有关纳米材料在电池中的应用

摘要：纳米材料的小孔径效应和表面效应与化学电源中的活性材料非常相关

,作为电极的活

性材料纳米化后

,表面增大,电流密度会降低,极化减小,导致电容量增大,从而具有更良好的电

化学活性。特别是最富特征的一维纳米材料

———纳米碳管在作为新型贮锂材料、电化学贮

能材料和高性能复合材料等方面的研究已取得了重大突破

,因而开辟了全新的科学研究领域。

 
1　碱性锌锰电池材料 
1 1　纳米级 γ-ＭｎＯ 2 
　　夏熙等利用溶胶凝胶法、微乳法、低热固相反应法合成制得纳米级

γ ＭｎＯ 2 用作碱锰

电池正极材料。发现纯度不佳

,但与ＥＭＤ以最佳配比混合,可大大提高第 2 电子当量的放电

容量

,也就是可出现混配效应。若制得的纳米 γ ＭｎＯ 2 纯度高时,本身的放电容量即优于Ｅ

ＭＤ。

 

1 2　掺Ｂｉ改性纳米ＭｎＯ 2 
　　夏熙等通过加入Ｂｉ

2 Ｏ 3 合成得到改性ＭｎＯ 2,采用纳米级和微米级改性掺Ｂｉ Ｍ

ｎＯ

2 混配的方法,放电容量都有不同程度的提高,并且存在一个最佳配比。通过掺Ｂｉ在充

放电过程中形成一系列不同价态的Ｂｉ

 Ｍｎ复合物的共还原和共氧化,有效抑制Ｍｎ 3 Ｏ 4

的生成

,可极大地改善电极的可充性。 

1 3　纳米级 α-ＭｎＯ 2 
    采用固相反应法合成不含杂质阳离子的纳米 α ＭｎＯ 2,粒径小于 50 ｎｍ,其电化学活性
较高

,放电容量比常规粒径ＥＭＤ更大,尤其适于重负荷放电,表现出良好的去极化性能,具有

一定的开发和应用潜力。

 

1 4　纳米级ＺｎＯ 
　　碱锰电池中的电液要加入少量的ＺｎＯ

,以抑制锌负极在电液中的自放电。ＺｎＯ在电

液中的分散越均匀

,越有利于控制自放电。纳米ＺｎＯ在我国已应用于医药等方面。由于碱锰

电池朝着无汞化发展

,采用纳米ＺｎＯ是可选择的方法之一。应用的关键是要注意纳米Ｚｎ

Ｏ材料的表面改性问题。

 

1 5　纳米级Ｉｎ 2 Ｏ 3 
    Ｉｎ 2 Ｏ 3 是碱锰电池的无机代汞缓蚀剂的选择之一,目前已开发并生产出无汞碱锰电池
用高纯纳米Ｉｎ

2 Ｏ 3,该材料具有比表面积大,分散性好,缓蚀效果更佳的特点,应用于无汞

碱锰电池具有良好的抑制气体产生的作用。

 

2　在ＭＨ/Ｎｉ电池中的应用 
2 1　纳米级Ｎｉ(ＯＨ)2 周震等人用沉淀转化法制备了纳米级Ｎｉ(ＯＨ)2,并发现纳米级Ｎ
ｉ

(ＯＨ)2 比微米级Ｎｉ(ＯＨ)2 具有更高的电化学反应可逆性和更快速的活化能力。采用该

材料制作的电极在电化学氧化还原过程中极化较小

,充电效率高,活性物质利用更充分,而且

显示出放电电位较高的特点。赵力等人用微乳液法制备纳米

β Ｎｉ(ＯＨ)2,粒径为 40～70 ｎ

ｍ。该方法较易控制纳米颗粒粒径大小

,并且所制得的纳米材料呈球型或椭球形,适用于某些

对颗粒状有特殊要求的场合

,如作为氢氧化镍电极的添加剂,按一定比例掺杂,可使Ｎｉ(Ｏ

Ｈ

)2 的利用率显著提高,尤其当放电电流较大时,利用率可提高 12%。2 2　纳米晶贮氢合金 

　　陈朝晖等利用电弧熔炼高能球磨法制备出纳米晶ＬａＮｉ

5[6],平均粒径约 20 ｎｍ,采

用该材料制备的电极与粗晶ＬａＮｉ

5 制备的电极相比,具有相当的放电容量,更好的活化特

性

,但其循环寿命较短。  

3　锂离子电池材料 
3 1　阴极材料

———纳米ＬｉＣｏＯ 2