密封鋅鎳電池添加劑及負(fù)極材料的制備和性能研究.pdf

1、本論文簡要回顧了鋅鎳電源的歷史與發(fā)展?fàn)顩r，重點闡述了鋅鎳電池的研究現(xiàn)狀，包括鋅鎳電池的工作原理、主要存在的問題及相關(guān)解決方法，并展望了鋅鎳電池的應(yīng)用前景。通過恒電流充放電測試、SEM與氫氣析出實驗等分析手段研究了負(fù)極分散劑對鋅鎳電池電化學(xué)性能的影響?？疾炝瞬煌螒B(tài)氧化鋅對鋅鎳電池的影響，同時探索了鋅鎳電池正負(fù)極匹配工藝。使用XRD、SEM等手段對球磨法制備的鋅酸鈣樣品進行表征，同時運用恒電流充放電測試和電池解剖分析等手段研究了球磨鋅酸鈣

2、的電化學(xué)性能，比較了三種不同形貌鋅酸鈣的電化學(xué)性能的差異。此外，本論文通過改變隔膜、電池外殼、電解液及加入添加劑等方法研究了鋅鎳電池自放電的性能。 負(fù)極分散劑六偏磷酸鈉、三聚磷酸鈉、乙醇及Tween-20都能有效減小鋅負(fù)極材料的團聚，使?jié){料分散均勻，并影響負(fù)極電化學(xué)性能。其中六偏磷酸鈉對鋅負(fù)極電化學(xué)性能的促進作用最明顯，電池1C循環(huán)壽命最長。SEM分析以及氫氣析出實驗表明，六偏磷酸鈉有效減小了鋅負(fù)極中氧化鋅以及導(dǎo)電石墨的結(jié)團現(xiàn)象

3、，并且能夠抑制負(fù)極氫氣的析出。 采用納米氧化鋅及普通氧化鋅作為鋅負(fù)極主體活性物質(zhì)，結(jié)果表明普通氧化鋅明顯優(yōu)于納米氧化鋅，其比容量為303 mAh·g-1，而納米氧化鋅的比容量僅為237 mAh·g-1，而且普通氧化鋅具有更高的充放電效率及穩(wěn)定性，更好的循環(huán)壽命。研究還表明，鋅鎳電池的放電容量不僅受鎳正極容量的限制，而且與鋅負(fù)極的活性有較大的關(guān)系。當(dāng)鋅負(fù)極的容量為鎳正極的1.7倍，充電深度為90％時，電池具有較好的電化學(xué)性能與較高

4、的活性物質(zhì)利用率。 XRD與SEM分析表明，在KOH溶液中通過球磨法能夠制備得到不規(guī)則形貌的鋅酸鈣晶體，隨著KOH溶液濃度升高，制備的鋅酸鈣樣品由CaZn2（OH）6·2H2O結(jié)構(gòu)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)镃a（Zn（OH）3）2·2H2O結(jié)構(gòu)，且當(dāng)KOH溶液濃度高于40％時將難以制備鋅酸鈣。恒電流充放電測試表明，CaZn2（OH）6·2H2O結(jié)構(gòu)的鋅酸鈣電極循環(huán)性能良好，但難以活化，而Ca（Zn（OH）3）2·2H2O結(jié)構(gòu)的鋅酸鈣電極容易活

5、化，但循環(huán)性能較差。20％KOH溶液中制備的鋅酸鈣因具有兩種結(jié)構(gòu)，其電極易活化且循環(huán)性能良好。在低倍率充放電時，鋅酸鈣晶體的形貌對鋅負(fù)極充放電以及循環(huán)壽命影響較小，但隨著充放電倍率增大，影響非常明顯。其中以六邊形鋅酸鈣電化學(xué)性能最佳，添加六邊形鋅酸鈣的電極反應(yīng)速度快，放電平臺高且循環(huán)壽命最長。 磺化隔膜因其在堿液中具有不分解和不氧化等優(yōu)點，對鋅鎳電池自放電的抑制作用明顯優(yōu)于維綸隔膜。以NaOH電解液代替KOH電解液，能夠同時增大

6、正極和負(fù)極的電荷轉(zhuǎn)移電阻，抑制電池自放電，常溫存放30天后，1C容量保持率從0增大到28.3％，當(dāng)NaOH濃度為6M時，抑制效果最好，達到32.2％。正極添加劑Ca（OH）2和MnO2能夠提高鎳正極的析氧過電位，抑制鎳正極分解，同時也提高了鎳正極的儲存性能，使高溫存放后容量能夠恢復(fù)至存放前的水平。在電池鋼殼表面鍍有高析氫過電位金屬Sn和Cu能有效抑制鋅負(fù)極的析氫腐蝕行為，高溫存放7天后，使用鍍銅與鍍錫鋼殼的電池1C容量保持率分別達到24