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密封锌镍电池负极及电解液的研究

作　者: 迟伟伟
导　师: 杨占红
学　校: 中南大学
专　业: 应用化学
关键词: 锌镍电池锌负极粘结剂缓蚀剂电解液
分类号: TM912
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

本论文概述了国内外锌镍电池的历史和发展状况,重点阐述了锌镍电池的研究现状,包括锌镍电池的工作原理、主要存在的问题及相关解决方法,并展望了锌镍电池的应用前景。用水热法成功制备了锌酸钙,并对其分子组成、样品形貌、电化学性能进行了研究,X射线衍射分析确定了水热法制备的锌酸钙样品化学组成和其晶体结构,扫描电镜(SEM)考察了样品的形貌,循环伏安实验和充放电测试研究了锌酸钙的电化学性能。通过充放电性能测试,循环寿命等电测试,着重研究了锌酸钙作为锌镍电池的负极材料的电化学性能。通过锌负极的制备工艺、充放电测试和循环伏安测试对负极粘结剂进行了研究；研究了不同有机缓蚀剂及电解液浓度对锌镍电池的循环寿命与自放电性能的影响。此外,本论文通过改变卷绕工艺等方法研究了锌镍电池自放电的性能。采用水热法制备了锌酸钙。XRD分析结果证实了样品化学组成为Ca(OH)2·2Zn(OH)2·2H2O。SEM图像显示样品形貌规整。充放电测试表明锌酸钙具有较好的电化学性能。不过高温存储性能表明采用氢氧化钙和氧化锌物理混合的活性物质组装的电池优于锌酸钙作为活性物质组装的电池。对不同的锌负极有机缓蚀剂的研究表明,添加加入有机缓蚀剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和十二烷基苯磺酸钠(SDBS)的锌负极充放电性能有所提高,其中采用SDBS的电池表现出较好的充放电循环性能。自放电实验表明,在负极中加入有机缓蚀剂,提高了电池的荷电保持能力。对锌负极的粘合剂的研究发现,采用羟丙基甲基纤维素(HPMC)+聚乙烯醇(PVA)+丁苯橡胶(SBR)粘合剂的锌镍电池能够改善锌负极极片的加工性能,增加极片的弹性和柔韧性,减少充放电循环多次后锌负极的变形及脱粉,具有更长的循环寿命和更好的存储性能,是值得推广的锌负极粘结剂。通过对使用不同浓度的电解液的锌镍电池的测试情况进行研究,发现了在一定浓度范围内,较大浓度的电解液对于锌镍电池的充放电过程、充放电过程中的内阻、放电容量以及循环寿命都是有益的,其中采用电解液浓度为7.5mol／l的电池的循环寿命最好。本实验对锌镍电池的自放电进行了初步研究。通过研究卷绕工艺对自放电的影响,发现导致锌镍电池自放电的主要因素是电池负极的卷绕工艺不合理,原因可能是钢壳的镍镀层为中析氢过电位金属(析氢过电位在0.5V以下),传统的卷绕工艺是让负极接触钢壳的镍镀层,这样便会加速锌负极在存放过程中的析氢过程；而采取了新的卷绕工艺则成功地避免了锌负极与镍镀层的接触,从而大大缓解锌镍电池的自放电。所以采取合理的卷绕工艺可以有效的抑制锌镍电池的自放电。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-10
第一章文献综述  10-25
  1.1 锌镍电池的历史及国内外发展现状  10-13
    1.1.1 锌镍电池的历史  10-11
    1.1.2 锌镍电池的国内外发展现状  11-13
  1.2 锌镍电池简介  13-16
    1.2.1 锌镍电池的特点  13-14
    1.2.2 锌镍电池的工作原理  14
    1.2.3 锌镍电池的结构  14-16
  1.3 锌镍二次电池存在的问题  16-18
    1.3.1 锌负极的变形问题  16
    1.3.2 锌负极的腐蚀问题  16-17
    1.3.3 锌负极的钝化问题  17
    1.3.4 锌负极的枝晶问题  17-18
    1.3.5 镍正极存在的主要问题  18
  1.4 解决锌镍电池存在问题的途径  18-22
    1.4.1 锌电极的改进  18-19
    1.4.2 电解液添加剂  19-20
    1.4.3 隔膜  20
    1.4.4 镍正极的改进  20-21
    1.4.5 组装工艺  21-22
  1.5 锌镍电池的发展前景  22-23
  1.6 课题研究意义及内容  23-25
第二章实验研究内容与方法  25-33
  2.1 主要药品试剂和仪器设备  25-27
    2.1.1 主要药品试剂  25-26
    2.1.2 主要仪器设备  26-27
  2.2 密封圆柱型锌镍电池电极的制作  27-30
    2.2.1 锌酸钙的合成  27
    2.2.2 镍正极的制备  27-28
    2.2.3 锌负极的制备  28-29
    2.2.4 电解液的配制  29-30
    2.2.5 密封圆柱型锌镍电池的组装  30
  2.3 锌酸钙物理表征测试  30-31
    2.3.1 X射线粉末衍射  30-31
    2.3.2 扫描电镜分析(SEM)  31
  2.4 电池性能测试  31-33
    2.4.1 锌镍电池活化制度与充放电性能测试  31
    2.4.2 锌镍电池自放电性能测试  31
    2.4.3 循环伏安测试  31-33
第三章负极活性物质锌酸钙的研究  33-40
  3.1 锌酸钙的制备  33
  3.2 锌酸钙的表征  33-36
    3.2.1 锌酸钙的X射线衍射分析  33-35
    3.2.2 扫描电镜分析  35-36
  3.3 掺钙锌电极的电化学性能  36-39
    3.3.1 不同锌电极对电池充电性能的影响  36-37
    3.3.2 不同锌电极对电池放电性能的影响  37-38
    3.3.3 锌镍电池的循环寿命  38
    3.3.4 锌镍电池的高温存放性能  38-39
  3.4 本章小结  39-40
第四章锌镍电池负极添加剂的研究  40-54
  4.1 负极粘结剂的研究  40-47
    4.1.1 不同粘结剂对锌负极制备工艺的影响  41-42
    4.1.2 不同粘结剂对密封锌镍电池充放电性能的影响  42-44
    4.1.3 粘结剂对电池循环寿命的影响  44-45
    4.1.4 不同粘结剂对密封锌镍电池高温存储性能的影响  45-46
    4.1.5 不同粘结剂循环伏安测试  46-47
  4.2 有机缓蚀剂对锌镍电池的影响  47-53
    4.2.1 有机缓蚀剂对锌负极极片形貌的影响  49
    4.2.2 有机缓蚀剂对电池充放电性能的影响  49-51
    4.2.3 有机缓蚀剂对电池循环寿命的影响  51-52
    4.2.4 自放电测试结果  52-53
  4.3 本章小结  53-54
第五章电解液浓度及卷绕工艺对锌镍电池性能的影响  54-61
  5.1 不同电解液浓度组成对密封锌镍电池的影响  54-58
    5.1.1 不同电解液浓度对密封锌镍电池充电电压的影响  54-55
    5.1.2 密封锌镍电池的充电内阻  55
    5.1.3 密封锌镍电池的放电电压  55-56
    5.1.4 密封锌镍电池的放电内阻  56-57
    5.1.5 密封锌镍电池的放电容量  57
    5.1.6 密封锌镍电池的循环寿命  57-58
  5.2 卷绕工艺对自放电的影响  58-60
  5.3 本章小结  60-61
第六章结论  61-63
参考文献  63-69
致谢  69-70
攻读学位期间主要的研究成果  70

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