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摘 要

锌离子电池具有能量密度高、成本低、安全性好，易规模化生产，等特点，开发高比容量锌离子电池具有重要理论意义和工程价值。在锌负极中采用超细锌粉时，尽管超细锌粉活性高、有利于提高电池的比容量，但由于其比表面积大，更易产生析氢腐蚀、钝化及锌枝晶，从而影响电池的性能。为此，在电解液中加入添加剂来对锌电极进行缓蚀，并抑制钝化和锌枝晶就显得非常重要。本文采用析氢含量测试、Tafel曲线和电池性能测试方法，研究了BTA、SDBS、HA三种单一电解液添加剂浓度及添加剂复配对锌负极缓蚀的影响和电池性能的影响。研究结果表明，当加入电解液缓蚀剂BTA、SDBS以及HA均能对锌负极起到一定的缓蚀效果；其中加入BTA的浓度为85 mg/L，SDBS的浓度为60mg/L，HA的浓度为30 mg/L时，各自的腐蚀电流最小，且加入85mg/L的BTA效果最好；电解液添加剂的复合使用比单一使用的效果要好；复合电解液添加剂均能进一步提高电极的充放电性能和循环性能；复合缓蚀效果最好的为42.5mg/L BTA 15mg/L HA；提高电极的充放电性能和循环性能最优的为30mg/L SDBS 15mg/L HA。

关键词：锌离子电池 电解液添加剂 缓蚀 极化曲线 电化学性能

Study on Electrolyte Additives of Zinc Ion Battery

Abstract

Zinc-ion battery has the characteristics of high energy density, low cost, good safety and easy scale production. Zinc powder has high activity and is beneficial to increase the specific capacity of the battery, due to its large specific surface area, hydrogen evolution corrosion, passivation and zinc dendrite are more likely to occur, thereby affecting the performance of battery. For this reason, it is very important to add an additive to the electrolyte to inhibit the zinc electrode and suppress passivation and zinc dendrite. In this paper, the hydrogen evolution content test, Tafel curve and battery performance test method were used to study the effects of three single electrolyte additive concentrations of BTA, SDBS and HA on the corrosion inhibition of zinc anode and the effect of battery performance. The results show that when the electrolyte corrosion inhibitors BTA, SDBS and HA are added, the zinc negative electrode can have a certain corrosion inhibition effect. The concentration of BTA is 85 mg/L and the concentration of SDBS is 60 mg/L.The addition of 85 mg/L BTA is the best;the composite electrolyte additive can be further improved. The charge-discharge performance and cycle performance of the electrode; the best corrosion inhibition effect is 42.5mg/L BTA 15mg/L HA; the optimal charge-discharge performance and cycle performance of the electrode is 30mg/L SDBS 15mg/L HA .

Key WordS: Zinc ion battery; electrolyte additive; corrosion inhibition; polarization curve; electrochemical performance

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪 论 1

1.1研究背景及意义 1

1.2锌离子电池简介 1

1.2.1锌离子电池原理 1

1.2.2 锌离子电池特点 2

1.3锌电极存在的问题 4

1.3.1锌腐蚀 4

1.3.2锌钝化 4

1.4锌电极问题的解决方法 5

1.4.1 电解液添加剂 5

1.4.2 电极添加剂 5

1.4.3 锌合金 6

第二章 研究目的、内容及方法 8

2.1研究目的 8

2.2研究内容 8

2.3研究方法 8

2.4试验部分 9

2.4.1极片的制备 9

2.4.2析氢实验 9

2.4.3Tafel实验： 10

2.4.4充放电测试 10

2.4.5实验材料 10

2.4.6实验仪器及设备 11

第三章 实验结果与讨论 12

3.1电解液添加剂对缓蚀的影响 12

3.1.1单一电解液添加剂种类及浓度对锌负极缓蚀的影响 12

3.1.2复合电解液添加剂种类及浓度对锌负极缓蚀的影响 15

3.2析氢实验 16

3.3 充放电测试 17

第四章 结论 19

4.1本文结论 19

参考文献 20

致 谢 23

第一章 绪 论

1.1研究背景及意义

锌离子电池是在人们寻求新型安全无污染、可循环的高能二次电池的背景下，应运而生的。它作为一种新型二次电池, 具有制备工艺流程简单、能量密度高、成本低、安全性能好以及环保污染，等特点。在中性环境中，锌的自腐蚀也得到了很大改善，反应平稳，无明显发热现象。这些优点使得其引起了人们的重视，有望发展为一种很有潜力的新型电池。

相比于锂离子电池，二价的锌离子和水溶液电解质保证了锌离子电池的电导率，中性的电解液体系在保证了安全性的同时，还减小了锌的腐蚀。但仍然面临着负极的锌腐蚀、锌枝晶和锌钝化的问题和正极的电池多次循环充放电过程中，其活性物质被消耗，容量会不断减小问题，其中二氧化锰正极更是制约锌离子电池性能的关键因素。

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