鋅鎳二次堿性電池新型負(fù)極活性物質(zhì)的研究.pdf

1、鋅鎳二次堿性電池因能量密度高，功率密度高，工作電壓高，原材料來源廣泛且便宜，生產(chǎn)和使用過程無環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)而倍受關(guān)注，這些優(yōu)點(diǎn)也使得鋅鎳二次堿性電池成為新一代綠色動(dòng)力電池的有力競爭者。然而，廣泛的商業(yè)化推廣鋅鎳二次堿性電池還存在一些不足之處，最主要的原因就是該類電池循環(huán)壽命短。研究發(fā)現(xiàn)，鋅鎳二次電池的循環(huán)壽命短主要源于鋅負(fù)極的固有缺陷，如電極變形、枝晶生長、鈍化、自腐蝕、自放電等。這些缺點(diǎn)的根源在于鋅負(fù)極活性物質(zhì)氧化鋅在堿性電解液中的溶

2、解和反復(fù)充放電過程中鋅的不均勻分布。迄今為止，大多數(shù)研究主要針對(duì)于負(fù)極添加劑或者電解液添加劑，通過添加劑的特性抑制鋅電極形變和降低氧化鋅在堿液中的溶解度。雖然運(yùn)用這種方法能使鋅鎳二次堿性電池的性能得到一定的提高，但仍不能有效的解決上述問題。針對(duì)上述問題，本論文研究了不同合成方法制備的鋅鋁水滑石新型電極材料對(duì)鋅鎳二次堿性電池電化學(xué)性能的影響;首次成功制備并引入氫氧化銦包覆鋅鋁水滑石作為鋅負(fù)極活性物質(zhì)，系統(tǒng)研究了該材料的電化學(xué)性能;此外，對(duì)

3、鋅鋁鑭水滑石作為新型電極材料的電化學(xué)性能也進(jìn)行了重點(diǎn)的研究。
　　采用共沉淀法和水熱法制備鋅鋁水滑石。通過X射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)和紅外光譜分析得出，利用共沉淀法和水熱法都可以制備出實(shí)驗(yàn)所需的鋅鋁水滑石樣品。但是兩種方法制備的鋅鋁水滑石存在差別。水熱法合成的樣品結(jié)晶度高，均勻性良好且形貌相對(duì)規(guī)則。以該鋅鋁水滑石為負(fù)極活性物質(zhì)模擬鋅鎳二次堿性電池具有較低的充電電壓、較高的放電平臺(tái)和優(yōu)良的循環(huán)性能。
　　采用共沉

4、淀法制備銦包覆鋅鋁水滑石。X射線衍射(XRD)和掃描電鏡(SEM)測(cè)試表明In(OH)3成功包覆在鋅鋁水滑石表面，X射線能譜(EDS)結(jié)果表明樣品中氫氧化銦的包覆量為2.5 wt％(以In(OH)3計(jì)）。采用表面包覆氫氧化銦的鋅鋁水滑石為活性物質(zhì)的鋅負(fù)極，Tafel曲線測(cè)試結(jié)果表明其腐蝕電位相對(duì)于采用了物理混合氫氧化銦的鋅鋁水滑石的鋅負(fù)極的腐蝕電位發(fā)生了正移，鋅負(fù)極的抗腐蝕能力增強(qiáng)。采用表面包覆氫氧化銦的鋅鋁水滑石作為負(fù)極活性物質(zhì)的電池

5、經(jīng)過50次循環(huán)后，電池放電容量為364.0 mAh·g-1，其容量保持率為96.9％。
　　采用水熱法制備了不同摩爾比的鋅鋁鑭水滑石。紅外吸收光譜(FTIR)、X射線衍射(XRD)和掃描電鏡(SEM)測(cè)試結(jié)果表明鋅鋁鑭水滑石具有很高的結(jié)晶性和典型的六邊形結(jié)構(gòu)。經(jīng)過400次循環(huán)后，采用Zn/Al/La=3/0.9/0.1的鋅鋁鑭水滑石作為負(fù)極活性物質(zhì)的電池放電容量為205.0 mAh·g-1，其容量保持率為53.5％;采用Zn/Al

6、/La=3/0.8/0.2的鋅鋁鑭水滑石作為負(fù)極活性物質(zhì)的電池放電容量為297.0mAh·g-1，其容量保持率為79.0％;采用Zn/Al/La=3/0.6/0.4的鋅鋁鑭水滑石作為負(fù)極活性物質(zhì)的電池放電容量為241.0 mAh·g-1，其容量保持率為69.0％。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，Zn/Al/La=3/0.8/0.2具有最穩(wěn)定的循環(huán)性能。此外，循環(huán)伏安(CV)和Tafel曲線測(cè)試結(jié)果表明Zn/Al/La=3/0.8/0.2的鋅鋁鑭水滑石具有較好