就負(fù)極的金屬材料而言,鋅(Zn)遠(yuǎn)比鎘優(yōu)秀。鋅單位重量的電容量約是Cd的1.7倍,單位體積的電容量約是1.4倍。而且,在正極活性物質(zhì)相同的情況下,鋅的電池電壓可以高出約0.4V。這就是干電池、氧化銀電池等一次電池采用鋅作為負(fù)極的原因。
但鋅負(fù)極在運(yùn)用于二次電池的時(shí)候,會(huì)像鋰一樣發(fā)生枝晶問(wèn)題。圖5通過(guò)模式圖,展示了鎘和鋅的電解析出機(jī)制。使用鋅作為負(fù)極時(shí),放電生成物ZnO(氧化鋅)以鋅酸根離子ZnO22-的形態(tài)溶于電解液,從而生成枝晶。雖然在充電時(shí),鋅會(huì)重新析出,但此時(shí)的鋅無(wú)法回到原位,會(huì)在容易析出的位置電解析出。開始析出后,以尖端部位為活性點(diǎn),析出將連續(xù)進(jìn)行,樹枝狀的電解析出物——枝晶不斷生長(zhǎng)。倘若沒(méi)有這種現(xiàn)象,Ni-Cd即使不存在公害問(wèn)題,估計(jì)也已經(jīng)被Ni-Zn取而代之。
圖5:充放電使負(fù)極上生成枝晶的機(jī)制
鎘的放電生成物不溶于電解液,在電極上堆積,充電后重新轉(zhuǎn)化為鎘。鋅的放電生成物溶于電解液,充電時(shí)以枝晶的形態(tài)析出。
使用鋰作為負(fù)極時(shí),放電生成物也會(huì)溶解于電解液,因此會(huì)和鋅一樣,出現(xiàn)由析出機(jī)制導(dǎo)致的枝晶問(wèn)題。無(wú)論是鋰還是鋅,目前都沒(méi)有防范枝晶的有效手段。因此,使用鋰負(fù)極的二次電池還必須等到LIB完成之后才能登場(chǎng)。