二次锌电极的制备及改性研究文献综述

 2021-10-06 12:34:25

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文献综述

1.1锌电极简介

锌是一种环境友好的金属，具有很强的还原性，可与多种金属形成合金，被广泛应用于钢铁、冶金、机械、电气、化工、轻工、军事和医药等领域。亚微米以及纳米粒径的超细锌粉，具有大的比表面积和高的表面能，在物理化学特性上也表现出不同于微米级锌粉的特点，在电池行业的应用中有广阔的前景，目前在这方面的研究较少。当前超细锌粉的常用的制备方法有真空雾化法[1]、高能球磨法[2]及电解法[3]等，而这些方法均难以制备亚微米级别的超细锌粉，在产率和纯度上均存在缺陷，且制备工序多。相比而言，直流电弧等离子体法是近年来应用到金属超细粉体制备领域的一种新方法，具有产率高，粉体粒径分布窄，表面光洁，纯度高、粒径可控等优点，已经成功制备出Cu、Ni、Zn、Sn、Ag等多种金属超细粉体，且克服了上述方法的缺陷，具有较好的产业化前景。

长久以来，由于金属锌资源丰富、成本低、无毒性，具有较高的比能量和比功率等优点，因此在电池工业中得到了广泛的应用，并且锌作为锌－镍、锌－银、锌－空气、锌－二氧化锰等电池的负极材料得到了广泛应用。因此，锌电极材料性能的好坏直接影响着锌基电池的循环寿命。为了解决二次锌电极存在的形变、枝晶以及循环容量降低等问题，广大材料和化学电源工作者开展了大量的研究，以锌为负极材料的二次电池的研究也取得了明显的进步。

1.2二次锌基电池概述

1.2.1可充碱性锌锰电池

进入20世纪60年代，人们对碱性锌锰电池可充性的研究热情日趋高涨，并做了大量有益的探索，至今经过各国研究人员多年的努力取得了很多重要的进展，在美国、日本和欧洲一些发达国家，有的可充电锌锰电池已被投放市场，但由于其放电深度浅,循环寿命很短，因而未能实现大规模商业化。它的放电机理一般认为是两电子步骤[4]:

第一步：从MnO2还原到MnOOH，质子嵌入MnO2晶格[5]。

第二步：由三个连续的步骤组成，MnOOH与水和OH-反应生成，再进一步得到一个电子变为，最后被还原为Mn(OH)2，整个反应过程是一个异相反应[6]。

相比较，第一步的可逆性强，第二步的可逆性差，在两电子步骤中二氧化锰的晶格发生变化，加之MnOOH在经过第二步放电过程后结构改变，可逆性降低，因而使得MnO2的可充性变差。Zn/MnO2二次电池不仅存在着锌电极通常的问题，而且正极对电池的寿命影响很大，因此这种电池的研究工作现阶段主要集中在正极上。

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