镍锌二次电池：解决锌负极问题，提升电池性能的研究进展

镍锌二次电池：解决锌负极问题，提升电池性能的研究进展

【摘要】：镍锌二次电池具有工作电压高、功率密度高、能量密度高、无记忆效应、安全指数高、生产成本低等特点，是一种环境友好型高性能二次电池。但存在锌负极变形、枝晶生长、镍正极钝化、中毒等问题，使其循环寿命差，严重制约了镍锌二次电池的应用和发展。本文在对国内外镍锌电池及锌负极材料研究工作进行较为系统综述的基础上，采用直接机械搅拌的方式添加锌负极添加剂（金属氧化物、氢氧化物）、合成电池负极材料、在氧化锌表面进行碳包覆，从降低氧化锌在碱性电解液中的溶解度、提高其电导率的角度，对镍锌电池的性能进行了改进。几种金属氧化物添加剂对锌电极的耐腐蚀性能有不同程度的影响，作为锌负极添加剂，可以提高电池的首次放电容量。 不同氢氧化钙的添加量使得锌负极的耐腐蚀性能不同，当氢氧化钙的添加量为25%时，锌负极的耐腐蚀性能最好，可以提高镍锌电池的循环稳定性。采用化学法合成了锌负极活性材料锌酸钙，以其为锌负极活性材料制备的模拟镍锌电池具有良好的循环稳定性，其原因是锌酸钙在碱溶液中溶解度较小，减少了锌负极的形变，从而提高了锌负极的循环稳定性。采用水热法与共沉淀法相结合制备了不同Zn/Al摩尔比的锌铝水滑石，其均匀性与结晶性良好，纯度较高，作为锌负极活性材料，可以有效缓解锌负极在碱性电解液中的腐蚀； 当Zn/Al摩尔比为2:1和3:1时,存在较明显的放电平台(1.75V),高于纯氧化锌作为负极的放电平台(1.65V)。

表面包覆技术是改善和提升电极活性材料电化学性能的重要方法和手段，主要通过对电极活性材料表面进行包覆改性，达到提高电池充放电电压平台和电化学循环稳定性的目的。本文主要借鉴锂电池材料碳包覆的机理，以葡萄糖和普通氧化锌ZnO（AR）为原料，制备ZnO/C复合电池材料，并利用二次电池检测设备及电化学工作站研究表面包覆碳的氧化锌的电化学性能。研究表明不同葡萄糖添加量的影响：在烧结温度为650℃时，前驱体中葡萄糖添加量为15%时制备的材料表现出良好的耐腐蚀性和循环稳定性，经过80次循环后，其放电比容量仍为/g，容量保持率为最高值的87%（/g）；经过200次循环后，其放电比容量仍为/g，容量保持率为最高值的68%（/g）。 较高烧结温度（前驱体葡萄糖添加量为15%）制备的材料循环稳定性表现出良好的容量保持率，经过80次循环后，较高温度（650℃）下的放电比容量仍能保持在1.56mAh/g，比较低温度（450℃）下的放电比容量提高了68mAh/g。