一种基于有机体系电解液的锌/聚苯胺二次电池制造技术

技术编号:19183344 阅读:24 留言:0更新日期:2018-10-17 01:33
一种基于有机体系电解液的锌/聚苯胺二次电池。本发明专利技术公开了一种可充电锌/聚苯胺电池,本发明专利技术所用电解液为有机体系电解液,可以避免水系电解液负极析氢的问题。所涉及的电解液主要是利用氯化锌和尿素在80℃下可以形成低熔点的共融体,并加入一定量的氯化钠降低体系熔点,引入有机溶剂降低电解液粘度同时增大电导率。且电解液原料价格低廉,制备工艺简单,有望替代容易析氢的水系电解液,实现广泛应用。

A zinc / polyaniline two battery based on electrolyte of organic system

A zinc / polyaniline two battery based on organic electrolyte. The invention discloses a rechargeable zinc/polyaniline battery. The electrolyte used in the invention is an organic system electrolyte, which can avoid the problem of hydrogen evolution on the negative electrode of water system electrolyte. The electrolyte involved mainly uses zinc chloride and urea to form a low melting point eutectic at 80 C, and adds a certain amount of sodium chloride to reduce the melting point of the system, and introduces organic solvents to reduce the viscosity of the electrolyte and increase the conductivity. Moreover, the electrolyte has the advantages of low cost, simple preparation process, and is expected to replace the water electrolyte which is easy to dehydrogenate, so it can be widely used.

【技术实现步骤摘要】
一种基于有机体系电解液的锌/聚苯胺二次电池
本专利技术属于二次电池
,具体涉及一种基于有机溶液电解液的可充电锌/聚苯胺电池。
技术介绍
伴随着世界经济地迅速发展,各国对能源的要求日益增高。发展新能源,开发对环境友好的新能源材料,是各国政府积极提倡的工作。而开发可充放电的二次电池是发展新能源技术的新宠。锂离子电池在人们日常生活中扮演着重要的角色,已经广泛应用于各种便携式设备,但是锂离子电池生产成本较高,且存在一定的安全隐患。因此,研究人员积极寻求更安全可靠的二次电池。锌离子电池安全性高,且成本低廉,有望替代锂离子电池实现大规模应用。聚苯胺(PANi)以其高导电性、优良的氧化还原可逆性、环境友好、生产成本低等优点而备受关注。因此,PANi被广泛应用于许多领域,如超级电容器、传感器等。锌/聚苯胺电池是研究较多的一个方向,然而大部分研究是对聚苯胺作为正极材料性能的优化。目前,锌/聚苯胺电池的电解液多数是基于水系电解液,这种电解液的电解质主要是可溶的锌盐和铵盐,并引入一定量的氢离子,以提高聚苯胺的活性,然而水系电解液会造成氢离子在阳极发生析氢反应而产生氢气,这是造成锌离子电池无法得到广泛应用的一个重要原因。为了能实现锌/聚苯胺电池的广泛应用。我们开发了有机体系电解液,并且成功避免了析氢反应的发生。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种有机体系电解液可充电锌/聚苯胺电池。二次电池是主要由正极,负极,隔膜和电解液构成,其特征在于:所述负极材料主要以锌元素为主,所述正极材料为具有电化学活性的聚苯胺,所述电解液为氯化锌和尿素形成的低熔点共融体,并添加一定量的有机溶剂,所述隔膜为有较强吸水作用且多孔道结构的玻璃纤维纸。在充放电过程中正极聚苯胺发生阴离子的掺杂与脱掺杂作用,负极锌发生溶解和电沉积,从而实现电能和化学能的转化。所述正极活性材料聚苯胺可以是掺杂盐酸或高氯酸的聚苯胺;导电剂可以是超导炭黑,乙炔黑,石墨粉,碳纳米管中的一种;集流体是不锈钢网,粘结剂是聚四氟乙烯(PTFE);其中导电剂的添加量为活性物质质量的10%,粘结剂的添加量为活性物质质量的5%~8%。所述负极活性材料可以为打磨光亮的锌板或锌合金。所述负极活性物质还可以是锌粉,可以使用不锈钢箔或锌板作为集流体;锌粉,导电剂,和粘结剂,按照8:1:1的质量比进行研磨和膏,均匀涂覆在集流体上;其中导电剂可以是活性炭,乙炔黑,超导炭黑,碳纳米管;粘结剂可以是丁苯橡胶(SBR)或聚偏四氟乙烯(PVDF)。本专利技术锌/聚苯胺电池采用的电解液为有机体系电解液,主要是利用氯化锌和尿素共热形成共融体,并加入氯化钠降低熔点,并加入添加剂降低体系的粘度,如:碳酸丙烯酯(PC),乙腈(AC),碳酸二甲酯。附图说明图1为实施例1制备的电解液的电导率随乙腈和碳酸丙烯酯加入量的变化曲线。图2为实施例4用碳酸丙烯酯作为添加剂的电解液组装的电池的循环伏安测试。图3为实施例4用乙腈作为添加剂的电解液组装的电池的循环伏安测试。图4为实施例4用乙腈作为添加剂的电解液组装的电池在50mA/g电流密度下充放电测试。图5为实施例4用碳酸丙烯酯作为添加剂的电解液组装的电池在50mA/g电流密度下充放电测试。具体实施例:实施例1:电解液的制备方法如下:首先将尿素在真空干燥箱中70℃干燥24h,转入到手套箱中备用。在手套箱中称取一定量的氯化锌和尿素,摩尔比1:3,用研钵研磨均匀,转移到平底烧瓶中,封口,转移到恒温水浴锅中80℃加热至融熔,在共融体中加一定1.67MNaCl,继续搅拌至全部溶解,转移到真空干燥箱中80℃干燥12h,以除去残留水分。制备好的氯化锌-尿素共融体(ZnCl2-urea)放置在手套箱中保存。量取三份2ml的共融体(ZnCl2-urea)并分别加入1ml,2ml,3ml的碳酸丙烯酯(PC)或乙腈(AC),并搅拌均匀备用。实施例2:正极活性材料制备过程如下:采用化学氧化法合成聚苯胺,反应釜为2L,具体操作过程如下:将20.5g水合硫酸锰溶解在100ml去离子水中,12.64g高锰酸钾溶解于400ml水中;用滴定管将硫酸锰水溶液缓慢(约40min)加入到高锰酸钾水溶液中,磁力搅拌1h,得到的活性二氧化锰用去离子水洗涤数次;将300g浓盐酸和700ml去离子水,4g膨胀石墨,0.5g曲拉通在反应釜中充分混合;将反应釜放入冰水浴中,使其温度降至8℃以下,然后往反应釜中加入140g苯胺(aniline,An),反应20min;往混合液中加入100g冰,然后加入(1)中制备的二氧化锰,称取320g过硫酸铵(annoniumpersulfate,APS)均分成160份,后每隔1min往反应釜中加入一份APS,如此加完所有的APS。因为反应是放热反应,且反应温度对苯胺的聚合有较大影响,故APS加入速度需非常缓慢,整个过程应保持反应液温度在5°C以内,且温度越低越有利;加完APS后再使反应进行2.5h,之后加入4g乙炔黑以提高聚苯胺的导电性,继续反应1.5h;反应结束后,所得产物抽滤并用去离子水和无水乙醇洗涤数次,以除去残余的盐酸和苯胺,及聚合生成的小分子,得到盐酸掺杂的聚苯胺;称取上述制备的100g未干燥的聚苯胺,加入到氨水和去离子水体积比为1:5的混合液中磁力搅拌24h进行脱掺杂,所得产物用去离子水洗3次,如此得到本征态PANi。(8)称取上述得到的100g未干燥的本征态聚苯胺,在2M无机酸(盐酸,高氯酸等)溶液中进行搅拌掺杂24h,所得产物用去离子水清洗数次,并真空60℃干燥12h。实施例3:极片制备过程如下:首先将不锈钢网在冲成直径1.4cm的圆片,并用砂纸打磨去除边缘的毛刺,然后将得到的盐酸掺杂聚苯胺用玛瑙研钵研磨细腻,并沿一个方向辊压到圆形不锈钢网集流体上(~5mg/cm2),注意极片上活性物质要均匀,避免裂纹。压好后的极片60℃真空干燥12h;将厚度为0.1mm高纯锌片裁剪成边长1cm的正方形,并用200目砂纸打磨光亮,然后用无水乙醇超声洗涤15min,再用稀盐酸溶液洗涤,最后用去离子水洗涤,低温吹干。采用厚度0.8mm,直径2cm的玻璃纤维纸作为隔膜。电池壳的型号为LIR2025,按照正极壳,正极片,隔膜,滴加电解液,负极片,垫片,弹片的顺序在手套箱中进行组装,并用封口机将电池压实。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可充电锌/聚苯胺电池,由正极、负极、介于两者之间的隔膜以及含有具有离子导电性的电解液组成,其特征在于:所述正极为掺杂无机酸的聚苯胺作为活性材料,负极活性材料以锌元素材料为主,所述电解液是以氯化锌和尿素形成的共融体,并用有机溶剂作为添加剂。

【技术特征摘要】
1.一种可充电锌/聚苯胺电池,由正极、负极、介于两者之间的隔膜以及含有具有离子导电性的电解液组成,其特征在于:所述正极为掺杂无机酸的聚苯胺作为活性材料,负极活性材料以锌元素材料为主,所述电解液是以氯化锌和尿素形成的共融体,并用有机溶剂作为添加剂。2.根据权利要求1所述的二次锌/聚苯胺电池,其特征在于:所述负极材料为纯锌板或锌合金,或是锌粉,导电剂,粘结剂的质量比8:1:1,导电剂为碳纳米管,石墨,活性炭,乙炔黑,超导炭黑中的一种。3.根据权利要求1所述的二次锌/聚苯胺电池的正极材料制备方法,其特征在于:将化学计量比的高锰酸钾和硫酸...

【专利技术属性】
技术研发人员:李昭宇韩家军刘盼
申请(专利权)人:哈尔滨工业大学威海
类型:发明
国别省市:山东,37

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