锌镍二次电池：性能优越，环保安全的动力型电池新选择

锌镍二次电池：性能优越，环保安全的动力型电池新选择

目前，市场上的动力电池主要有铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池和锂离子电池等。其中铅酸电池和镍镉电池是长期以来被广泛应用的二次电池，占据着动力电池的主要市场。但这两类电池的比能量较低，商用电池一般只能达到30~50wh/kg。同时，铅和镉是有毒金属，对环境污染严重，已被世界各国限制使用。镍氢电池的生产和使用，工作电压低，高温下自放电大，只适合做小型工具的电源。锌镍二次电池由锌电极和镍电极组成，兼有锌银电池锌负极容量高和镉镍电池镍正极寿命长的优越性能。 锌镍二次电池具有容量大、比能量高（一般是镍镉电池的两倍、镍氢电池的几倍）、安全性好、工作电压高、无记忆效应、低温性能优良、可大电流快速充放电等优点，在电池生产和使用过程中不污染环境，是“绿色电池”。 国内锌镍电池产品生产技术应用现状 生产工艺介绍 锌镍电池由锌、氧化镍、质量浓度为25%～30%的氢氧化钾溶液、隔膜组成。 Zn/Ni电池的电池反应机理： 2Ni(OH)2+Zn(OH)2＝+Zn+2H2O 其正极组成为：氢氧化镍、镍粉和添加剂；负极组成为：氧化锌、锌粉、添加剂。通常锌极由氧化锌、金属锌粉、添加剂和聚四氟乙烯乳液混合后经卷绕而成。

镍电极的制备方法有两种：①烧结镍电极，由羰基镍粉烧结成多孔基体而成。②泡沫镍电极，由氢氧化镍、导电石墨、聚四氟乙烯乳液在泡沫镍基体上滚压而成。生产设备介绍主要设备：单面间隙涂覆机、全自动分条机、全自动层压机、全自动极片成型机、手动冲孔机、手动层压机、定长切割机、双面真空包装机、顶边封、八工位转盘顶边封、钢球冲孔机、铁心卷绕机、压扁机、隔膜加工机、极耳切割机、极耳包封机、涂覆设备、卷绕设备、分条设备、制片设备。 极片与极片连接设备，极片干燥、滚压设备，软包装包装设备，超声波，点焊机，可用于极片与极片连接，电池检测设备，X-RAY无损检测仪，顶封，侧封，化成封，极片真空烘箱，氮气发生器设备生产工艺创新路径目前国内锌镍电池科研试制企业主要存在以下问题：1、电池寿命短，一般100~200次，2、极片变形，3、锌极片腐蚀溶解，4、锌枝晶生长过快，5、过充电的控制具体原因有：1、材料选择不当，2、添加剂选择及数量控制不合理，3、隔膜选择不当，4、工艺不合理，5、充电方式不合理。锌镍电池成本：降低生产成本是碱性锌镍电池发展的关键。 由于正极核心材料NiOOH处于初级开发阶段，制造成本相对较高。

技术研发现状锌镍电池充放电循环寿命短是由于锌负极放电产物在氢氧化钾电解液中的溶解度较大，造成充电时锌沉积不均匀。锌负极在多次充放电循环后形状发生变化，电极变得周围变薄、中部变厚，或有时顶部变薄、底部变厚，电极活性表面积减少，电极容量下降[1999年密封锌镍电池发展回顾]。在充电后期，锌电极还会产生树枝状沉积物，有时可刺穿隔膜，造成电池内部短路，结束电池寿命。碱性溶液中的锌电极是热力学不稳定的，锌电极自放电不仅损失容量，还会产生氢气。 其反应式为： Zn+2OH——�0�1Zn(OH)2+2eZnO+2e——2OH-+H2Zn+H2O——ZnO+H2 锌负极在充放电过程中，锌从负极向正极迁移，造成正极孔隙被锌酸盐堵塞，导致正极容量下降。为提高锌镍电池充放电循环寿命，必须解决锌极的变形、抑制锌枝晶的生长、抑制自放电产生氢气和锌从负极向正极的迁移等问题。近年来，国内外研究仍在不断进行，目的是在保持其优异性能的同时，进一步降低镍电极的制造成本。必须排除镍电极在充电过程中产生的氧气，否则电池会发生膨胀。

镍电极的另一个问题是如何抑制其在充放电循环过程中的膨胀。在锌镍电池中，通常在锌电极上包裹数层再生纤维素膜或聚丙烯膜，以防止锌酸离子向正极扩散迁移和锌枝晶通过隔膜的渗透。放电过程中会消耗水分，因此需要吸液性好的隔膜，还需要考虑采用能抑制锌酸离子迁移扩散、阻止锌枝晶生长的再生纤维素膜或聚丙烯膜。但使用这些膜，电池充电时正极上产生的氧气很难到达锌负极表面进行还原反应。由于锌电极在碱性溶液中的热力学不稳定性，锌电极的自放电必然导致氢气的产生。因此，在开发密封锌镍电池，特别是容量比较大的电池时，应注意抑制锌电极的自放电，尽量消除自放电产生的氢气。 我国厦门有两家企业正在联合研发生产锌镍电池，电动汽车用锌镍电池目标是实现一次充电总里程240km，预计价格约为200美元/kWh。