鋅鎳電池氧化鋅基負(fù)極材料的制備、結(jié)構(gòu)及電化學(xué)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(chǎn)和使用過程均無環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)，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(yīng)用。本論文以鋅鎳電池負(fù)極材料氧化鋅為研究對(duì)象，采用均勻沉淀法、氣相沉積和機(jī)械球磨等方法，分別合成了納米氧化鋅/導(dǎo)電陶瓷、碳包覆氧化鋅、氧化鋅/碳?xì)饽z等復(fù)合材料，系統(tǒng)研究了導(dǎo)電陶瓷添加劑，表面包覆碳層及與碳?xì)饽z復(fù)合對(duì)氧化鋅電化學(xué)性能的影響。 以Zn(NO3)2和尿素為原

2、料，高溫固相反應(yīng)法制備的導(dǎo)電陶瓷為成核劑，采用均勻沉淀法制備的納米氧化鋅/導(dǎo)電陶瓷復(fù)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(dǎo)電陶瓷顆粒(大小范圍0.2～2μm)表面，添加導(dǎo)電陶瓷的含量越大，生成棒狀結(jié)構(gòu)的氧化鋅顆粒形貌越均勻。隨導(dǎo)電陶瓷含量的增加，氧化鋅的循環(huán)穩(wěn)定性和活性物質(zhì)利用率逐漸提高，當(dāng)導(dǎo)電陶瓷含量為14 wt.％的氧化鋅在50個(gè)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(dá)到

3、99.5％，循環(huán)結(jié)束后電極重量沒有明顯損失。 納米氧化鋅和PVA按不同質(zhì)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(gè)循環(huán)時(shí)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?xì)饽z復(fù)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(hù)下加熱得到的，納米氧化鋅顆粒均勻分布在碳?xì)饽z提供的50～80 nm大小網(wǎng)格的空間骨架結(jié)構(gòu)中，氧化鋅/碳?xì)饽z鋅電極的放電比容量和循環(huán)穩(wěn)定性同碳?xì)饽z的含量成正比，含8 wt.％碳?xì)饽z鋅電極經(jīng)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(xué)阻抗測試表明碳?xì)饽z穩(wěn)定的骨架結(jié)構(gòu)為 OH的擴(kuò)散提供穩(wěn)定的通道，對(duì)保持氧化鋅的