鋅鎳電池氧化鋅基負極材料的制備、結構及電化學性能.pdf

1、鋅鎳電池具有能量密度高，功率密度高，工作電壓高，原材料便宜，生產和使用過程均無環(huán)境污染等優(yōu)點，是一種高性能綠色二次電池。但鋅電極循環(huán)壽命短的問題限制了其商業(yè)化應用。本論文以鋅鎳電池負極材料氧化鋅為研究對象，采用均勻沉淀法、氣相沉積和機械球磨等方法，分別合成了納米氧化鋅/導電陶瓷、碳包覆氧化鋅、氧化鋅/碳氣凝膠等復合材料，系統研究了導電陶瓷添加劑，表面包覆碳層及與碳氣凝膠復合對氧化鋅電化學性能的影響。 以Zn(NO3)2和尿素為原

2、料，高溫固相反應法制備的導電陶瓷為成核劑，采用均勻沉淀法制備的納米氧化鋅/導電陶瓷復合材料，其納米氧化鋅呈棒狀(長度約為200 nm)均勻覆蓋在形狀不規(guī)則的導電陶瓷顆粒(大小范圍0.2～2μm)表面，添加導電陶瓷的含量越大，生成棒狀結構的氧化鋅顆粒形貌越均勻。隨導電陶瓷含量的增加，氧化鋅的循環(huán)穩(wěn)定性和活性物質利用率逐漸提高，當導電陶瓷含量為14 wt.％的氧化鋅在50個循環(huán)測試中最穩(wěn)定，平均放電容量652 mAh g-1，容量保持率達到

3、99.5％，循環(huán)結束后電極重量沒有明顯損失。 納米氧化鋅和PVA按不同質量比分別混合后在700℃下煅燒后得到的非晶碳包覆氧化鋅，碳層連續(xù)且致密，厚度為5-10 nm。在循環(huán)過程中，碳含量為3 wt.％的碳包覆氧化鋅循環(huán)容量保持率和比容量最高，第40個循環(huán)時的比容量還可以保持在其初始比容量的59.78％。通過碳包覆和未包覆氧化鋅在循環(huán)充放電后微觀形貌的比較，表明碳包覆層通過部分減小氧化鋅的溶解，從而使鋅電極變形速度減慢，致密化程度

4、降低。 氧化鋅/碳氣凝膠復合材料由濕凝膠按一定比例與納米氧化鋅球磨混合后在700℃氬氣保護下加熱得到的，納米氧化鋅顆粒均勻分布在碳氣凝膠提供的50～80 nm大小網格的空間骨架結構中，氧化鋅/碳氣凝膠鋅電極的放電比容量和循環(huán)穩(wěn)定性同碳氣凝膠的含量成正比，含8 wt.％碳氣凝膠鋅電極經40次循環(huán)后容量依然保持在550 mAh g-1以上。不同循環(huán)后電化學阻抗測試表明碳氣凝膠穩(wěn)定的骨架結構為 OH的擴散提供穩(wěn)定的通道，對保持氧化鋅的