扣式锌银二次电池锌负极性能的研究

宋红磊，谭 谋，谢建中

扣式锌银二次电池锌负极性能的研究

宋红磊，谭 谋，谢建中

（武汉船用电力推进装置研究所，武汉 430064）

本文研究在锌粉中添加氧化铅后分别加入银粉、锡酸钠、氢氧化钙、及氧化铝制备不同组成的锌负极的性能，对合成的锌负极的析气量进行了检测分析，对组成的XR41电池循环性能进行研究。结果表明，锌粉中添加氧化铅、锡酸钠的锌负极析气量最小,为0.16 ml/（2g·10d）。制备的电池具有较好的循环寿命。

扣式电池 循环寿命 析气量

0 引言

锌银二次电池因其高比能量、高比功率、少维护及安全性而受到关注，扣式锌银二次电池多用于轻便医疗和电子设备，其循环寿命在低倍率下只能循环200～400次[1]。是因为扣式电池的体积小，对电池的副反应气体的冗余度极小。锌电极的析氢自放电问题是影响锌电池循环性能的关键问题。通常通过在电极中加入PbO、Ca(OH)2、Bi2O3、Ti2O3等物质后[2～3]，抑制锌负极析氢自放电，延长电池的循环寿命。

本文在合金锌粉中添加氧化铅、银粉、锡酸钠、氢氧化钙、氧化铝制备不同组成的锌负极，制备二次扣式锌银电池，验证不同组分的锌负极的循环寿命。

1 制备方法

1.1 仪器与试剂

电子天平[感量为0.0001 g]，带能谱分析仪的扫描电镜，MSK-2150电动对辊机[深圳科晶智达科技有限公司]，高性能电池检测仪，JZ-1型粉体振实密度分析仪。

锌粉[G6-0/300Bi/300In]，PbO[AR]，Ag[粒径为0.3 μm]，Na2SnO3[AR]，Ca（OH）2[AR]，Al2O3[AR]，PTFE乳液（固含量60%），无水乙醇[AR]。

1.2 制备过程

1.2.1锌负极配比组成

制备的锌负极的配比组成见表1所示。

1.2.2锌负极制备

表1用电子天平按比例称取锌负极的各个成分。在研钵中顺时针搅拌15 min后转入烧杯中，加入PTFE乳量（固含量为3%）后用玻璃棒预搅拌1 min加入无水乙醇，搅拌成团并不粘连烧杯壁，用手辊压成厚度约为1.5 mm的负极箔，然后用电动对辊机辊压成1.2 mm的锌负极。将锌负极压力XR41电池的负极壳中。锌负极见图1。

图1 (a)锌膏负极片； (b) 锌膏负极帽一体化

1.2.3锌负极的干燥

将制备的锌负极放入真空干燥箱中，在30℃、-0.08 MPa下烘干，烘干时间大约为12 h，防止锌粉的氧化度过高。

表1 制备的锌负极的配比组成

1.3 性能测试

对所得到的锌负极做SEM检测。同时对锌粉的面密度及析气量进行了测定，然后与自制的扣式电池正极、电解液以及隔膜组成XR41 电池。电池结构见图2。

图2 XR41扣式锌银电池结构

(1-正极壳；2-垫圈；3-负极壳；4-负极；5-负极隔膜；6-中间隔膜；7-中间隔膜；8-正极)

2 结果与分析

2.1 TEM分析

用扫描电镜对锌粉进行SEM扫描，得到锌粉的锌粉的宏观形貌基本相同，如图3所示。

从图3中可以看出，说明加入微量元素制备的锌粉的宏观形貌均为短棒状。

2.2 析气量和电池内阻

测得锌负极的析气量和制备电池的内阻如表2所示。

表2 锌负极的面密度及析气量

图3 锌粉的TEM图

从上表可以看出，添加银粉、锡酸钠、氢氧化钙、氧化铝的4种负极的析气量比空白样少，但添加锡酸钠的负极的析气量最少。添加银粉的负极的电池内阻最小，其次为添加锡酸钠的负极，再次为添加氢氧化钙、氧化铝的样品，最大的为空白样。

2.3 循环寿命对比

制备5种不同锌负极的锌银扣式电池。以0.1 c电流密度放电，放电截止电压均为1.3 V。得到电池的循环寿命及容量如图4。

图4 电池的循环寿命及容量图

从图4可知，所有电池的容量随循环周期的增加呈下降趋势。1#、2#、5#负极制备电池较为明显。循环初期1#制备的电池的容量低于剩余电池。电池的循环寿命排序为3#≈4#＞5#＞2#＞1#，说明添加添加锡酸钠、氢氧化钙锌负极制备的电池的循环寿命优于剩余电池。从循环后期电池的容量可以看出，添加锡酸钠的锌负极制备的电池的容量高于添加氢氧化钙的锌负极的电池。

3 结论

1）添加锡酸钠的锌负极的析气量最小，为0.16ml/（2g·10d）；

2）添加银粉的负极制备的电池内阻最小，其次为添加锡酸钠的负极制备的电池；

3）添加锡酸钠的锌负极制备的电池的循环寿命最长且后期容量最高。

[1] 张辉, 朱立群.用于锌银蓄电池氧化银电极的研究进展[J]. 稀有金属材料与工程, 2008, 37(6): 1124-1128.

[2] McBreen J and Gannon E J Electrochem Soc[J]. 1983, 130: 1980-1983.

[3] Jain R, Adler T C, Mclarnon F R． and Caims E J[J]. J．Appl．Electrochem, l992, 22: 1039-1048.

Study on Anode Performances of Zinc-silver Button Cells

Song Honglei，Tan mou，Xie Jianzhong

（Wuhan Marine Electric Propulsion Research Institute, Wuhan 430064, China）

TM912

A

1003-4862（2021）07-0031-02

2020-11-02

宋红磊（1986-），男，工程师。研究方向：锌银电池。Email：songhonglei2008@163.com