锌银电池新型锌电极的制备及其电化学性能研究

摘要

锌银电池因为其高比能量、高比功率、放电电压平稳，高倍率放电性能等优点，被广泛应用于国防和军事等领域。目前各科研院所对于它的研发水平普遍大幅度提高，因此对于锌银电池的比能量和比功率提出了更高的要求。
　　本文以大孔径的泡沫银为集流体，采用电化学沉积法制备了枝晶状的锌负极。通过优化电沉积工艺条件，对锌的结构进行调控，确定了最佳的锌结构，提高了锌电极的放电性能。系统地研究了搅拌速率、镀液温度、镀液中氢氧化钾的浓度、电流密度以及电沉积时间等对锌电极放电性能的影响。研究发现搅拌速度和温度对锌的形貌影响最大。电沉积时在搅拌的条件下，锌的形貌呈大颗粒状和厚的片状；在无搅拌的条件下，锌的结构呈枝晶状。在低温下电沉积时，锌呈颗粒状。温度升高到20℃时，锌呈枝晶状。随着镀液温度的升高锌的形貌转变为致密的苔藓状，这种苔藓状的结构，其比表面积小，不利于锌电极的放电。确定了最佳的电沉积工艺条件：无搅拌，氢氧化钾的浓度为280 g·L-1，温度为20℃，电流密度为100 mA·cm-2，电沉积时间为20 min。
　　本文研究了以五种孔径的泡沫银为集流体制备的锌电极的放电性能，增大泡沫银集流体的孔径，有助于锌枝晶的形成以及锌枝晶向三维方向上延伸。当以孔径1200μm和3000μm的泡沫银为集流体时，用电沉积法制备锌电极，锌电极的放电比容量达到730 mAh·g-1(3 C)以上。锌电极以10 C的倍率放电时其放电比容量能达到550 mAh·g-1。研究表明以大孔径的泡沫银为集流体，有助于锌电极的大电流放电性能。
　　进一步研究了减小锌电极厚度的方法：一种是采用涂膏化成法制备锌电极，化成后加压减小锌电极的厚度。当泡沫银集流体的孔径为1200μm时，其比容量达到最大值，即340 mAh·g-1左右，此种方法制备锌电极有待进一步改善。另一种是减小集流体的厚度，将具有一定厚度的泡沫银加压，来减小集流体本身的厚度，用电沉积的方法制备锌电极。当泡沫银集流体的孔径为580μm时，锌电极的厚度为0.6 mm左右，其放电比容量到达最大值，即500 mAh·g-1，比工厂锌电极的比容量提高了15％。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景及意义

1.2 锌银电池的发展概况

1.3 锌银电池的特点

1.4 锌银电池的反应机理

1.5 国内外研究现状及分析

1.6 课题主要研究内容

第2章 实验方法与原理

2.1 实验材料

2.2 泡沫银集流体的制备

2.3 电沉积式锌负极的制备

2.4 涂膏式锌负极的制备

2.5 模拟电池的制备

2.6 样品的表征方法

2.7 电化学性能测试

第3章 以大孔径泡沫银为集流体电沉积法制备锌负极的性能研究

3.1 泡沫银集流体的制备

3.2 搅拌对电沉积式锌负极微观形貌和放电性能的影响

3.3 镀液的温度对锌负极微观形貌和放电性能的影响

3.4 氢氧化钾的浓度对锌负极微观形貌和放电性能的影响

3.5 电流密度对锌负极微观形貌和放电性能的影响

3.6 电沉积时间对锌电极微观形貌和放电性能的影响

3.7 本章小结

第4章 电沉积式锌电极的电化学性能以及减小锌负极厚度的研究

4.1 集流体泡沫银孔径大小对锌负极放电性能的影响

4.2 集流体泡沫银孔径大小对锌负极阻抗性能的影响

4.3 以大孔径泡沫银为集流体电沉积式锌电极的倍率性能

4.4 减小锌电极厚度的研究

4.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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