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锌镍电池

锌镍电池由锌电极和镍电极组成，兼有锌银电池中锌负极高容量的特性及镍镉电池中镍正极长寿命的优越性能，是一种新型高性能绿色二次动力电池。该电池负极一般采用放电态的ZnO?Zn，Zn和ZnO与氢镍电池的负极材料(高Ni含量的氢化物)和目前商业化的锂离子电池正极材料(LiCoO)相比价格明显低2

廉，并且具有丰富的贮藏量。锌镍电池性能特点有:高工作电压，高能量密度，高功率密度，宽工作温度(-20,50?)，无记忆效应，生产及使用过程无污染产生，被誉为真正的“绿色电池”，且锌的贮藏量丰富，价格比较便宜。锌镍电池己成为继铅酸电池、氢镍电池、镉镍电池及锂电池之后，更廉价且实用的新型高性能绿色动力电池。

表1.1目前动力型(高功率型)二次电池的主要性能比较

电池工作电比能量比功率循环寿存在问题

-1-1WhkgWkg类型压V命

1.2-1.650-80500200-300锌镍循环寿命短。

1.0-1.230-45500500镍镉有记忆效应，镉对环境有污染，

高温充电性能差。

1.260-70100-200500镍氢成本高(低电压记忆效应，需要

特殊的充电器)，高温充电性能

差。

1.5-1.825-35150-200250-450铅酸体积大、比能量低、寿命短、容

易腐蚀、铅对环境有污染，环保

性能差

3.6120-150250-350800锂离成本高(放电特性曲线是非线性子的，必须使用专门的充电器)，以

LiCoO为正极的锂离子电池安2

全性问题待解决。

2锌镍二次电池的国内外发展概述

锌镍电池的研究已经有上百年的历史。最早可追溯至1887年Dun和HaslaCher申请锌镍电池的德国专利。Drumm从上世纪20年代末至40年代初对锌镍电池进行了进一步研究，曾试图用于列车的照明和驱动等，但终因电池寿命短未得到推广应用。50年代苏联科学家对锌镍电池研究，获得比能量为46.2Wh-lkg，循环寿命约24-70次的电池。60年代以来世界各国投入了大量的人力物力，在锌电极添加剂、电解液添加剂、隔膜和充放电制度等方面进行了很多研究，发表了大量的文章和专利。1973年后，能源危机促使美国发展电动车，给予锌镍电池较大投资，有许多公司参与了锌镍电池研究，包括电化学公司、劳伦斯伯克利国家实验室、通用汽车公司和能源研究公司等，取得了显著的研究成果。此外日本的汤浅公司、松下公司和三洋公司，韩国三星先进技术研究院等都在研究锌镍电池，并己取得了一系列的专利。国内高校企业在研究和生产锌镍电池上也有很多报道。

(1)美国锌镍电池的研究概况

美国电化学公司采用一种新的锌电极电化学体系减小锌电极放电产物的自溶解，稳定了锌电极，使锌镍电池的循环寿命达到600—1000次的水平。该体系特点在于降低电解液中KOH的浓度以减小ZnO的溶解，同时加入支持电解质，如硼酸钾，磷酸钾，砷酸钾，偏硼酸钾，硼酸钠和氟化钾，氟化钠等以补充碱的

-消耗，保证电化学反应对OH的需要。由于氧化锌在电解液中的溶解减小了，从而能够保持氧化锌的电化学活性，减轻锌电极的变形和枝晶生长问题，美国电化学公司在1989年和1990年试制的锌镍电池均能接近实用化要求，电池寿命能达到600次以上。

美国能源研究公司通过多年研究，提出采用氧化锌和氢氧化钙、氢氧化钡或氢氧化锶的混合物，或者直接用锌酸钙作为锌电极活性材料，并加入多种添加剂氧化铋、氧化铅、氧化铟等技术。正负极采用塑料粘结辊压法制备。正极隔膜是3层微孔聚丙烯膜Celgard3406。负极隔膜是2层吸液尼龙材料，如培纶。锌电极间含有一层PTFE膜以促进气体传输。在锌镍电池性能显著改善的基础上，美国能源研究公司曾与厦门三圈日化公司合资成立厦门三圈益尔希电池公司生产

密封锌镍二次电池。厦门三圈益尔希电池公司是全球第一条同时也是唯一的商品锌镍电池生产商，产品有12V30Ah、12V22Ah和12V10Ah等多种类型，主要用作电动机车、轻便电动车和电动自行车三类产品的动力电源。其中，MB40-12型12V33Ah电池在1,3C倍率放电电流和80,放电程度下循环寿命能突破500

-1次，比能量达50Whkg，使用该产品的电动车充一次电续航里程可达200km.

劳伦斯伯克利国家实验室在1980年就开展了用于电动牵引的锌镍电池的研究。其制备的单电池是两片镍电极夹住一片锌电极，正负极理论容量比1:3。锌电极组成为氧化锌93,，氧化铅2,，新闻纸1,，聚四氟乙烯(PTFE)4,。集流体是镀铅铜网。三层聚丙烯微孔膜(Celgard3401)包裹锌电极，每层单独密封。正极用无纺尼龙(培纶2524)包裹。但电池主要改进还是在电解液中添加氟离子、碳酸根离子并降低