二次碱性锌镍电池论文：二次碱性锌镍电池锌酸钙单晶表面修饰MgSn(OH)6

1、二次碱性锌镍电池论文：二次碱性锌镍电池 锌酸钙单晶 表面修饰 MgSn (OH 6【中文摘要】本文首先针对人们长期在锌镍电池负极用预先合成出的锌酸钙材料的组成及其结构的争论出发，率先成功制备出了具有 规则外形的大颗粒菱形和六边形锌酸钙单晶，对解析锌酸钙晶体结构 及其组成,提供了最直接的物质支持；其次,本文就二次锌镍电池的发 展状况做了简要概述，并针对迄今仍制约其市场化与商业化的成因及 解决途径作出了分析，从严重影响二次锌负极循环寿命的形变和枝晶 问题出发,将锌电极添加剂纳米化与电极活性材料表面修饰技术相结 合,制备出了氧化锌表面修饰纳米 MgSn(OH)6 和锌酸钙表面修饰 MgSn (OH)

2、6 并对表面修饰锌镍电池负极活性材料的电化学性能，做了较为系统的研究工作。本文主要结论如下：1.本文利用 CaCO 侨口 ZnO 为原料，采用恒温沉淀转化法，在适当浓度 KOH 故底液的条件下，首次 成功制备出大颗粒锌酸钙单晶。27 C 恒温时,在 KOH 浓度为 7.5wt.%15wt.%的底液中，制备出外形规则、表面光滑，最大菱形晶 体边长约有2 mm 最长对角线超过 3 mm 厚度约有 0.5 mm 的锌酸钙 单晶。40C恒温时，在 KOH 浓度为 22.5wt.%-25wt.%的底液中，制备出 外形规则、表面光滑，最大六边形晶体边长有 1 mm 厚度为 0.2 mm 的锌酸钙单晶。这一

3、实验事实充分说明了，在相同条件下锌酸钙的 Ksp 远比碳酸钙的小，这是利用 CaCO 为钙源成功制备出锌酸钙单晶的热 力学依据。本文对影响晶体形核和生长的因素做了尝试性的讨论，认为影响晶体生长的因素中，反应物离子的浓度和反应体系的温度可能 是两个最为关键的因素；因为,环境的温度和反应物离子的浓度，在一 定程度上可能共同影响了晶胞的形核和晶体生成中各晶面的优势取 向性生长速率，导致晶体形貌的变化，使我们利用 CaCO 侨口 ZnO 为原 料、采用恒温（27C和 40C）沉淀转化法、在适当浓度 KOH 做底液的 条件下,制备出的锌酸钙单晶宏观上呈现出菱形和六边形两种外观晶 体形貌；因此,在制备单晶

4、时，反应物离子浓度和温度可能是两个需要 控制的关键因素。本文通过对制备出的菱形锌酸钙单晶和六边形锌酸 钙单晶，所做的光学显微镜、XRD TG-DSC 红外光谱及 X-射线单晶 衍射表征的数据分析和讨论，得出如下结论：（1）菱形锌酸钙单晶和六 边形锌酸钙单晶的晶体结构完全相同，晶体内各类原子的空间排布方 式、排布规律、原子间的成键方式及相互作用和晶体的有关参数也一 模一样；菱形锌酸钙单晶和六边形锌酸钙单晶的分子表示式同为 Ca2 - 2H2O 的形式；（2）本文还从物质结构与性质的必然联系性出发，对锌酸钙单晶的结构与性质进行了尝试性的深入探讨，得出如下结 论：晶体完整的锌酸钙无论是规则的菱形还是

5、规则的六边形（不论晶体大小），其化学表示式都应为 Ca22H2O 的形式；不同条件制备出的晶体不完整的锌酸钙，其化学表示式可能为 Ca2 - nH2O（n 二仁 2）的形式。 在碱性溶液中制备完美锌酸钙晶体的离子反应式的形式为：Ca2+2Zn（OH）3-+2H2O=Ca22H2Q 而且，随着溶液中碱的浓度、反应 物离子浓度及环境温度等条件的变化，晶体的成核和生长过程中化学 键的形成及晶面的优势取向及生长速率将会受到重要影响，同时，结晶时晶体内结晶水的个数也会受到影响，表现为 Ca2 - nH20(n二仁 2); 因此,环境温度、反应物离子浓度、晶体中结晶水的个数及其他条件，对锌酸钙晶体生长的完

6、整性及结晶形貌的完美性都会协同产生决定 性的影响；所以，制备锌酸钙的条件不同，所制备出的样品也不同，其 外观形貌、粒径大小及物理化学性能便表现出个体差异性；(3)本文还从结构出发，对锌酸钙单晶的热重性质表现进行了合理的解释；并 对锌酸钙在做锌镍电池负极材料应用中的结晶度与其电化学反应特 征及性能关系也进行了探讨。2.本文采用直接沉淀法成功制备出了氧 化锌表面修饰纳米 MgSn(0H)6 和锌酸钙表面修饰 MgSn(0H)6 并对两 种锌负极活性材料表面修饰后的电化学性能等研究后，得出如下结 论：(1)ZnO 表面修饰纳米 MgSn(OH)6 后,锌电极表现出较小的容量衰 减率和更好的循环稳定性；锌电极表现出较低的充电电压、 较高的放 电压和较高的放电中值电压，修饰氧化锌电极的极化减小，充电电流 效率咼,其充放电可逆性稳定，而且,活性材料的利用率显著改善并提 高；锌电极在电解液中的耐腐蚀性能显著增强，锌电极在碱性电解液 中的稳定性显著增强；锌电极的循环可逆性增加，锌电极在充放电中 存在一个反复活化和激活的过程，锌电极经反复活化和激活后其电荷 转移电阻减小，电极材料的电化学活性得以提高；ZnO 表面修饰 MgSn(OH)啲量越高，则锌电极的循环稳定性就越高，活性材料的利用 率提高的幅度也