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泡沫银的电沉积制备及用作锌银电池负极集流体的研究

作　者: 杨进
导　师: 孙克宁
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 化学工程
关键词: 锌银电池锌负极集流体泡沫银放电性能
分类号: TM912
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

锌银电池由于具有超高的比能量及功率密度，且放电电压平稳，安全性好，作为贮备式电池大量应用于国防航天领域，如用于运载火箭，导弹发射，鱼雷潜艇，人造卫星的启动和应急电源。随着武器作战系统以及各种飞行器的日益现代化，对锌银电池的性能也提出了更高的要求。其中，锌负极是影响电池整体性能的重要因素之一，而集流体则是影响电极性能的重要因素。泡沫银具备三维多孔结构，作为集流体有望提高电极的大电流放电性能。本论文从泡沫银的制备入手，通过对聚氨酯泡沫预处理、导电化、电镀银、烧结还原等步骤，制备出了孔隙率高，结构完整的泡沫银，并将这种泡沫银用于锌负极集流体，考察了其大电流放电性能，同时研究了羧甲基纤维素钠（CMC）作为电极添加剂对电极性能的影响。首先，实验比较了两种导电处理方法，即浸涂导电胶法与磁控溅射镍法的优劣，结果发现磁控溅射镍法处理后的导电泡沫开孔率高，电阻小，集流效果更好。在此基础上，优化了泡沫银的制备工艺，得到了优化后的工艺配方：AgNO324g/L，电流密度为1.75A/dm2，温度为25℃，pH为9。并在该优化工艺的基础上制备了开孔率高，骨架粗细均匀的泡沫银。其次，用泡沫银取代传统的银网作为负极集流体，从集流体本身、活性物质、极板成型压力的角度，研究了负极的放电性能，结果发现小孔径的泡沫银集流效果更好。当用450μm孔径的泡沫银集流时，锌负极3C倍率下，放电容量达到495mAh/g，相比银网集流提高了41%，达到锌粉理论容量的60%。此外，实验比较了枝晶状电解锌粉与混合锌粉的活性，发现电解锌粉并不适合泡沫金属集流式锌负极，且尽量少的活性物质负载量有利于电极的放电。当使用羧甲基纤维素钠(CMC)作为负极添加剂时，发现CMC能一定程度上抑制负极的钝化，对于锌负极的自腐蚀则没有缓蚀作用，对于电极的容量也没有明显提高作用。实验还研究了极板成型过程中，外加压力对电极性能的影响，结果显示外加压力会恶化电极的放电性能。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-22
  1.1 课题背景及意义  10-11
  1.2 锌银电池概况  11-15
    1.2.1 锌银电池发展史  11-13
    1.2.2 锌银电池的结构  13-14
    1.2.3 锌银电池工作原理  14-15
  1.3 锌电极的制备方法  15
    1.3.1 电沉积式锌电极  15
    1.3.2 涂膏式锌电极  15
    1.3.3 粉末压成式锌电极  15
  1.4 锌负极的研究现状  15-17
  1.5 泡沫金属在电池中的应用及其制备技术  17-20
    1.5.1 泡沫金属在电池中的应用  17-18
    1.5.2 泡沫金属的制备技术  18-20
    1.5.3 泡沫银的研究现状  20
  1.6 课题主要研究内容  20-22
第2章实验方法与原理  22-30
  2.1 实验材料  22-24
    2.1.1 实验药品  22-23
    2.1.2 实验仪器设备  23-24
  2.2 锌电极的制备  24
  2.3 模拟电池的制备  24-26
  2.4 样品的表征方法  26-28
    2.4.1 SEM 测试  26
    2.4.2 XRD 测试  26
    2.4.3 粒度分布测试  26-27
    2.4.4 电镀速度的测算  27
    2.4.5 泡沫银孔隙率的测算  27
    2.4.6 电镀效率的测算  27-28
  2.5 电化学性能测试  28-30
    2.5.1 交流阻抗谱测试  28
    2.5.2 极化曲线的测试  28
    2.5.3 循环伏安测试  28
    2.5.4 腐蚀性能测试  28-29
    2.5.5 恒电流放电性能  29-30
第3章泡沫银的电沉积制备  30-47
  3.1 电沉积制备泡沫银的过程  30-33
    3.1.1 泡沫基体的预处理  30-31
    3.1.2 泡沫的导电化  31
    3.1.3 电沉积泡沫银  31-33
    3.1.4 烧结还原  33
  3.2 不同导电工艺的研究  33-35
    3.2.1 浸涂导电胶  33-34
    3.2.2 磁控溅射金属镍  34
    3.2.3 不同导电化工艺的比较  34-35
  3.3 电沉积泡沫银优化工艺研究  35-45
    3.3.1 主盐浓度的影响  35-38
    3.3.2 电流密度的影响  38-40
    3.3.3 pH 的影响  40-42
    3.3.4 温度的影响  42-43
    3.3.5 电镀时间的影响  43-45
  3.4 优化实验结果  45-46
  3.5 本章小结  46-47
第4章泡沫银为集流体的锌电极电性能研究  47-60
  4.1 集流体对锌电极性能的影响  47-51
    4.1.1 泡沫银做锌负极集流体的可行性分析  47-49
    4.1.2 不同电流密度制备的泡沫银对锌负极的放电影响  49
    4.1.3 泡沫银孔径的影响  49-51
  4.2 活性物质对锌电极放电性能的影响  51-56
    4.2.1 锌粉源对锌电极放电的影响  51-53
    4.2.2 活性物质负载量对电极放电的影响  53
    4.2.3 活性物质添加剂 CMC 对电极性能的影响  53-56
  4.3 压力的影响  56-58
  4.4 锌电极的倍率性能  58
  4.5 本章小结  58-60
结论  60-61
参考文献  61-66
致谢  66

泡沫银的电沉积制备及用作锌银电池负极集流体的研究

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