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

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曲線測試結(jié)果表明其腐蝕電位相對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