文 献 综 述

一 、课题研究意义

目前市场上动力型电池主要有铅酸电池, 镉镍电池、氢镍电池和锂离子电池。其中铅酸电池和福镶电池是早已广泛应用的二次电池, 占据了动力型电池的主要市场。但这两类电池比能量低, 商品电池一般只能达到30~50wh/kg, 同时铅和镉是有毒金属, 对环境有严重的污染, 已被世界各国限制生产和使用。氢镍电池工作电压较低, 高温时自放电较大, 只适合做小型工具的动力电源。锌镍二次电池由锌电极和镍电极组成, 兼有锌银电池锌负极高容量和镉镍电池镍正极长寿命的优越性能。锌镍二次电池在性能上具有容量大、比能量高一般为镉镍电池的一倍, 为氢镍电池的倍、安全性好、工作电压高、无记忆效应、优异的低温性能、可大电流快速充放电等优点, 在电池的生产和使用过程对环境不产生污染, 属于” 绿色电池” 。

锌镍电池的产生有一百多年的历史，1887 年Dun和Haslacher 就申请过德国专利。锌镍电池自20 世纪初，由俄罗斯人Michaelowski 研制成功，到了20 世纪30 年代逐渐形成了产品。1930 年爱尔兰brumm已将锌镍电池用于列车动力和列车照明。但由于其锌电极循环寿命短、深度放电能力差及其它历史原因使得此种电池的研制工作进展缓慢。1950年，前苏联开始对锌镍电池进行研究，获得比能量46.2wh/kg、循环寿命约为24~70 次的电池。1966年，美国charkey已在无线电装备中用密封型锌镍电池代替镉镍电池，循环寿命可达100~200次。由于其性能居于锌- 氧化银电池和镉镍电池之间，长期以来一直未能引起人们足够重视。20 世纪70 年代，由于石油危机的出现以及环境污染的加剧，锌镍电池因其体积小、质量轻、比能量高、功率特性好、无污染等众多因素，而被重新提起。为了发展电动汽车，美国、俄罗斯、德国、法国、日本等发达国家也争相投入相当力量进行锌镍电池的研制开发工作。1971年，美国j.s.murphy研制的开口式锌镍电池，采用无机隔膜和新的充电方法，电池寿命可达500次循环。1978年，美国雅德纳电气公司研制出寿命为200次循环、比能量为75wh/kg、0.5c 率放电，60%深度放电的锌镍电池组用于电动车辆。同时研制出用于宇宙航行器，飞机遥控装置及导弹的低温性能良好的锌镍电池，与同规格的镉镍电池组相比较，容量的比率是20.5。1980年，美国esb-ray-vac公司研制的zn-ni电池采用振动负极的设计，循环寿命可达1400次，并已经用于车辆动力电源。1980年，苏联发明了一种装有双极振动极组的可快速充电的锌镍蓄电池， 循环寿命可达3000~4000次， 每个工作日可以循环多次， 每次充电需1~1.5小时。与铁镍和铅蓄电池相比较，装有锌镍电池的车辆每日行程是铁镍电池和铅蓄电池的5倍。

近10年来，随着贮氢合金材料和锂离子镶嵌技术的发展，金属氢化物镍，镍氢动力电池和锂离子电池有了很大的发展。但是由于环境的适应性和安全性及价格的影响，限制了上述两种蓄电池的普及和应用。而锌镍电池以其优异的电气性能、原材料丰富、成本低等特点，是未来电动车车辆主要的候选电池。锌镍电池又被提到一个重要位置来研究，并在单体电池上取得了足够的进步，寿命可达600次以上。

二、技术研发现状

锌镍电池的充放循环寿命较短,是由于锌负极在氢氧化钾电解液中的放电产物溶解度大,充电时发生不均匀的锌沉积。锌负极在多次充放电后形状发生改变,电极的四周变薄,中间增厚,有时则表现为上部变薄,下部增厚。电极活性表面积减小,电极容量下降。锌电极在充电后期,还产生像树枝状的沉积物,这种树枝状况积物有时可戳穿隔膜,引起电池内部短路,使电池寿命终止。　碱性溶液中的锌电极,在热力学上是不稳定的。锌电极自放电不仅损失容量,同时产生了氢气。其反应如下:

Zn 2 OH#8212;#8212;not;Zn (OH)2 2 e

ZnO H2O

2H2O 2e#8212;#8212; 2 OH- H2