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添加剂对锌镍二次电池性能的影响

作　者: 倪霞
导　师: 杨占红
学　校: 中南大学
专　业: 应用化学
关键词: 锌镍电池锌负极添加剂电解液
分类号: TM912
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

本论文从锌镍电池的发展历史及现状出发,论述了锌镍电池的工作原理、特点以及应用层面,阐述了电极的反应机理、电解液的组成及影响,之后偏重对锌镍电池存在的问题进行了表征和原理解析,并进一步提出相应的解决途径。文中对锌电极添加剂和电解液添加剂、电池工艺设计方面对锌镍电池电化学性能的影响通过恒流充放电、大倍率放电、自放电、形貌表征及CV、EIS测试、极化曲线等测试手段进行了考查。在锌负极中添加不同的电极添加剂表明聚丙烯酸钠可改善浆料的分散均匀性,减少颗粒团聚；可减轻充放电极化,降低电池内阻,提高活性物质利用率,延长电池的循环寿命。同时,对比组实验表明向锌负极中添加0.3%-0.5％PAAS时,锌镍电池具有相对更好的电化学性能；但是其荷电保持率不佳。而添加木质素磺酸钙的锌镍电池在电化学性能方面有明显的提高：储存期的荷电保持率,高容量保持率(90%)的循环次数,大电流放电性能。通过极化曲线及交流阻抗测试获知锌镍电池中在锌电极添加的木质素磺酸钙是一种阴极型缓蚀剂,通过抑制析氢来达到缓蚀的效果；EIS测试结果表明含添加剂的锌电极有更高的电导率即电解液和集流体间的接触电阻减少利于电荷转移。对不同的电解液添加剂的研究表明：硼酸添加剂虽增大了溶液内阻但是因其有抑制锌电极钝化的作用在循环稳定后期开始发挥作用,有着更高的荷电保持率,从而有更优的循环性能；而进一步的添加量对比实验可知0.15mol/L的硼酸添加量的电池有较优异的电化学性能。对锌镍电池接触电池壳内壁的锌负极表面进行绝缘膜半包处理的电池,随着锌负极的利用率下降,开始体现更平缓的放电容量曲线；密封锌镍电池针对AA450mAh的电池采用55mm正极片,提高了大倍率放电的平台电压；电池的循环寿命更长,放电容量下跌更平稳；通过同组电池其内阻、中值电压与电池容量之间关系的对比,发现电池的充电中值电压、放电中值电压分别与电池容量曲线的大体趋势相反、一致；而充放电过程中的内阻变化则预示了电池容量的可能出现的波动。通过前文实验中的经验整合获得的电池经过28天常温储存开路电压为1.695V；而经历211次循环后还有初容的82.9%。将此尝试应用到其它容量段的AA电池中,获得了设计容量为550mAh的电池初容为532.5mAh,经过149次循环后容量为405.6mAh,即容量保持率为73.7%；650mAh电池经过165次循环后的容量保持率为73.4%；750mAh电池则经过179次循环后为初容的75.9%；1000mAh电池则经过124次循环后为初容的78.5%的结果。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-28
  1.1 锌镍电池的历史、现状  10-11
    1.1.1 锌镍电池的历史  10
    1.1.2 锌镍电池的现状  10-11
  1.2 锌镍电池的简介  11-18
    1.2.1 锌镍电池的工作原理  11-16
    1.2.2 锌镍电池的特点  16-17
    1.2.3 锌镍电池的结构  17-18
    1.2.4 锌镍电池的应用领域  18
  1.3 锌镍电池存在的问题及解决途径  18-24
    1.3.1 锌电极的钝化问题  19-21
    1.3.2 锌电极的枝晶问题  21-22
    1.3.3 锌电极的腐蚀问题  22
    1.3.4 锌电极的变形问题  22-23
    1.3.5 镍电极的膨胀及毒化  23-24
    1.3.6 隔膜的氧化  24
  1.4 关于锌镍电池存在问题的研究报道  24-27
    1.4.1 锌电极的改进  24-26
    1.4.2 电解液的改进  26
    1.4.3 隔膜的改进  26-27
    1.4.4 工艺的改进  27
  1.5 本文研究的内容、目的和意义  27-28
第二章实验研究内容与方法  28-35
  2.1 主要药品试剂和仪器设备  28-29
    2.1.1 主要药品试剂  28
    2.1.2 主要仪器设备  28-29
  2.2 实验用密封圆柱型锌镍电池电极的制作  29-34
    2.2.1 镍正极的制备  29-30
    2.2.2 锌负极的制备  30-31
    2.2.3 电解液的配制  31-32
    2.2.4 密封圆柱型锌镍电池的组装  32-33
    2.2.5 锌电极的形貌表征  33
    2.2.6 锌电极的电化学测试  33-34
  2.3 电池测试  34-35
    2.3.1 恒电流充放电测试  34
    2.3.2 大电流测试  34
    2.3.3 自放电测试  34-35
第三章锌电极添加剂对锌镍电池性能的影响  35-53
  3.1 PAAS对锌镍电池性能的影响  35-43
    3.1.1 分散均匀度的分析  35-37
    3.1.2 PAAS添加量对电化学性能的影响  37-43
  3.2 木质素磺酸钙对锌镍电池性能的影响  43-52
    3.2.1 对锌电极形貌的影响  43-44
    3.2.2 对电池性能的影响  44-48
    3.2.3 极化曲线测试  48-49
    3.2.4 EIS测试  49-52
  3.3 本章小结  52-53
第四章电解液添加剂对锌镍电池负极性能的影响  53-64
  4.1 电解液添加剂对锌镍电池性能的影响  53-57
    4.1.1 对密封电池充、放电电压的影响  53-55
    4.1.2 高温储存  55-56
    4.1.3 循环寿命  56-57
  4.2 不同浓度硼酸对锌镍电池性能的影响  57-61
    4.2.1 对密封锌镍电池充电电压的影响  57-58
    4.2.2 对密封锌镍电池放电容量的影响  58-59
    4.2.3 对密封锌镍电池储存的影响  59-60
    4.2.4 对密封锌镍电池循环寿命的影响  60-61
  4.3 CV测试  61-62
  4.4 本章小结  62-64
第五章锌镍电池工艺的研究  64-75
  5.1 不同绝缘膜包裹方式  64-66
    5.1.1 不同密封锌镍电池的充放电电压  64-65
    5.1.2 不同密封锌镍电池的循环寿命  65-66
  5.2 正极板的不同尺寸设计  66-68
  5.3 内阻、中值电压与电池容量  68-71
  5.4 经验整合  71-74
    5.4.1 整合后的电池性能  71-73
    5.4.2 其它容量的电池性能  73-74
  5.5 本章小结  74-75
第六章结论  75-76
参考文献  76-82
致谢  82-83
攻读学位期间主要的研究成果  83

添加剂对锌镍二次电池性能的影响

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