鋅-氧化銀貯備型電池用鋅負極制備工藝研究.pdf

1、鋅/氧化銀貯備電池因具有激活時間短、比功率高、比能量大、放電性能穩(wěn)定可靠等優(yōu)點,已被廣泛應用于軍事領域和應急場合。目前該電池用鋅負極的種類有,經化成和干燥處理的粘結式鋅負極、用鋅粉在干態(tài)或濕態(tài)下壓制成型的鋅負極、直接電沉積鋅箔經減薄成型的鋅負極等。為提高該電池用鋅負極的電化學活性、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極用電沉積鋅粉,及由電沉積鋅粉制成鋅負極兩個方面,對相關工藝進行了較為系統(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、實驗電池放電等技術,檢測了所制鋅粉物化性能、電化學性能。對電沉積鋅粉的表面處理工藝和成型后的鋅負極表面處理工藝進行了探討。主要結果如下：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、的幾分鐘內變化較快,最后在一定值附近有微小震蕩。實驗電池在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。實驗電池在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,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變化較快,最后在一定值附近有微小震蕩。實驗電池在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。實驗電池在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活性優(yōu)良。⑸在含ZnO22+的KOH溶液中添加鉛,電沉積鋅粉實驗電池在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活性優(yōu)良。⑹沉積在銅網集流體上時,沉積時間一定控制恰當,也就是說電極片的厚度適當,極片厚度約為0.05g/cm3。⑺電沉積鋅粉或鋅負極表面經PVA溶液處理后,在180mA/cm2電流密度下進行放電性能測試,活性好,電壓平臺明顯且較高,放電時間可達10分鐘。
　　 本文利用實驗電池放電性能測試對粘結式鋅負極、電沉積鋅粉直

7、接干態(tài)壓制鋅負極、電沉積鋅粉干壓后燒結鋅負極、直接電沉積箔式鋅負極幾種鋅負極的激活性能和初次放電性能進行了探討,主要結果如下：①粘結式鋅負極: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間極短。②電沉積鋅粉直接干態(tài)壓制成型的鋅負極:極片上鋅粉容易脫落,機械強度低,極板較厚且不均勻,電解液很難滲進內部,放電效率低,放電時間短。③電沉積鋅粉經干態(tài)壓制后再燒結成型的鋅負極:極片上鋅粉不易脫落,鋅粉與集流體結合緊密牢