在上海有色网（SMM）主办的2022年中国锌产业大会暨中国锌产业高质量发展论坛暨2022(第五届)中国热浸锌技术及市场研讨会暨2022年（第十届）绿色锌盐&锌原料及钢灰交易峰会-绿色锌盐&锌原料及钢灰交易峰会上，超威电源集团有限公司博士/副研究员、研究院副院长程杰带来了“锌基电池研究现状及产业发展”的主题发言。他分别从锌基电池诞生的背景、传统可充锌基电池、锌基电池新体系，锌基电池问题和发展趋势等多方面展开阐述。

背景

中国锌锰电池在高能化、高功率化进步，产品大量出口、品质享誉全球。未来行业增速不大。铅酸电池具有低成本、高可靠、高安全、环境适应性好、回收技术及产业链成熟等优势，是目前最重要的化学电源之一；产业需要加快转型升级。动力和储能是锂离子电池增长的主要市场；其他电池也在向此方向发展，力图分一杯羹。

据统计，锌基电池有约200亿产值(一次电池)，二次锌基电池产值还很低。

通过不同金属的特征对比来看，金属锌具有体积能量密度大、成本低等独特的优势，是水溶液中可充电的、电位最低的金属，使得锌基电池长期成为电池研究的重要方向之一。

目前可充电的锌基电池类型有锌锰电池，锌镍电池、锌银电池等，其中，可充锌基电池传统上锌银电池有较多应用；锌镍电池一直有研究和应用，规模不大；可充锌锰电池一直有研究。

传统可充锌基电池

可充碱性锌锰电池

其特点是成本低、比能量不高(~40Wh/kg)，可浮充，但是循环寿命差。且存在锌电极的枝晶生长、形变(再分布)，锰电极衰减快等问题。

传统锌镍电池

其特点是比能量高(~70Wh/kg)、比功率高、资源丰富；可浮充。但存在锌电极的枝晶生长、形变(再分布)的问题。目前该电池处于持续研发阶段，实际应用较少。

锌银电池

其特点是比能量高(~100Wh/kg)、比功率高；循环寿命约50次。但是其存在锌电极的枝晶生长、形变(再分布)以及银迁移的问题。这种电池一般主要应用在军事上。

锌基电池新体系

锌-尖晶石锰酸锂电池：正极集流体为石墨，负极集流体为不锈钢，隔膜为玻璃纤维毡(AGM)。

其平均放电电压接近1.8V，循环性能良好，但同时也存在枝晶问题。

锌-二氧化锰电池(a-MnO2，中性水溶液)：电解液采用的是中性硫酸锌或Zn(NO₃)₂水溶液，其平均放电电压约1.3V，循环性能良好；二氧化锰比容量达到210mAh/g(0.5C)，但同样存在枝晶问题。

锌-二氧化锰电池(g-MnO2，中性水溶液)：电解液采用的是中性硫酸锌水溶液；平均放电电压接近1.3V，充放电出现4对平台，比容量达到285mAh/g(0.05mA/cm2, MnO2)。

锌-二氧化锰电池(a-MnO2，中性水溶液)：溶液中含锰离子具有明显的抗衰减性能和提高比容量作用；其电解液为2mol/L硫酸锌+0.1mol/L硫酸锰水溶液。

锌-磷酸铁锂电池(中性水溶液)：其电解液为4mol/L氯化锌+3mol/L氯化锂水溶液(pH4)；倍率性能好，库仑效率及能量效率高。

锌-铁氰酸铜钠离子电池：其电解液为1mol/L硫酸钠+0.01mol/L硫酸水溶液；拥有循环性能改善，倍率性能好，库仑效率及能量效率高的特点。

锌-有机电池(锌-嗪)：该电池平均放电电压约0.85V，循环性能好。

此外，锌-有机电池(锌-聚醌)和锌-有机电池(醌-锰)都有循环性能好的特点，且后者平均放电电压低。

锌-炭超级电容(电池)：以活性炭作为正极，最高电压1.8V，循环性能好。

锌基电池问题和发展趋势

水系锌基电池具有高比能、高安全的特点，其中锌镍电池近年来解决了很多技术问题，推出多种产品，是目前较有竞争力的碱性电池体系。

锌电极是锌基电池开发的关键难点，液流化可有效提高锌电极的循环寿命，但比能量降低很多。

中性水溶液锌基电池是当前开发热点，正极和负极均存在较多的问题，如锰基正极材料衰减快、有溶解及晶体崩塌等；电解液中需溶解较多锌离子，因此锌电极自腐蚀、钝化及枝晶问题比碱性中可能更严重。

锌变形和枝晶及钝化和析氢：锌电极属沉积溶解型电极，放电时锌离子进入电解液中，充电时在不同位置生成金属锌，因此产生变形和枝晶；钝化和析氢则是充放电时表面生成致密膜及腐蚀产氢。

铅、镉等掺杂可提高极化、提高电流分布均匀性，可抑制锌电极的变形；铅、镉等也可抑制析氢；

铋、锶等掺杂修饰可以提高锌电极导电性、优化电流分布，可抑制锌电极枝晶生长；

镁、钙、铝掺杂修饰锌电极(碱性中)可减少锌离子的溶解，可抑制锌电极变形和枝晶；

超细隔膜及凝胶电解质，可抑制锌电极变形和枝晶。

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