朱軍平 王江林 柯娃 趙磊 馬永泉

【摘 要】鋅鎳電池具有保護(hù)環(huán)境、比容量高、成本低等優(yōu)點(diǎn)，因此受到大家的喜愛。在鋅鎳電池的電極生產(chǎn)過(guò)程中需要加入緩蝕劑以此來(lái)緩慢電極的腐蝕。本文就金屬粉末添加劑對(duì)鋅鎳電池正極性能的影響進(jìn)行了分析，通過(guò)在鋅鎳電池中添加銀粉、銅粉和鈷粉對(duì)電池正極性能進(jìn)行分析，以此來(lái)研究這幾種材料對(duì)電極性能的影響。

【關(guān)鍵詞】金屬粉末；鋅鎳電池；正極性能；鎳電極；鈷粉

鋅鎳電池是一種半導(dǎo)體性的物質(zhì)，為了能加電池的導(dǎo)電性和提高活性物質(zhì)的有效利用率，需要添加金屬粉末的添加劑，以此來(lái)改變電池的性能。通過(guò)物理添加的方式向電池的正極添加銀粉、銅粉和鈷粉并進(jìn)行對(duì)比研究可以得出結(jié)論，銀粉對(duì)電極性能的提升作用好于銅粉，而銅粉和鈷粉則能提高電池的腐蝕性能。

一、物理實(shí)驗(yàn)裝置的配置

1、電池電極片的制備放置不同的金屬粉末

首先應(yīng)該制作實(shí)驗(yàn)所需要的電極片。這里按照質(zhì)量分?jǐn)?shù)選取的是鎳粉5（產(chǎn)地湖北）乙炔黑6%（產(chǎn)地湖南）Ni（OH） 80%（產(chǎn)地北京）金屬粉末5%，將這四種物質(zhì)進(jìn)行混合，并搖晃均勻。然后在里面再加入聚四氟乙烯乳液15%（產(chǎn)地北京）將以上的物質(zhì)加入純凈水并調(diào)成膏狀物質(zhì)，最后利用刮板均勻的將其刮出長(zhǎng)六厘米，寬五厘米的泡沫鎳，最后將其放在六十?dāng)z氏度以下的溫度下進(jìn)行烤制兩個(gè)小時(shí)，將其取出后，還需要進(jìn)行三十五帕下進(jìn)行冷壓。從而制成一厘米厚度的電極片?？梢詫⑻砑硬煌饘俜鄣碾姌O片進(jìn)行分別的命名為銅粉試樣、銀粉試樣和鈷粉試樣。同時(shí)還需要一個(gè)空白試樣的電極片，空白試樣的電極片制作時(shí)可以用Ni（OH） 2代替金屬粉末。

2、電極片制備放置不同含量的鈷粉

測(cè)試不同含量鈷粉對(duì)電極片的影響，按照以上的方法制作電極片時(shí)，可以在電極片內(nèi)添加百分之三、百分之五和百分之七的鈷粉，運(yùn)用相同的工藝制成不用含量鈷粉的電極片。

3、模擬電池組裝制備

組裝模擬電池時(shí)，電池的正極應(yīng)該采用GP-1-B 隔膜（產(chǎn)地湖南）將電池的正極進(jìn)行包裹，電池的負(fù)極則應(yīng)該用鋅負(fù)極（產(chǎn)地湖北）并用無(wú)菌的紗布進(jìn)行包裹。電解液的制成則需要ZnO（產(chǎn)地北京）飽和的6 mol /L KOH（湖南產(chǎn)）+ 10 g /L LiOH（北京產(chǎn)）溶液。然后將兩個(gè)負(fù)極夾著一個(gè)正極的方式制成模擬式的電池[1]。

4、樣品測(cè)試的方式

進(jìn)行樣品測(cè)試時(shí)可以采用CT2001A 型電池測(cè)試系統(tǒng)（北京產(chǎn)）對(duì)模擬電池進(jìn)行樣品測(cè)試。首先可以用0.1C充電十二個(gè)小時(shí)，然后將其靜止十分鐘，再次利用0.1C放電到1V進(jìn)行兩次的化成，最后利用0.2C進(jìn)行充電六個(gè)小時(shí)再次放電到1.2V進(jìn)行循環(huán)測(cè)試。利用PGSTAT302N 型電化學(xué)工作站（美國(guó)產(chǎn)）對(duì)鎳電極進(jìn)行曲線測(cè)試時(shí)，對(duì)其掃描的速度應(yīng)為1 mV /s， 電位為-0.9～-0.3 V，利用鉑電極作為輔助的電極。

二、實(shí)驗(yàn)的結(jié)果與分析

1、不同金屬粉末的鎳電極的Tafel曲線分析

在不同的鎳電極中加入不同的金屬粉末進(jìn)行電位極化的曲線測(cè)試，結(jié)果如圖1所顯示。在表1中則展示了測(cè)試曲線的分析參數(shù)。

測(cè)量電極的腐蝕性能一般是通過(guò)腐蝕電位來(lái)衡量。腐蝕的電位較正則說(shuō)明抗腐蝕的性能越好。從表1的參數(shù)中可以看出銀粉樣品、銅粉樣品、鈷粉樣品和空白樣品的腐蝕電為分別是- 0. 566 4 V、- 0. 574 5 V、- 0. 415 3 V、- 0. 635 0 V。由此可以看出在這些金屬粉末中鈷粉的抗腐蝕性能最強(qiáng)，測(cè)量鎳電極腐蝕的速效經(jīng)常用腐蝕電流的密度進(jìn)行衡量。腐蝕電流的密度較小，鎳電極的腐蝕能力就越強(qiáng)。從表1中可以得知，這幾個(gè)金屬粉末中銅粉的密度最大，這也就表明銅粉會(huì)加快腐蝕的速度。從而減小電極使用的時(shí)間。而鈷粉和銀粉的電流密度低，就會(huì)降低鎳電池的腐蝕速度[2]。

2、不同金屬粉末對(duì)鎳電極充放電的曲線分析

在鎳電極添加不同的金屬粉末，用0.2C充放電十次后，曲線如圖2所示。

充電的電壓較高會(huì)導(dǎo)致電解液中氧氣的釋放，導(dǎo)致電極出現(xiàn)鈍化的現(xiàn)象。這樣會(huì)縮短電池的使用時(shí)間。而充電電壓較低說(shuō)明充電的效率較高。從圖2中可以分析出在充電的前期，銅粉樣品和銀粉樣品還有空白樣品的電壓基本一致。但是到達(dá)后期時(shí)銀粉樣品和銅粉樣品的電壓就會(huì)比空白樣品的電壓高。因?yàn)榻饘俜勰┭趸倪^(guò)程中增加了電極內(nèi)的內(nèi)阻，從而影響到了電荷的擴(kuò)散。在圖2的曲線中，鈷粉的充電電壓一直比較低，而且曲線較為平穩(wěn)，這也就說(shuō)明了鈷粉的充電效率較高。所以從圖2中可以得知鈷粉具有最好的放電時(shí)間與放電的容量，具有電極循環(huán)的穩(wěn)定性。由此可知，銀粉樣品、銅粉樣品和空白樣品的放電曲線基本一致，所以，銀粉的加入對(duì)電極的容量起不到明顯的促進(jìn)作用，而加入銅粉則會(huì)對(duì)電極的性能產(chǎn)生不利的影響。所以在金屬粉末添加的過(guò)程中，做好應(yīng)該加入鈷粉的粉末，這對(duì)電極的性能會(huì)產(chǎn)生積極的影響[3]。

3、不同鈷粉添加量的分析

在電極中添加不同含量的鈷粉，并對(duì)其進(jìn)行觀察，結(jié)果如圖3所示。

從圖3中可以看出，不同的鈷粉含量，間隙的分布含量也不同。鈷粉的含量越高。鈷粉與顆粒之間的間隙分布含量越多，但是它的分散作用并沒(méi)有發(fā)生改變。在制作電極設(shè)備時(shí)，通常會(huì)采用石墨、活性炭等導(dǎo)電劑用來(lái)填充活性物質(zhì)之間的間隙。也會(huì)適當(dāng)?shù)募尤胍恍┙饘偬砑觿┯脕?lái)提高電極的穩(wěn)定性。加入百分之五含量的鈷粉和百分之七含量的鈷粉相比時(shí)，百分之五含量的鈷粉會(huì)讓電極更加的穩(wěn)定，而百分之七含量的鈷粉則會(huì)導(dǎo)致團(tuán)聚的現(xiàn)象發(fā)生。由此可以看出百分之五含量的鈷粉最為合適。百分之五的鈷粉含量可以適當(dāng)?shù)奶岣唠姌O的穩(wěn)定性，提高電極的使用效能。

4、不同鈷粉含量對(duì)電極循環(huán)的作用

不同鈷粉的含量對(duì)電極循環(huán)作用也不同，鈷粉對(duì)于電極的性能會(huì)有顯著的提升，通過(guò)不同含量的鈷粉對(duì)電極進(jìn)行不同的測(cè)試，可以找出最好的鈷粉添加量。如圖4所示。

從圖4中我們可以看出，不同的鈷粉含量對(duì)電極的循環(huán)性能會(huì)產(chǎn)生不同的影響。在一定的循環(huán)周期內(nèi)，百分之五的含量和百分之七的含量鎳電極的放電量幾乎接近，但是百分之七的含量，循環(huán)性能可能會(huì)更好。但是隨著鈷粉含量的增加，電極的放電量并沒(méi)有增加，比容量提高的幅度也不夠大，添加過(guò)多的鈷粉會(huì)增加電極的成本，所以在綜合考慮之下，鈷粉含量百分之五最為合適。

三、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，運(yùn)用物理添加的方式向鎳電極中添加銅粉、銀粉和鈷粉時(shí)，金屬粉末對(duì)電極的性能會(huì)產(chǎn)生很大的影響。鈷粉可以提高鎳電池的穩(wěn)定性和電池容量，銀粉對(duì)于鎳電極的壽命循環(huán)不太明顯，銅粉會(huì)加快鎳電極的腐蝕程度，不利于電極的性能。

【參考文獻(xiàn)】

[1]穆培振， 李加勇， 崔超群，等. 鋅負(fù)極用鋅酸鈣的電化學(xué)制備法及其性能研究[J]. 電源技術(shù)， 2015， 39（6）：1279-1281.

[2]薛祥峰. 陰極添加劑對(duì)鎳錳電池性能影響的研究[J]. 煤炭與化工， 2016， 39（6）：92-93.

[3]孔繁清， 閆慧忠， 李金，等. 不同導(dǎo)電劑對(duì)鋅鎳電池中鋅電極性能影響的研究[J]. 金屬功能材料， 2011， 18（5）：62-65.