朱军平 王江林 柯娃 赵磊 马永泉

【摘 要】锌镍电池具有保护环境、比容量高、成本低等优点，因此受到大家的喜爱。在锌镍电池的电极生产过程中需要加入缓蚀剂以此来缓慢电极的腐蚀。本文就金属粉末添加剂对锌镍电池正极性能的影响进行了分析，通过在锌镍电池中添加银粉、铜粉和钴粉对电池正极性能进行分析，以此来研究这几种材料对电极性能的影响。

【关键词】金属粉末；锌镍电池；正极性能；镍电极；钴粉

锌镍电池是一种半导体性的物质，为了能加电池的导电性和提高活性物质的有效利用率，需要添加金属粉末的添加剂，以此来改变电池的性能。通过物理添加的方式向电池的正极添加银粉、铜粉和钴粉并进行对比研究可以得出结论，银粉对电极性能的提升作用好于铜粉，而铜粉和钴粉则能提高电池的腐蚀性能。

一、物理实验装置的配置

1、电池电极片的制备放置不同的金属粉末

首先应该制作实验所需要的电极片。这里按照质量分数选取的是镍粉5（产地湖北）乙炔黑6%（产地湖南）Ni（OH） 80%（产地北京）金属粉末5%，将这四种物质进行混合，并摇晃均匀。然后在里面再加入聚四氟乙烯乳液15%（产地北京）将以上的物质加入纯净水并调成膏状物质，最后利用刮板均匀的将其刮出长六厘米，宽五厘米的泡沫镍，最后将其放在六十摄氏度以下的温度下进行烤制两个小时，将其取出后，还需要进行三十五帕下进行冷压。从而制成一厘米厚度的电极片。可以将添加不同金属粉的电极片进行分别的命名为铜粉试样、银粉试样和钴粉试样。同时还需要一个空白试样的电极片，空白试样的电极片制作时可以用Ni（OH） 2代替金属粉末。

2、电极片制备放置不同含量的钴粉

测试不同含量钴粉对电极片的影响，按照以上的方法制作电极片时，可以在电极片内添加百分之三、百分之五和百分之七的钴粉，运用相同的工艺制成不用含量钴粉的电极片。

3、模拟电池组装制备

组装模拟电池时，电池的正极应该采用GP-1-B 隔膜（产地湖南）将电池的正极进行包裹，电池的负极则应该用锌负极（产地湖北）并用无菌的纱布进行包裹。电解液的制成则需要ZnO（产地北京）饱和的6 mol /L KOH（湖南產）+ 10 g /L LiOH（北京产）溶液。然后将两个负极夹着一个正极的方式制成模拟式的电池[1]。

4、样品测试的方式

进行样品测试时可以采用CT2001A 型电池测试系统（北京产）对模拟电池进行样品测试。首先可以用0.1C充电十二个小时，然后将其静止十分钟，再次利用0.1C放电到1V进行两次的化成，最后利用0.2C进行充电六个小时再次放电到1.2V进行循环测试。利用PGSTAT302N 型电化学工作站（美国产）对镍电极进行曲线测试时，对其扫描的速度应为1 mV /s， 电位为-0.9～-0.3 V，利用铂电极作为辅助的电极。

二、实验的结果与分析

1、不同金属粉末的镍电极的Tafel曲线分析

在不同的镍电极中加入不同的金属粉末进行电位极化的曲线测试，结果如图1所显示。在表1中则展示了测试曲线的分析参数。

测量电极的腐蚀性能一般是通过腐蚀电位来衡量。腐蚀的电位较正则说明抗腐蚀的性能越好。从表1的参数中可以看出银粉样品、铜粉样品、钴粉样品和空白样品的腐蚀电为分别是- 0. 566 4 V、- 0. 574 5 V、- 0. 415 3 V、- 0. 635 0 V。由此可以看出在这些金属粉末中钴粉的抗腐蚀性能最强，测量镍电极腐蚀的速效经常用腐蚀电流的密度进行衡量。腐蚀电流的密度较小，镍电极的腐蚀能力就越强。从表1中可以得知，这几个金属粉末中铜粉的密度最大，这也就表明铜粉会加快腐蚀的速度。从而减小电极使用的时间。而钴粉和银粉的电流密度低，就会降低镍电池的腐蚀速度[2]。

2、不同金属粉末对镍电极充放电的曲线分析

在镍电极添加不同的金属粉末，用0.2C充放电十次后，曲线如图2所示。

充电的电压较高会导致电解液中氧气的释放，导致电极出现钝化的现象。这样会缩短电池的使用时间。而充电电压较低说明充电的效率较高。从图2中可以分析出在充电的前期，铜粉样品和银粉样品还有空白样品的电压基本一致。但是到达后期时银粉样品和铜粉样品的电压就会比空白样品的电压高。因为金属粉末氧化的过程中增加了电极内的内阻，从而影响到了电荷的扩散。在图2的曲线中，钴粉的充电电压一直比较低，而且曲线较为平稳，这也就说明了钴粉的充电效率较高。所以从图2中可以得知钴粉具有最好的放电时间与放电的容量，具有电极循环的稳定性。由此可知，银粉样品、铜粉样品和空白样品的放电曲线基本一致，所以，银粉的加入对电极的容量起不到明显的促进作用，而加入铜粉则会对电极的性能产生不利的影响。所以在金属粉末添加的过程中，做好应该加入钴粉的粉末，这对电极的性能会产生积极的影响[3]。

3、不同钴粉添加量的分析

在电极中添加不同含量的钴粉，并对其进行观察，结果如图3所示。

从图3中可以看出，不同的钴粉含量，间隙的分布含量也不同。钴粉的含量越高。钴粉与颗粒之间的间隙分布含量越多，但是它的分散作用并没有发生改变。在制作电极设备时，通常会采用石墨、活性炭等导电剂用来填充活性物质之间的间隙。也会适当的加入一些金属添加剂用来提高电极的稳定性。加入百分之五含量的钴粉和百分之七含量的钴粉相比时，百分之五含量的钴粉会让电极更加的稳定，而百分之七含量的钴粉则会导致团聚的现象发生。由此可以看出百分之五含量的钴粉最为合适。百分之五的钴粉含量可以适当的提高电极的稳定性，提高电极的使用效能。

4、不同钴粉含量对电极循环的作用

不同钴粉的含量对电极循环作用也不同，钴粉对于电极的性能会有显著的提升，通过不同含量的钴粉对电极进行不同的测试，可以找出最好的钴粉添加量。如图4所示。

从图4中我们可以看出，不同的钴粉含量对电极的循环性能会产生不同的影响。在一定的循环周期内，百分之五的含量和百分之七的含量镍电极的放电量几乎接近，但是百分之七的含量，循环性能可能会更好。但是随着钴粉含量的增加，电极的放电量并没有增加，比容量提高的幅度也不够大，添加过多的钴粉会增加电极的成本，所以在综合考虑之下，钴粉含量百分之五最为合适。

三、结束语

综上所述，运用物理添加的方式向镍电极中添加铜粉、银粉和钴粉时，金属粉末对电极的性能会产生很大的影响。钴粉可以提高镍电池的稳定性和电池容量，银粉对于镍电极的寿命循环不太明显，铜粉会加快镍电极的腐蚀程度，不利于电极的性能。

【参考文献】

[1]穆培振， 李加勇， 崔超群，等. 锌负极用锌酸钙的电化学制备法及其性能研究[J]. 电源技术， 2015， 39（6）：1279-1281.

[2]薛祥峰. 阴极添加剂对镍锰电池性能影响的研究[J]. 煤炭与化工， 2016， 39（6）：92-93.

[3]孔繁清， 闫慧忠， 李金，等. 不同导电剂对锌镍电池中锌电极性能影响的研究[J]. 金属功能材料， 2011， 18（5）：62-65.