.2.2測試結果分析 93.3電化學阻抗測試 103.3.1測試原理 103.3.2測試結果分析 113.4充放電測試 123.4.1測試原理 123.4.2測試結果分析 134結論與展望 154.1總結 154.2展望 15參考文獻 16致謝 171引言1.1鎳鋅電池簡介1.1.1研究歷史堿性鎳鋅可充電電池自19世紀末以來已在商業(yè)上可獲得和使用。起初，鎳鋅電池的正極由氫氧化鎳制成，負極由鋅制成。然而，由于氫氧化鎳的活性低，負極鋅溶解性差等原因，制約了鎳鋅電池的發(fā)展。它的應用被設想為混合動力和電動汽車。但是，鋰離子電池技術的出現，其大規(guī)模生產的可行性，以及在滿足性能要求方面的成功，特別是能量密度和循環(huán)壽命，使其優(yōu)于未實現的承諾性能，受到相對短期惡化的挑戰(zhàn)，并使人們對這種化學物質的興趣逐漸消退。盡管如此，對長期、可持續(xù)、價格合理、具有高電力輸送能力的固定電網規(guī)模儲能電池的需求，以及對比鋰電池更安全的替代品的需求，通過不斷的改良與創(chuàng)新，鎳鋅電池的循環(huán)壽命和能量密度得到明顯提升，逐漸成為一種有潛力的電池技術，重新點燃了人們的興趣。鋅(Zn)作為一種安全、豐富、低成本的負極材料，在堿性環(huán)境中具有快速的反應動力學和高能量密度。因此，鋅-空氣電池、鋅-銀電池、鋅-錳電池和鋅-鎳電池等堿性鋅電池(AZBs)已被成功開發(fā)并商業(yè)化。全球鋅金屬儲量豐富，其價格低廉毒性低，具有雙電子轉移途徑(鋅→Zn2+))，電化學活性高。作為陽極，鋅具有高質量比容量(820mAhg?1))，高容量(5854mAhcm?3)，約為Li(2062mAhcm?3))的三倍，與其他不能直接用于水溶液電解質的金屬陽極(如Na、K等)相比，鋅金屬具有很強的抗氧化性和防潮性，這大大降低了鋅電池的加工成本。自1796年Volta研制出第一個以鋅為陽極的原電池，即今天的伏打電池以來，各種含水鋅電池一直受到廣泛關注[1]。1.1.2基本原理近年來，鎳鋅電池備受國內外關注，鎳鋅電池中的正極為鎳電極，主要的活性材料為Ni(OH)2，目前鎳電極的制備方法一般分為燒結式和非燒結式。燒結式正極是將Ni(OH)2用化學浸潰的方法載入到多孔基板中而多孔基板是羥基鎳在還原氣氛中高溫燒制而成的。雖然燒結式鎳正極表現出內阻小、循環(huán)穩(wěn)定性好及能量密度高的優(yōu)點但是制備成本較高，耗費時間也過長。本研究主要采用的是非燒結法制備鎳鋅正極，使用的集流體是泡沫鎳，原因是其孔隙率高，能夠填充更多的氫氧化鎳活性物質，導致容量和活性都比較高[2]。鎳正極放電反應方程式為2NiOOH+2H2O+2eˉ——2Ni（OH）2+2OHˉ（1）鋅負極一般為Zn或ZnO，Zn多用于一次電池，ZnO多用于二次電池，放電反應方程式為Zn+2OHˉ——Zn（OH）2+2eˉ（2）總方程式為2NiOOH+2H2O+Zn——2Ni（OH）2+Zn（OH)2（3）1.1.3研究的熱點和趨勢鎳Zn電池以其優(yōu)異的功率密度、高的放電電壓平臺和環(huán)境友好等獨特優(yōu)勢得到了廣泛的研究和應用，具有廣闊的應用前景。目前，人們在電池中多采用氫氧化鎳和氧化鎳作為活性正極材料。然而，鎳基電極的局限性是穩(wěn)定性弱，電導率不理想，充放電效率相比鋰電池較差。鎳鋅電池的容量是根據負極的容量過量設計的，所以Ni(OH)2作為正極材料，其性能影響著整個電池的性能，但Ni(OH)2是半導體，導電性較差，來說，Ni(OH)2的表面比電阻比較高。因此，在電化學反應過程中，電荷在氫氧化鎳微粒間的傳導阻力增大，導致效率降低。氫氧化鎳的質子傳導率較低，阻礙了質子在Ni(OH)2/NiOOH電對循環(huán)中的擴散，使得顆粒內部的Ni(OH)2不能完全反應，導致正極材料利用率低下。無論是表面電阻還是內部電阻，這些因素大多導致了正極的低利用率，使得氫氧化鎳的實際放電容量遠低于其理論比容量[3]。但是鎳鋅電池成本低，還能夠適用于低溫環(huán)境，體積比能量較高，較為環(huán)保安全等優(yōu)點，也讓其在儲能電池領域能夠占有一席之地，所以目前針對正極材料的改進，比如尋找合適的添加劑和摻雜手段，復合合適的相和結構的材料，設計異質結構以及層次化的納米材料，與碳或其他過渡金屬氧化物結合等已經成為研究者們努力攻克的方向[4]。1.2儲能中高介電材料的應用研究1.2.1介電材料簡介近年來，由于新能源汽車和工業(yè)儲能的快速發(fā)展，對儲能裝置的能量密度、安全性能、循環(huán)穩(wěn)定性等提出了更高的標準。特別是固態(tài)鋰金屬電池，由于其能量密度高、安全性能好等優(yōu)勢，引起了人們的極大興趣。介電材料又稱絕緣體，由于其極化效應，被廣泛應用于傳感、能量收集、催化等領域。介電材料包括壓電材料、熱釋電材料和鐵電材料，介電材料，如玻璃、云母、木材、橡膠、硬橡膠、紙張，是電絕緣或不導電的材料，帶隙通常大于3ev。介電材料在現代電子和電力系統中起著至關重要的作用，因為它們可以用于控制/存儲電荷和電能。介電材料主要分為介電陶瓷、介電聚合物和介電復合材料。根據介電響應模式的不同，介電材料又可進一步分為線性和非線性介電材料[5]。1.2.2儲能中高介電材料的應用化學儲能從靜態(tài)儲能發(fā)展到地面和機載儲能，對能量密度和安全性提出了更高的要求。固態(tài)電池是解決液態(tài)電池能量密度低和安全性問題的有效途徑之一。鋰離子固態(tài)電池無疑被認為是最有前途的下一代電池技術以下是介電材料儲能領域的主要應用[6]。電容器：其關鍵組成部分為介電材料。介電材料的選擇直接影響電容器的性能。高介電常數和低損耗角正切值的材料能顯著提升電容器的能量存儲密度和效率。超級電容器：其工作原理中，介電材料扮演著關鍵角色，通過電荷的存儲與釋放來完成能量的儲存和釋放。為了優(yōu)化超級電容器的性能，科研人員正致力于尋找具有高介電常數和低損耗角正切值的材料。鋰離子電池：介電材料的應用至關重要。這些材料作為電池正負極間的隔離層，不僅避免了正負離子的直接接觸，還促進了離子的有效傳輸。同時，它們還能有效防止電池內部的短路和腐蝕，顯著提升了電池的安全性能和使用壽命。研究人員正努力開發(fā)出介電常數更高、損耗更低、使用壽命更長的介電材料。他們也在尋求新的合成技術，以進一步提高這些材料的性能。總結來看，介電材料在儲能領域有著廣泛的應用，包括但不限于電容器、超級電容器、鋰離子電池和光伏電池等。通過不懈的研究和創(chuàng)新，我們期望能夠創(chuàng)造出性能更佳的介電材料，從而推動儲能技術的進一步發(fā)展和應用。1.2.3高介電材料在儲能領域的應用前景能介電材料由于其獨特的介電、壓電和鐵電效應，能夠有效地調節(jié)固態(tài)電池(SSBs)的界面電場，越來越受到研究者的關注。通過在介電材料間儲存電荷能夠實現高密度、高效率的能量存儲。另外，電介質儲能器以其高能量密度、長循環(huán)壽命等優(yōu)點，逐漸成為儲能領域的研究熱點[6]。未來，隨著能源需求的不斷增長和可再生能源的廣泛應用，對高效、可持續(xù)能源儲存技術的需求將日益迫切。介電材料作為一種綠色環(huán)保的儲能材料，具有穩(wěn)定性高、循環(huán)壽命長、容量大等優(yōu)勢，將在未來的儲能領域發(fā)揮越來越重要的作用。同時，隨著納米技術、多功能復合材料等領域的不斷發(fā)展，介電材料的性能和應用范圍將進一步擴大，為儲能領域帶來更多創(chuàng)新[8]。1.3選題意義1.3.1探究介電材料在儲能領域的挑戰(zhàn)隨著以功能介電材料為重點的交叉領域的快速發(fā)展，解決固態(tài)電池(SSBs)界面問題的新策略將越來越多地被激發(fā)出來。不可否認的是，雖然功能介電材料彌補了傳統添加劑和界面改性材料的大量不足，但仍存在一些需要解決的挑戰(zhàn)。在長時間的充放電過程中，潛在的作用機制和維持其取向偶極子的手段仍然不明確。介電材料的微觀結構特征如何有助于內部電場的形成，以及它們的微觀結構的變化是否影響電場的方向和大小，仍然缺乏明確的認識。應考慮將潛在的外極化場與當前的電池制造工藝(如均質化、涂層和軋制)有效集成，以解決實際應用問題[9]。1.3.2未來發(fā)展方向和應用前景研究本課題的意義在于推動鎳鋅電池技術的發(fā)展，提升電池性能并應用于儲能領域，具有重要的戰(zhàn)略意義和經濟價值。鎳鋅電池作為一種環(huán)保、高效的新型儲能技術，具有重要的應用前景。然而，目前鎳鋅電池在循環(huán)穩(wěn)定性和能量密度方面仍存在著諸多挑戰(zhàn)，制約了其進一步發(fā)展和應用。因此，通過調控鎳基正極材料的結構和性能，提高鎳鋅電池的循環(huán)穩(wěn)定性和能量密度具有重要的意義。鎳鋅電池作為一種關鍵的可再生能源儲存和利用技術，能夠有效緩解能源供需矛盾，提升能源利用效率，對節(jié)能減排和環(huán)保產業(yè)的發(fā)展具有顯著意義。隨著電動汽車、風力發(fā)電、太陽能等行業(yè)的快速發(fā)展，鎳鋅電池作為儲能設備的需求日益增長。提高其循環(huán)壽命和能量密度，降低成本，對于能源領域的可持續(xù)發(fā)展至關重要。鎳鋅電池在航空航天、軍事裝備、通信基站等領域的應用前景廣闊。盡管如此，目前鎳鋅電池的循環(huán)壽命和能量密度還未能完全滿足這些領域對高性能儲能設備的需求。因此，通過本研究對鎳基正極材料的調控，提升其循環(huán)穩(wěn)定性和能量密度，不僅能推動鎳鋅電池技術的進步，還能擴大其在儲能領域的應用范圍，對我國新能源產業(yè)的發(fā)展和節(jié)能減排工作產生重要影響[10]。1.4研究內容本論文的研究重點在于利用納米鈦酸鋇對鎳基正極的制備進行調控，并優(yōu)化其性能，以增強鎳鋅電池的電化學性能。在鎳鋅電池系統中，鎳基正極材料是一個關鍵要素，它對電池的循環(huán)性能和能量密度有顯著影響。本研究的目的是通過精細調整鎳基正極的結構和性能，從而提高鎳鋅電池的電化學表現，推動其技術的發(fā)展。論文探討了使用納米鈦酸鋇調控鎳基正極的非燒結法制備技術。隨后，通過電化學性能測試，包括循環(huán)伏安法、電化學阻抗譜和充放電測試，評估了經調控的鎳基正極材料的性能變化，以及這些變化對電池循環(huán)穩(wěn)定性和能量密度的影響。通過實驗結果的分析和數據的統計處理，本研究將進一步對納米鈦酸鋇材料的結構和性能進行優(yōu)化，以提升鎳鋅電池的循環(huán)穩(wěn)定性和能量密度。本文還將討論經調控的鎳基正極材料和鎳鋅電池在儲能領域的潛在應用和可行性[11]。

2材料合成與測試2.1鎳基正極的制備2.1.1試劑及儀器表2-SEQ表\*ARABIC\s11主要實驗試劑試劑名稱純度生產廠家氫氧化鎳商業(yè)級新鄉(xiāng)市和略利達電源材料有限公司泡沫鎳市售導電炭黑納米級江西縉禧納米材料有限公司聚偏二氟乙烯PVDF太原力之源科技有限公司3-氨丙基三乙氧基硅烷98%上海麥克林生化科技有限公司鈦酸鋇99.9%雨木（寧波）新材料有限公司表2-SEQ表\*ARABIC\s12主要實驗儀器儀器名稱型號廠家信息電子天平常州市幸運電子設備有限公司真空干燥箱上海樹立儀器表有限公司燒杯研缽+研磨棒2.1.2非燒結法制備非燒結技術用于制備鎳基正極材料是目前研究的一個焦點。該制備過程要求準備好鎳基正極的原料，并在一定的溫度和壓力環(huán)境下進行混合。隨后，采用專門的成型工藝將混合后的材料塑造為所需的形狀。成型之后，這些材料需經過熱處理，目的是除去可能存在的有機雜質和水分，同時也是為了提升材料的結晶質量和電化學活性。具體步驟為：將Ni(OH)2用化學浸潰的方法載入到多孔基板中而多孔基板是羥基鎳在還原氣氛中高溫燒制而成的。雖然燒結式鎳正極表現出內阻小、循環(huán)穩(wěn)定性好及能量密度高的優(yōu)點但是制備成本較高，耗費時間也過長。本研究主要采用的是非燒結法制備鎳鋅正極，使用的集流體是泡沫鎳，原因是其孔隙率高，能夠填充更多的氫氧化鎳活性物質，導致容量和活性都比較高。制作流程如下：將活性物質Ni(OH)2、導電碳、粘結劑（PVDF）按照8:1:1的比例混合，隨后加入有機溶劑混勻呈漿狀，將漿料涂膜在泡沫鎳上，然后將電極在80℃下干燥至恒重，通過壓片后制得鎳電極。此工藝流程比較簡單，但也能夠提升鎳電極的材料利用率[12]。在鎳基漿料電極中引入納米BaTiO3，采用三電極體系，研究其對電化學性能的影響。同時，制備相關電極并測試，梳理結論的可靠性和科學性。設計引入的納米BaTiO3（以下簡稱BTO）的比例為2.5%/5%兩種比例。將活性物質（含Ni(OH)2、BaTiO3，比例為97.5：2.5/95:5）、導電碳、粘結劑（PVDF）按照7:2:1的比例混合，其余步驟同上。在三電極的基礎上，進行器件的組裝和測試工作，明確BTO在電極中的影響機制。

3電化學性能測試3.1測試設備及試劑表3-1主要實驗試劑試劑名稱純度生產廠家氫氧化鉀90%上海阿拉丁生化科技股份有限公司甘汞電極碳棒表3-2主要實驗儀器儀器名稱型號廠家信息電化學工作站CS2350M武漢科思特儀器股份有限公司恒溫箱3.2測試步驟使用電化學工作站進行三電極測試步驟主要有三個部分，1.電極和電解池的組裝。2.參數的設置和運行。3.數據整理及分析。三電極體系包括工作電極，即制備的氫氧化鎳正極；參比電極，選用飽和甘汞電極；對電極采用碳棒。電解液采用2M的KOH溶液，將電極正確安裝并浸沒在電解質中。打開電化學工作站并確保其與電腦連接，輸入實驗參數，待測試完成后收集數據進行分析。3.2循環(huán)伏安測試3.2.1測試原理循環(huán)伏安測試是一種常用的電化學測試方法，通過在電化學活性材料與電解質溶液之間施加一定電壓范圍內的循環(huán)電位掃描，來研究電極表面吸附、脫附過程和電極材料的電化學性質。該測試方法能夠全面、深入地評價電極材料的電化學性能，循環(huán)伏安測試可以全面評價鎳基正極材料的儲能性能，包括其儲鋅/儲鈉反應過程、電解質中金屬離子的溶解和析出過程以及電化學活性材料的穩(wěn)定性和壽命等。循環(huán)伏安測試旨在為材料的電化學行為提供電位-電流關系的信息，以揭示材料在電化學反應中的動力學行為和化學反應機理。通過分析循環(huán)伏安曲線的形態(tài)和特征，可以確定鎳基正極材料的電化學儲能機理，如儲鋅/儲鈉反應的峰位和電荷傳輸機制。循環(huán)伏安測試還可評價電極材料的電化學反應動力學性質、穩(wěn)定性和壽命特性，對于鎳基正極材料的性能優(yōu)化和改進具有重要意義[13]。因此，循環(huán)伏安測試不僅可評價鎳基正極材料在有色堿性電池中的電化學性能，還可為材料的結構優(yōu)化和性能提升提供有效手段和參考依據。通過對循環(huán)伏安測試結果的分析，可以深入洞察鎳基正極材料的儲能性能和電化學行為，為調控鎳鋅電池性能提供科學依據和技術支撐。3.2.2測試結果分析圖3-1（a-c）分別為純Ni（OH）2、2.5%BTO、5%BT在不同掃描速率下的CV曲線。（d）為三者在20mV/s掃描速率下的CV曲線在三個檢測樣品的CV圖中，可以觀察到每一條曲線都有一對對稱的氧化還原峰，反映該類電池及摻雜改性過后的電池在充放電過程中具有可逆性，隨著掃描速率的增加，峰型也變得越來越尖銳，這是因為掃描速率的增加會使電池反應在更短的時間內完成，電流迅速增加和減少。對稱性也會在高速掃描下降低，也表明了電池的可逆性下降，這是由于電極無法快速響應電壓的變化，鋅離子的擴散跟不上電化學反應的速率。圖（d）為選用同一掃描速率的CV曲線對比圖，從中可以看出，2.5%BTO的曲線對稱性最高，并且在統一電壓0-0.6V下，具有最高的峰電流，意味著其可逆性是三者中最好，性能較為穩(wěn)定，具有更高的電化學活性，能夠更快的進行充放電，而其峰面積大也表明比容量較高。3.3電化學阻抗測試3.3.1測試原理化學阻抗譜測試是一種用于研究電池界面電化學性能的重要手段，通過該測試可以獲取電極/電解質界面的電-化學信息。該方法使用小振幅的正弦波電壓作為頻率變化的擾動信號，通過測量電流響應來實施電化學測量。通過對測量結果的分析和擬合，可以推斷出電化學過程中等效電路的模型，并計算出電路中各元件的參數。通過這些分析，可以進一步探討電極結構在電化學過程中的阻抗特性及其動力學性質[14]。根據電化學阻抗譜的測試原理，電池界面的電荷傳輸、電荷轉移和電解質擴散等過程可以得到全面的表征。在鎳鋅電池中，電化學阻抗譜測試可以用于評價鎳基正極材料界面的電化學性能。通過分析測試結果，可以揭示納米鈦酸鋇對鎳基正極材料界面電阻、電荷轉移阻抗等性能的影響，從而揭示納米鈦酸鋇調控鎳基正極的機制。電化學阻抗譜測試還可以為電池循環(huán)壽命和安全性提供重要參考信息，為電池性能優(yōu)化提供科學依據。在電化學阻抗譜測試中，測試者在一定頻率范圍內改變交流電壓的幅值，以監(jiān)測電池在不同頻率下的阻抗反應，進而揭示電池的動力學行為。測試者還可以利用等效電路模型對測得的阻抗譜進行擬合分析，以提取電池界面過程的動力學參數，如電荷傳輸電阻、電荷轉移電阻和電解質擴散阻抗等。通過對鎳鋅電池中納米鈦酸鋇調控后鎳基正極材料的電化學阻抗譜進行全面分析，可以揭示納米鈦酸鋇對鎳基正極電化學性能的影響機制，并為進一步調控鎳基正極材料結構和性能提供理論指導和實驗依據。3.3.2測試結果分析圖3-2純Ni（OH）2、2.5%BTO、5%BTO的EIS曲線從圖3-2可以看出，純NI（OH）2和2.5%BTO的高頻區(qū)呈現出較為明顯的半橢圓型，曲線在Z′上的截距表示溶液電阻，橢圓直徑表示電極界面與電解質的電荷轉移電阻，在低頻區(qū)是與Z′呈角度的直線，斜率越大，表示電極中離子在嵌入和脫嵌時擴散電阻越低，意味著離子在電極材料中的遷移速率更快，電極材料的電化學性能更好。這有助于提高電池的充放電速度和效率[15]。通過圖3-2可判斷：2.5%BTO的電池EIS曲線與Z′截距值較小，表示其溶液電阻小，電池內部的電解液具有很好的導電性，這通常有助于提高電池的總體性能，因為它減少了電池內部傳輸電流時的能量損失。5%BTO的曲線可以得出電極界面與電解質的電荷轉移電阻較小，在低頻區(qū)曲線斜率大，代表其電極材料的電化學性能更好。產生這樣的現象原因可能是：1.少量的摻雜提供了額外的電子或空穴，由于BTO具有特殊的鐵電性質，它可以在電場作用下促進離子的遷移，從而降低溶液電阻[16]。2.過量的BTO可能改善了電極材料與電解質之間的界面接觸，減少了界面阻抗，使得離子轉移更加容易。3.4充放電測試3.4.1測試原理電池的充放電測試是評價電池性能的重要手段，通過該測試可以獲取電池在不同充放電條件下的電壓-容量曲線，從而評估電池的能量儲存能力、循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。在充電過程中，正極材料釋放出氧化物離子，并吸收電子，而負極材料則向正極輸送電子，并吸附氧化物離子。反之，放電過程中，正負極的電子流方向發(fā)生了改變。通過對電池電壓和電流的變化進行實時監(jiān)測和記錄，可以得出電池在具體充放電條件下的電化學特性。充放電測試原理主要基于電化學和材料科學的理論，利用電池自身的化學反應過程來獲取電池性能參數。在進行電池充放電測試時，需要注意控制測試條件，包括充放電速率、溫度、截止電壓等，以模擬實際應用中的使用環(huán)境。通過對充放電測試數據的分析，可以獲取電池的循環(huán)壽命、處理容量、能量密度等重要參數，為電池設計和應用提供重要依據。充放電測試的價值在于，它能直接反映出電池在持續(xù)循環(huán)使用中的性能特征，從而為電池材料和結構的改進提供了重要參考。同時，對電池在不同充放電條件下的性能進行測試和比較，能夠為電池在工程應用中的使用提供技術支持，增強電池的使用效率和安全性。充放電測試的成果還為電池性能模型的構建和電池管理系統的優(yōu)化提供了關鍵的數據支持[17]。3.4.2測試結果分析圖3-3（a-c）分別為純Ni（OH）2、2.5%BTO、5%BTO在不同電流密度下的GCD曲線。（d）為三種電池在8A/g的電流密度下進行2000圈循環(huán)的循環(huán)保持率曲線。（e）為三種電池在8A/g的電流密度下進行2000圈循環(huán)的庫倫效率曲線。利用電化學工作站，將電壓窗口設置為0-0.5V，將三種電池在不同電流密度下進行恒電流充放電測試，得出的放電比容量和庫倫效率整理得圖3-4（a，b）分別為三種正極材料在相同電流密度測試下的放電比容量和庫倫效率對比圖根據充放電測試數據圖3-4（a，b），結合充放電曲線圖3-3（a-c），可以分析得知，在正極材料中添加BTO后，若比例合適，則可以提高電池的放電比容量，由表3-3信息可知，隨著電流密度的增加，添加2.5%BTO的正極放電比容量提升比例也隨之增加，從6A/g到15A/g依次提升比例為25%、42%，72%、383%，表現出優(yōu)異的電化學性能。即使電流密度增大，改性之后的電池仍能維持比原電池高的容量保持率，這意味著電池在大電流充放電時損耗較小，性能衰減緩慢，這種現象可能源自于通過BTO摻雜改性后提升了正極材料的穩(wěn)定性，優(yōu)化了電極結構，使其能夠有效應對大電流帶來的壓力，從而能使其保持較好的穩(wěn)定性。電池在8A/g的電流密度下進行2000圈的充放電循環(huán)，圖3-3（d）展示了三種電池的循環(huán)保持率變化，其中摻雜了5%BTO的循環(huán)保持率較高，而2.5%BTO的則出現先下降，在1500圈后有回升的現象，原因可能為電池在循環(huán)過程中BTO改變了電池材料的結構，提高了循環(huán)穩(wěn)定性，而由之前GCD測試關聯分析，5%BTO摻雜量過多，含量過高，納米材料可能發(fā)生團聚現象，減少了有效比表面積，降低了電池的性能，影響了電池的容量，但可能會減少電池在循環(huán)時活性物質的脫落損失，從而提升了在大電流密度下的容量保持率。而2.5%BTO摻雜量則較少，雖然對電池的容量起到提升作用，但不足以完全改善電池的電極結構，導致在經歷多圈循環(huán)時，也會造成電極的微觀結構不穩(wěn)定，從而引起了結構缺陷，反而降低了電池的循環(huán)穩(wěn)定性，在經歷長時間循環(huán)后，活性物質損失，微觀結構發(fā)生調整，BTO參與重新排列或愈合，所以循環(huán)保持率就會有所提升。4結論與展望4.1總結本研究的主要發(fā)現包括（1）在優(yōu)化材料結構方面，通過摻雜改性和納米粒徑控制，成功利用納米鈦酸鋇對鎳基正極進行了結構優(yōu)化，在2.5%BTO摻雜量下，鎳基正極的容量有20%-40%幅度的提升，并且在大電流充放電下，依舊能夠保持較高的容量保持率，通過阻抗測試能證明少量的BTO摻雜能降低電池電解液間的電阻；（2）5%BTO的電極雖然對電池容量產生了負面影響，導致其容量降低，但是卻能保持電池在長時間循環(huán)下的穩(wěn)定性，在相同工藝下制備的電極材料，5%BTO在2000圈循環(huán)后循環(huán)保持率比純Ni（OH）2高約17%。（3）添加BTO能夠增加離子的傳輸效率，提高電池的充放電效率，并且能在高電流充放電下保持高庫倫效率，在15A/g的電流密度下，相比純Ni（OH）2，2.5%BTO提升約為7%，5%BTO提升約為8%。4.2展望通過本研究的深入分析和探討，已經明確了納米鈦酸鋇調控鎳基正極及其在鎳鋅電池中應用的多個潛在優(yōu)化方向。我對今后繼續(xù)開展BTO改性的研究展望如下（1）可以深入探索材料的微觀結構和表面特性與其電化學性能之間的關系，并利用高分辨透射電鏡（HRTEM）和X射線光電子能譜（XPS）等技術對材料進行詳細分析，以便更好地理解調控機制和性能提升策略。（2）可以研究不同摻雜比例對材料結構和電化學性能的影響，通過精確控制BTO與活性物質的配比，實現BTO對正極性能全面提升的精確控制，從而優(yōu)化其電化學性能和循環(huán)穩(wěn)定性。（3）還可以探索新型的結構設計和工