一種水溶液電解液可充電鋅離子電池制造技術

本發明專利技術公開了屬于電池制備技術領域的一種水溶液電解液可充電鋅離子電池，此電池中正極活性材料主要為鋅離子（Zn2+）可逆脫嵌的鐵氰化銅（鎳），負極活性材料以鋅元素為主，電解液為以鋅的可溶性鹽為溶質、水為溶劑的液態或凝膠態。本發明專利技術利用鋅離子在鐵氰化銅（鎳）正極材料晶格中的可逆嵌入或脫出，同時以鋅元素為主的負極材料發生氧化或還原，該電池具有比容量高和可快速充電的特點，可以預見這種可充電的鋅離子電池可廣泛應用于便攜式移動終端、儀器設備、小型電動交通工具以及汽車啟動電池等領域。

【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于電池制備
，具體涉及一種水溶液電解液可充電鋅離子電池。
技術介紹
隨著全球經濟的迅猛發展，化石燃料的供給和環境問題日益突出，因此新型綠色能源的綜合高效地開發和利用已成為保障國家能源資源安全，落實國家能源可持續發展戰略的關鍵環節。相比較一次電池，二次電池能重復多次進行充放電循環，能充分利用原材料，所以更加經濟實用。目前應用最為廣泛的可充電電池為鋰離子電池。鋰離子電池利用鋰離子作為儲能介質儲存電能，通過鋰離子在正負極材料之間的嵌入與脫出實現電池的充放電。隨著人類社會的發展和科技的進步，移動式電子產品和電動交通工具的種類和數量將會不斷增長，對二次電池的需求也隨之增加，因此開發新型可充電電池是非常必要和具有重要意義的。·鋅是一種活性金屬，具有廉價、易得、加工安全等特點，因此以鋅金屬作為負極材料的二次電池受到了越來越多的關注。中國專利技術專利申請CN101540417A首次公開了一種以二氧化錳為正極，以鋅為負極，以含鋅離子的溶液為電解液的可充電鋅離子電池，在充電時鋅離子脫出二氧化錳，經過電解液然后在負極沉積，放電時發生可逆反應。由于利用鋅和鋅離子作為活性物質，電極反應為二電子反應，這種電池具有較高的比容量。但是由于二氧化錳的晶格常數較小，鋅離子的嵌入脫出比較困難，導致電池在充電/放電的鋅離子嵌入與脫出過程速率較慢，使鋅離子電池性能有待進一步提高。因此，為了進一步提高可充電鋅離子電池性能，尋找新型對鋅離子具有良好的嵌入/脫出性能，價格低廉，來源廣泛的正極材料成為進一步改善可充電鋅離子電池性能的重要技術方向。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種水溶液電解液可充電鋅離子電池。一種水溶液電解液可充電鋅離子電池，此電池由正極、負極、介于前兩者之間的隔膜材料以及具有離子導電性的電解質組成；其中正極包括集流體和集流體上的正極活性材料，負極包括集流體和集流體上的負極活性材料；正極活性材料為KMFe (CN)6粉末、電子導電劑和粘結劑制成的膜狀材料；負極活性材料為鋅粉、緩蝕劑、電子導電劑和粘結劑制成的膜狀材料；電解液為以鋅的可溶性鹽為溶質、水為溶劑的具有離子導電性的液態或凝膠態材料，其PH值為于4 7。KMFe (CN) 6 中的 M 為 Cu 或 Ni 元素。正極活性材料中電子導電劑、粘結劑的添加量分別為正極活性材料質量的10%以下。負極活性材料中緩蝕劑的添加量為負極活性材料質量的1%以下，電子導電劑、粘結劑的添加量分別為負極活性材料質量的10%以下。上述電極導電劑為石墨、炭黑、乙炔黑、納米碳纖維或碳納米管。上述緩蝕劑為銦的氧化物或氫氧化物或銅。上述粘結劑為聚四氟乙烯、聚偏四氟乙烯或纖維素。上述鋅的可溶性鹽為硝酸鋅、硫酸鋅或氯化鋅。本專利技術提出的可充電鋅離子電池，其電池結構可以為扣式、圓柱式或方形結構。本專利技術的有益效果為1)采用鋅金屬作為電池負極，其活性高、廉價、易得，無污染；2)利用不溶性的鐵氰化物作為正極材料價格低廉、制備工藝簡單；3)采用含鋅離子的水溶液作為電解液，制備簡易、不燃、無毒；4)本專利技術的可充電鋅離子電池，利用鋅離子在正極材料晶格中的可逆嵌入或脫出，同時以鋅元素為主的負極材料進行氧化或鋅離子在負極 表面還原的儲能機理，而且采用了特殊的電解質，該電池具有比容量高和可快速充電的特點，同時其具有制造工藝簡單、成本低、循環壽命長等優點。附圖說明圖I為鐵氰化銅電極在Imol T1ZnSO4電解液的循環伏安圖。圖2為可充電鋅離子電池在200 mAg—1電流密度下的第一次充放電曲線。圖3為可充電鋅離子電池在在200 mAg-1電流密度下的循環充放電曲線。圖4為可充電鋅離子電池在在150 mAg—1電流密度下的充放電曲線。具體實施例方式實施例I 鐵氰化銅KCuFe (CN) 6的制備將一定濃度的硫酸銅(氯化銅、硫酸鋅、氯化鋅、硫酸鎳、氯化鎳等)溶液和相同濃度的鐵氰化鉀溶液同時逐滴滴入連續攪拌的去離子水中，待反應完全后，將混有棕色沉淀的懸濁液經超聲波震蕩30分鐘后，靜置8小時，然后將沉淀物濾出，并用去離子水反復清洗后，放入烘箱中烘干，制得鐵氰化銅粉末。將鐵氰化銅、電子導電劑石墨粉和粘結劑聚偏四氟乙烯以18 1 1的質量比混合均勻后涂覆在碳素集流體上，剪裁成一定大小，在烘箱烘干制得鐵氰化銅電極片。單電極測試采用鐵氰化銅電極片為工作電極，以金屬鉬電極為輔助電極，以飽和甘汞電極作為參比電極進行檢測。鐵氰化銅電極在lmol [1ZnSO4水溶液中的循環伏安圖如圖I所示，掃描速率為IOmV s—1，可以看出有一個氧化峰和一個還原峰出現，對應于鋅離子在鐵氰化銅晶格中的脫出和嵌入。實施例2將鋅粉、電子導電劑石墨粉和粘結劑聚偏四氟乙烯以18 1 1的質量比混合均勻后涂覆在碳素集流體上，剪裁成一定大小，在烘箱烘干制得鋅電極。以實施例I制備的鐵氰化銅電極為正極，以鋅電極為負極，電解液為lmol T1ZnSO4水溶液組裝成軟包裝的可充電鋅離子電池。所制得的鋅離子電池在200 mAg-1恒電流第一次充放電曲線見圖2(以正極活性材料質量計算)，如圖所示，在電壓區間2. (Γ2. 2V之間，出現了一個充電平臺，在O. 75V左右有一個很明顯的放電平臺，庫倫效率為81%。所制得的鋅離子電池在200 mAg—1恒電流充放電循環曲線(以正極活性材料質量計算)如圖3所示，由圖可以看出，所制鋅離子電池具有較好的循環特性。如果經過結構優化，這電池充放電性特性和循環穩定性還將會有明顯提升。實施例3將鋅粉、導電劑石墨粉、粘結劑聚偏四氟乙烯和緩蝕劑銅粉以83:8:8:1的質量比混合均勻后涂覆在碳素集流體上，在烘箱烘干，剪裁成一定大小，制得鋅電極。以實施例I制備的鐵氰化銅電極為正極，以鋅電極為負極，電解液為lmol T1ZnSO4水溶液組裝成軟包裝的可充電鋅離子電池。所制得的鋅離子電池在150 mA g—1恒電流充放電曲線(以正極活性材料質量計算)見圖4，如圖所示，在電壓區間2. Γ2. 2V之間，出現了一個充電平臺，在O. 75V左右有一個很明顯的放電平臺，庫倫效率為78%。如果經過結構優化，這電池充放電性特性和循環穩定性還將會有明顯提升。 ·本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種水溶液電解液可充電鋅離子電池，此電池由正極、負極、介于前兩者之間的隔膜材料以及電解液組成；其中正極包括集流體和集流體上的正極活性材料，負極包括集流體和集流體上的負極活性材料，其特征在于，正極活性材料為KMFe(CN)6粉末、電子導電劑和粘結劑制成的膜狀材料；負極活性材料為鋅粉、緩蝕劑、電子導電劑和粘結劑制成的膜狀材料；電解液為以鋅的可溶性鹽為溶質、水為溶劑的具有離子導電性的液態或凝膠態材料，其pH值為于4~7。

【技術特征摘要】
1.一種水溶液電解液可充電鋅離子電池，此電池由正極、負極、介于前兩者之間的隔膜材料以及電解液組成；其中正極包括集流體和集流體上的正極活性材料，負極包括集流體和集流體上的負極活性材料，其特征在于，正極活性材料為KMFe (CN) 6粉末、電子導電劑和粘結劑制成的膜狀材料；負極活性材料為鋅粉、緩蝕劑、電子導電劑和粘結劑制成的膜狀材料；電解液為以鋅的可溶性鹽為溶質、水為溶劑的具有離子導電性的液態或凝膠態材料，其pH值為于4 7。2.根據權利要求I所述的電解液可充電鋅離子電池，其特征在于，所述KMFe(CN)6中的M為Cu或Ni元素。3.根據權利要求I所述的電解液可充電鋅離子電池，其特征在于，正極活性材料中電子導電劑、粘結劑的添加量分別...

【專利技術屬性】
技術研發人員：賈志軍，王保國，宋士強，范永生，
申請(專利權)人：清華大學，
類型：發明
國別省市：