添加剂对锌镍二次电池锌负极的性能影响毕业论文.doc

硕士学位论文
添加剂对锌镍二次电池锌负极的性能影响
作者姓名:谭志勇
学科专业:应用化学
学院(系、所):化学化工学院
指导教师:杨占红教授


中南大学
2012年 5月
分类号UDC 密级
硕士学位论文
添加剂对锌镍二次电池锌负极的性能影响
Influence of zinc anode additives in Zn/Ni
alkaline secondary batteries
作者姓名:谭志勇
学科专业:应用化学
学院(系、所):化学化工学院
指导教师:杨占红教授

论文答辩日期答辩委员会主席
中南大学
2012 年 5月
原创性声明
本人声明,所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知,除了论文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。
作者签名: 日期: 年月日
学位论文版权使用授权书
本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定,即:学校有权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文,允许学位论文被查阅和借阅;学校可以公布学位论文的全部或部分内容,可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》,并通过网络向社会公众提供信息服务。
作者签名: 导师签名日期: 年月
日
摘要
本论文简要地介绍了锌镍二次电池的发展历史和研究现状,重点阐述了锌镍二次电池的性能优势、存在的主要问题及其解决的办法,分析了锌镍二次电池作为环保绿色动力能源的的市场前景和潜在价值。锌镍二次电池较差的循环寿命主要源于锌负极的本体缺陷,如电极变形、枝晶生长、自腐蚀、钝化等。因此,课题在锌电极的无机金属氧化物缓蚀剂、钙质添加剂和无机、有机电解液添加剂对密封锌镍电池的电化学性能和循环寿命的影响进行了一定的研究。通过充放电测试、极化曲线、EIS等电化学分析手段和XRD、SEM和EDS等表征研究了添加剂对锌镍电池电化学性能的影响。
锌负极中添加4种3 wt%的无机金属氧化物添加剂,氧化亚锡(SnO)、氧化铋(Bi2O3),氧化铟(In2O3)和氧化铈(CeO2)在充电过程中能够优先还原为金属态,与充电态的金属锌形成锌-铟,锌-铋,锌-铈,锌-锡合金,提高锌负极的析氢过电位,从而能够增强锌金属的抗腐蚀能力,降低了锌金属的自腐蚀速率,同时为氧化锌的沉积提供基底,提高了锌电极的电流密度均匀性分布,降低其电压的上升幅度,提高其充放电性能和循环寿命。
锌镍二次电池电解液添加剂硫脲(CH4N2S)和十二烷基苯磺酸钠(SDBS)在充电过程中吸附在锌电极的表面,能够改善放电产物颗粒的沉积状况,使氧化锌颗粒沉积更加细小、分布更加均匀,可以减小电极反应速率与电流密度,降低锌电极的极化。无机电解液添加剂硼酸可以与碱液作用生成B4O72-,吸附在电极表面抑制了锌电极的钝化;Na2SiO3会增加电解液的粘度,可以降低电解液的流动性能,减缓了其极片的变形,有利于电流的均匀分布。
钙质添加剂氢氧化钙(Ca(OH)2)和木质素磺酸钙(CLS)可以固定锌电极的放电产物,减少活性物质在碱性电解液中的溶解损失,降低电极的极化,提高了锌负极的可充性能;而且木质素磺酸钙具有润湿性,吸附性和分散剂的性能,使锌负极活性物质分散得更加均匀,减小锌电极的极化;木质素磺酸钙能够使充放电电流的分布更均匀,减少电子在反应界面的积累从而降低锌电极的电化学极化,减缓锌电极的形变和枝晶问题。
采用共沉淀法制备的氧化镧掺杂氧化锌,X射线衍射分析(XRD)测试表明所制备的氧化锌为结晶性良好的纤锌矿结构,扫描电镜(SEM)显示掺杂了氧化镧的氧化锌的晶体尺寸大小较均匀,氧化镧能够改善合成的氧化锌的沉积形貌,为氧化锌沉积提供晶核基体,引导氧化锌晶体的均匀沉积。以该氧化锌材料作为负极活性物质得到的锌镍电池的初始放电容量为
mAh,%,具有明显的容量稳定平台。
关键词锌镍电池,锌枝晶,缓蚀剂,掺杂,容量保持率
ABSTRACT
This paper briefly introduces the development history and present research situation of Ni-Zn battery, the emphasis is the interpretation of the advantage of dominating-performance, the existing primary p