锌银电池正负极活性物质分析

锌银电池正负极活性物质分析

李进 ,何世勇 ,刘维

贵州梅岭电源有限公司  贵州省遵义市  563000

摘要：锌银电池的市场需求量增加，如何提升电池性能成为行业人员关注的焦点。本文研究了正负极活性物质指标与技术指标，对描述银粉、锌粉制备过程及方法，并完成氧化物活性物质的合理分析。在研究过程中，也开展电池正负极活性物质成分研究，测试电池的使用性能。经过调试后，电池利用率与电极合格率显著提升，能够满足现阶段各行业对锌银电池提出了最新要求，为锌银电池应用普及作出重大贡献。

关键词：锌银电池；正负极；活性物质；研究

前言：数据表明，优质的电池产品正负极活性物质的利用率可达到55%，然而，受到制作工艺和技术条件的限制，电池正负电极厚度出现不均匀问题，不仅影响电池寿命，而且不利于性能提升。为解决上述问题，本文采用全新的反应路线生产葡萄糖银粉设计电池正极，电池负极则采用不同比例的混合锌粉压制而成，经过性能测试，电极合格率达到97%以上，活性物质显著提升。

1正负极活性物质制备与技术指标

1.1制备过程

在正极活性物质银的制备中，采取的主要方法为液相反应法，并对氯化钠使用量进行准确控制。制备溶液为氯化钠与硝酸银，确保二者充分混合，达到完全反应标准，最终得到反应物—氯化银[1]。将氯化银白色沉淀在反应罐底部，在室温条件下，将反应物静置12h，由此分离氯化银沉淀与反应溶液。将氢氧化钾与葡萄糖粉末依据先后顺序加入反应罐中，并用力搅拌。

使用离心洗涤法处理银粉，当酚酞溶液检测颜色不变红时，则将银粉平铺到不锈钢托盘中，覆盖一层聚氨酯膜，置于干燥箱48h。完全干燥后，使用40目筛，最终获得高性能银粉。

1.2银氧化物分析

正极活性物质主要是银氧化物，共计3个价态，分别是AgO、Ag2O、Ag2O3，其中，一氧化银为黑色或灰色固体。二价和高价银氧化物是Ag2O2、AgO和Ag（I）Ag（III）O2。在锌银电池的制备中，Ag2O在碱性溶液中发挥良好作用，该物质会随着OH－离子浓度增加而提升。通过对正极活性物质的分析可知，Ag2O具有如下特征：

25℃下，溶解度为1*10—8mol/L，随着温度值增加，溶解度会进一步加大。以电池常用KOH浓度为例，在30%浓度下，溶解度为1.1*10—8mol/L，当浓度接近40.0%时，则溶解度达到最大，最大值为3*10—4mol/L。通过以上分析可知，Ag2O的溶解速度随着KOH浓度的增加而降低。

1.3技术指标

活性氧化锌（Activated ZinOxide）颜色多以白色、微黄色为主，为球状细粉末、密度为5.47g/cm3，熔点为1800℃。该活性物质可溶于酸、碱、氯化铵中。在湿润条件下，活性氧化锌能够吸收水和二氧化碳，形成碱式碳酸锌结构。与工业普通氧化锌比较，活性氧化锌的主要差别是颗粒细、活性高。相关技术指标如下：活性氧化锌粒度值：0.05μm，球状，比表面积35~45m2/g；普通氧化锌粒度值：0.5μm，形状：颗粒状、棒状，比表面积：1~5m2/g。

为明确锌银电池的正负极活性物质指标，开展了电池正负极电极试验研究。试验用电池使用极板搭配而成，分别由中间试验电极与两边辅助电极组成，共计包括3片银极片。试验电极外侧包裹一层高聚合纤维薄膜，并经过银镁盐处理。在试验电池温度高于20℃时，则注入分析纯电解液，密度控制在1.40g/cm3。在具体试验中，应确保液面在电极与隔膜之间，并完成在室温条件下的活化操作。将试验电极作为本次测试正极，辅助电极则作为负极，锌皮部分则代表参比电极。使用串联的方式连接试验电池，借助Digatron公司生产的UBT 50-050-4 ME充放电设备，完成3个周期的放电性能测试。在电池放电时，经过对活性物质的测试可知，电流密度为150mA/cm2、电流为（7.4±0.1）A，终止电压为1.0A。

2正负极活性物质的试验研究

2.1方法与仪器

本次试验选择活性更高的葡萄糖还原银粉作为材料，试验开展中，对银粉表面形貌做出准确分析，并获取银粉的物理性能，完成有关测试项目。通过做好实效电池试验，证明葡萄糖还原粉具有较高的利用效率。本次试验使用的仪器主要是Sem：扫描用电子纤维镜。通过电子与物质之间的相互作用，能够获取样本的各类特征属性，其中包括化学性能与物理性能。

2.2试验过程

试验开展期间，相关人员结合以往经验，并查阅了大量文献研究资料，了解葡萄糖银粉生产工艺，并结合现有生产工艺制作了高活性的银粉。根据相关工艺路线，选取的葡萄糖银粉主要成分为AgNO3，该原料能够与CI-发生反应，并生成AgCI沉淀物。通过对银粉反应过程的分析可知，在热量条件达到25℃时，加入碱与葡萄糖成分，能够将水溶液直接还原成银粉。通过对银粉利用率的测试研究，可知银粉具有较高的活性。

试验过程中，为观察不同银粉的物理特征，分析电池活性物质，对比了不同还原银粉的SEM照片。与其他常用的银粉物质比较，经过醋酸银热分解、氧化银热分解与葡萄糖还原方法制作出来的银粉具有较高的活性，同时，银粉的表面更加粗糙，活性表面积较大、电极利用率也更高

[2]。对不同生产批次的银粉粒径进行分析可知，醋酸银热分解形成的银粉平均粒径大于葡萄糖银粉，然而，不同批次葡萄糖银粉粒度分布更加均匀，有利于确保银粉活性物质稳定。

本试验也观察了银粉的松装密度，该指标能够反映出银粉压制极板可操作性与成型效果。一般情况下，经过醋酸银分解形成的银粉，松装密度在0.45～0.68g/cm3，氧化银热分解银粉的松装密度在1.10～1.60g/cm3之间，葡萄糖还原银粉的平均松装密度在0.90～1.10g/cm3。针对锌银电池，尤其是二次锌银电池而言，应严格控制电池正极材料中铜、铁金属杂质含量，避免因微电池环境造成的自放电、电池容量下降等不良现象发生。经过多次试验证实，将银粉中铜含量控制在0.005%、铁含量控制在0.004%以下，可确保电池性能可靠。

考虑到原有混合工艺制作的活性物质颗粒存在分散不均匀的问题，为促使粒径分散均匀，在试验过程中，有关人员对压制电极的制备工艺进行优化，将干粉混粉与湿粉造粒应用在制备工艺方案中，并充分搅拌。经过调整后的电池活性物质分布更加均匀，粒度分布良好，造粒前粒度分布为6.02μm，造粒后粒度分布为44.73μm。经过造粒后，银粉、锌粉流动性明显提升，不仅为电极的压制提供便捷条件，而且也能够确保电极成型效果良好、活性物质分布更加均匀。

2.3结果描述

对银粉活性测试的结果进行分析可知，葡萄糖银粉在第一周期内的利用率明显高于其他两种银粉，具体提升幅度可达到5%～10%。在第二和第三周期，电池利用率出现小幅度提升。以上分析证实葡萄糖还原粉具有较强的化学性能。关于不同银粉在不同周期的利用率见表1：

表 1 银粉不同周期利用率

上述银粉的利用率均较高，总体上分析可知，葡萄糖还原银粉 B的利用率略高，因此将其作为电池银粉的首选方案。

在本文研究过程中，也对不同银粉制作的实效电池进行试验，结果表明，使用葡萄糖还原银粉制作的电池可延长平稳电压，然而电池前期高波与后期电压下降时间均较短，由此证实葡萄糖还原银粉作为电池正极的活性物质具有高度可靠性，能够显著提升电池使用效率与寿命。

结束语：综上所述，文章研究了锌银电池正负极活性物质，对电极初期活性物质不同周期利用率进行描述。结果指出，葡萄糖还原银粉 B电池具有较高的性能，是制备锌银电池正极的首要材料。在具体研究中，也做好锌粉压制，使用不同比例粘接剂，确保锌粉可靠压制，由此确保锌银电池整体性能良好。未来，为更好推广锌银电池，要求行业有关人员关注电极活性物质是否被充分利用，由此提高电极合格率，确保电池性能符合标准要求。

参考文献：

[1]乐士儒,毛雅春,袁再芳,等.基于Na_2S_2O_8法制备的锌银电池AgO正极的性能研究[J].辽宁大学学报(自然科学版),2022,49(04):364-369.

[2]胡晓东,李红祝,刘江涛,等.添加聚乙烯醇水溶性纤维对锌银电池用辅助隔膜性能的影响[J].高科技纤维与应用,2021,46(02):28-31.