鋅-氧化銀貯備型電池用鋅負(fù)極制備工藝研究.pdf

1、鋅/氧化銀貯備電池因具有激活時(shí)間短、比功率高、比能量大、放電性能穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn),已被廣泛應(yīng)用于軍事領(lǐng)域和應(yīng)急場合。目前該電池用鋅負(fù)極的種類有,經(jīng)化成和干燥處理的粘結(jié)式鋅負(fù)極、用鋅粉在干態(tài)或濕態(tài)下壓制成型的鋅負(fù)極、直接電沉積鋅箔經(jīng)減薄成型的鋅負(fù)極等。為提高該電池用鋅負(fù)極的電化學(xué)活性、放電穩(wěn)定性、宜加工性和激活速度、降低其自放電率,本文從對該電池鋅負(fù)極用電沉積鋅粉,及由電沉積鋅粉制成鋅負(fù)極兩個(gè)方面,對相關(guān)工藝進(jìn)行了較為系統(tǒng)地研究。
　

2、　 本文從電解液種類、電解液濃度、電解液添加劑、電解溫度、陰極電流密度等方面,較為系統(tǒng)地研究了電沉積鋅粉工藝;采用粒度分析、氧化度分析、掃描電子顯微鏡、實(shí)驗(yàn)電池放電等技術(shù),檢測了所制鋅粉物化性能、電化學(xué)性能。對電沉積鋅粉的表面處理工藝和成型后的鋅負(fù)極表面處理工藝進(jìn)行了探討。主要結(jié)果如下：⑴用ZnSO4電解液,電沉積鋅粉的顏色呈灰黑色,低電流密度下電沉積鋅粉顆粒形貌呈苔蘚狀、高電流密度下電沉積鋅粉呈樹枝狀。電壓和溶液的pH值在剛開始電解

3、的幾分鐘內(nèi)變化較快,最后在一定值附近有微小震蕩。實(shí)驗(yàn)電池在150mA/cm2電流密度下只能放電7分鐘,這說明ZnSO4電解液中電沉積鋅粉的電化學(xué)活性一般。⑵用Zn(NO3)2電解液,電沉積鋅粉顆粒大且致密、難以研磨成粉、鋅粉表面覆蓋有白色附著物、鋅粉的純度只有45％、陰極電流效率很低。電解過程中陰極上除發(fā)生Zn2+還原外,還存在著NO3+和H+的還原,造成陰極區(qū)pH值的升高,生成白色ZnO或Zn(OH)2。實(shí)驗(yàn)電池在150mA/cm2電

4、流密度下只能放電1分鐘,這說明Zn(NO3)2電解液中電沉積鋅粉的電化學(xué)活性較差。⑶用ZnCl2電解液,電沉積鋅粉,隨著電流密度的減小,先像電鍍一樣沉積成一層,然后長成很好的枝晶狀,邊棱部分長的較快,電流密度越小,枝晶越小,電流密度為20 mA/cm2時(shí),鋅粉較軟,呈疏松的球狀。電壓和溶液的pH剛在電解開始的幾分鐘內(nèi)變化較快,最后在一定值附近有微小震蕩。實(shí)驗(yàn)電池在150mA/cm2電流密度下只能放電3分鐘,這說明ZnCl2電解液中電沉積

5、鋅粉的電化學(xué)活性較差。⑷以含ZnO22-的KOH溶液為電解液,電沉積鋅粉呈灰黑色。低電流密度、高鋅酸鹽濃度下電沉積鋅粉呈苔蘚狀;高電流密度、低濃鋅酸鹽濃度下電沉積鋅粉呈樹枝狀。槽電壓和溶液pH值在剛開始電解的幾分鐘變化較快,最后在一定值附近有微小震蕩。實(shí)驗(yàn)電池在180mA/cm2電流密度下能放電10分鐘,這說明含ZnO22-的KOH溶液為電解液電沉積鋅粉的電化學(xué)活性優(yōu)良。⑸在含ZnO22+的KOH溶液中添加鉛,電沉積鋅粉實(shí)驗(yàn)電池在180

6、mA/cm2電流密度下能放電10分鐘以上,且放電電壓平臺(tái)明顯,這說明用含鉛的堿性鋅酸鹽電解液所電沉積鋅粉的電化學(xué)活性優(yōu)良。⑹沉積在銅網(wǎng)集流體上時(shí),沉積時(shí)間一定控制恰當(dāng),也就是說電極片的厚度適當(dāng),極片厚度約為0.05g/cm3。⑺電沉積鋅粉或鋅負(fù)極表面經(jīng)PVA溶液處理后,在180mA/cm2電流密度下進(jìn)行放電性能測試,活性好,電壓平臺(tái)明顯且較高,放電時(shí)間可達(dá)10分鐘。
　　 本文利用實(shí)驗(yàn)電池放電性能測試對粘結(jié)式鋅負(fù)極、電沉積鋅粉直

7、接干態(tài)壓制鋅負(fù)極、電沉積鋅粉干壓后燒結(jié)鋅負(fù)極、直接電沉積箔式鋅負(fù)極幾種鋅負(fù)極的激活性能和初次放電性能進(jìn)行了探討,主要結(jié)果如下：①粘結(jié)式鋅負(fù)極:極片上活性材料不易脫落,涂抹均勻,但是材料很難激活,在大電流密度下放電時(shí)間極短。②電沉積鋅粉直接干態(tài)壓制成型的鋅負(fù)極:極片上鋅粉容易脫落,機(jī)械強(qiáng)度低,極板較厚且不均勻,電解液很難滲進(jìn)內(nèi)部,放電效率低,放電時(shí)間短。③電沉積鋅粉經(jīng)干態(tài)壓制后再燒結(jié)成型的鋅負(fù)極:極片上鋅粉不易脫落,鋅粉與集流體結(jié)合緊密牢