一种水系锌离子电池制造技术

本发明专利技术属于电池技术领域，尤其涉及一种水系锌离子电池，包括正极、负极、电解液和设置于所述正极和所述负极之间的隔膜，所述负极为石墨烯辅助锌负极，所述电解液包括溶剂和溶质，所述溶剂为水，所述溶质包括可溶性锌盐和锰盐。相对于现有技术，本发明专利技术将石墨烯辅助锌负极应用于水系锌离子电池体系，通过性能优异、结构稳定的石墨烯，增强锌负极的稳定性和导电性，从而增强水系锌离子电池的循环性能。特别地，在电解液中添加微量的锰盐和缓蚀剂，能够有效地缓解锌腐蚀、钝化等问题，进一步提高水系锌离子电池的循环寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种水系锌离子电池
本专利技术属于电池
，尤其涉及一种水系锌离子电池。
技术介绍
可充电电池作为一种高效的储能装置，已广泛应用于移动通讯、电子设备、电动汽车等领域。现有的可充电电池，如锂离子电池、铅酸电池和镍氢电池等均存在安全性差、污染、成本高、不能快速充放电等问题。安全、廉价、环保和快速充放电的可充电电池是未来电池的发展方向，研发下一代能量密度更高、充放电速度更快、安全性更强的电池是未来人类生活发展的基石。中国专利(CN101540417A)专利技术了一种锌离子电池，以锰基材料和锌作为电极材料，含有锌离子的水溶液为电解液，具有廉价、安全、环保和快速充放电的特点。这种水系锌离子电池的反应机理是基于锌离子在电极材料晶体结构中的嵌入/脱出，但由于锌离子的半径远大于锂离子、钠离子，在其嵌入/脱出过程中电极材料更容易发生结构坍塌，因此水系锌离子电池的循环寿命较短，不利于其作为可充电电池进行广泛应用。此外，锌负极在电解液中存在腐蚀、钝化等问题，严重影响锌作为负极活性物质的反应效率。有鉴于此，本专利技术旨在提供一种水系锌离子电池，其将石墨烯辅助锌负极应用于水系锌离子电池体系，通过性能优异、结构稳定的石墨烯，增强锌负极的稳定性和导电性，从而增强水系锌离子电池的循环性能。特别地，在电解液中添加微量的锰盐和缓蚀剂，能够有效地缓解锌腐蚀、钝化等问题，进一步提高水系锌离子电池的循环寿命。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种水系锌离子电池，其将石墨烯辅助锌负极应用于水系锌离子电池体系，通过性能优异、结构稳定的石墨烯，增强锌负极的稳定性和导电性，从而增强水系锌离子电池的循环性能。特别地，在电解液中添加微量的锰盐和缓蚀剂，能够有效地缓解锌腐蚀、钝化等问题，进一步提高水系锌离子电池的循环寿命。为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种水系锌离子电池，包括正极、负极、电解液和设置于所述正极和所述负极之间的隔膜，所述负极为石墨烯辅助锌负极，所述电解液包括溶剂和溶质，所述溶剂为水，所述溶质包括可溶性锌盐和锰盐。与其他碳材料相比，石墨烯具有更大的比表面积，增大了负极材料与电解液的接触面积，此外，石墨烯亦作为锌负极活性物质的导电剂，可显著提高锌负极的导电性和充放电功率。特别地，石墨烯良好的柔韧性和结构稳定性，有利于提高锌负极活性物质稳定性，减少不可逆容量的损失。因此，本专利技术将石墨烯辅助锌负极应用于水系锌离子电池体系中，能够有效地增强水系锌离子电池的循环性能。实验证明，通过微量的锰盐和缓蚀剂可以有效地缓解锌腐蚀、钝化等问题，增强锌离子电池的循环性能。作为本专利技术水系锌离子电池的一种改进，所述石墨烯辅助锌负极包括集流体和附着在集流体上的负极膜，所述负极膜包括90-95wt.％的超细锌粉，1-5wt.％的石墨烯，0-3wt.％的添加剂和1-5wt.％粘结剂。作为本专利技术水系锌离子电池的一种改进，所述超细锌粉为负极活性物质，其粒径为50-100微米。作为本专利技术水系锌离子电池的一种改进，所述添加剂为氧化铋、氧化锡和氧化铟中的至少一种，添加剂的作用是减弱锌的自腐蚀，抑制充电过程中氢气的产生，从而减少水的分解，避免电解液的损失，有利于电池的密封。作为本专利技术水系锌离子电池的一种改进，所述粘结剂为聚四氟乙烯、偏聚四氟乙烯和纤维素的中的至少一种，所述集流体为不锈钢网、涂炭不锈钢网、镀锡铜网或铜箔。作为本专利技术水系锌离子电池的一种改进，所述石墨烯辅助锌负极的制备方法为：将超细锌粉、石墨烯、添加剂、粘结剂均匀混合后，涂布在集流体上并进行真空干燥，真空干燥的温度为80-100℃，真空干燥的持续时间为10-15h。作为本专利技术水系锌离子电池的一种改进，所述可溶性锌盐包括硫酸锌、氯化锌、硝酸锌和三氟甲烷磺酸锌中的至少一种，所述锰盐为硫酸锰、氯化锰、硝酸锰和三氟甲烷磺酸锰中的至少一种。作为本专利技术水系锌离子电池的一种改进，所述可溶性锌盐在电解液中的含量为0.5-3mol/L，所述锰盐在电解液中的含量为0.02-0.2mol/L。作为本专利技术水系锌离子电池的一种改进，所述电解液中还包括缓蚀剂，所述缓蚀剂为聚乙二醇、乙二胺、明胶、四丁基溴化铵和十六烷基三甲基溴化铵中的至少一种，所述缓蚀剂添加量为所述电解液总质量的0.01-15％。在电解液中添加微量的锰盐和缓蚀剂，能够有效地缓解锌腐蚀、钝化等问题，进一步提高水系锌离子电池的循环寿命。作为本专利技术水系锌离子电池的一种改进，所述隔膜为玻璃纤维(AGM)隔膜、Ni-Zn隔膜、磺化隔膜和无尘纸的一种。作为本专利技术水系锌离子电池的一种改进，所述正极中的活性物质为锰酸锂和/或二氧化锰。相对于现有技术，本专利技术至少具有如下优点：1、基于本专利技术提出的石墨烯辅助锌负极材料，搭配正极、水系电解液和隔膜，制备的锌离子电池循环性能优异，在0.5A/g的电流密度下，80次循环后容量保持率为100％。2、本专利技术利用简单的混合，将石墨烯与超细锌粉、粘结剂、添加剂组成石墨烯辅助锌负极，制备工艺简单，可控性强。3、本专利技术利用性能优异、结构稳定的石墨烯，以及电解液中微量的锰盐和缓蚀剂，通过有效的协同作用，显著地提高了水系锌离子电池的循环寿命，且不牺牲电池的容量，可进一步地进行研究和开发。附图说明图1是本专利技术实施例1制备的水系锌离子电池在0.5A/g电流密度下的循环性能图。图2是本专利技术实施例2制备的水系锌离子电池在0.5A/g电流密度下的循环性能图。图3是本专利技术实施例3制备的水系锌离子电池在0.5A/g电流密度下的循环性能图。图4是本专利技术对比例1制备的水系锌离子电池在0.5A/g电流密度下的循环性能图。图5是本专利技术对比例2制备的水系锌离子电池在0.5A/g电流密度下的循环性能图。具体实施方式实施例1本实施例提供了一种水系锌离子电池，包括正极、负极、电解液和设置于正极和负极之间的隔膜，负极为石墨烯辅助锌负极，电解液包括溶剂和溶质，溶剂为水，溶质包括可溶性锌盐和锰盐。石墨烯辅助锌负极包括集流体和附着在集流体上的负极膜，负极膜包括93wt.％的超细锌粉，3wt.％的石墨烯，1wt.％的氧化铟、1wt.％的氧化铋和2wt.％聚偏氟乙烯。其中，超细锌粉的粒径为74微米。该石墨烯辅助锌负极的制备方法为：将超细锌粉、石墨烯、添加剂、粘结剂均匀混合后，涂布在铜箔上并进行真空干燥，真空干燥的温度为80℃，真空干燥的持续时间为12h。其中，可溶性锌盐为硫酸锌，锰盐为硫酸锰，可溶性锌盐在电解液中的含量为2mol/L，锰盐在电解液中的含量为0.1mol/L。电解液中还包括缓蚀剂聚乙二醇，缓蚀剂添加量为电解液总质量的1wt.％。隔膜为玻璃纤维(AGM)隔膜，正极中的活性物质为锰酸锂。整个水系锌离子电池的制备方法包括如下步骤：第一步，石墨烯辅助锌负极的制备：将93wt.％的超细锌粉，3wt.％的石墨烯，1wt.％的氧化铟、1wt.％的氧化铋和2wt.％聚偏氟乙烯均匀混合后涂布在铜箔表面，80℃真空干燥后获得石墨烯辅助锌负极材料。第二步，水系锌离子电池的制备：以LiMn2O4为正极活性物质，负极材料为石墨烯辅助锌负极，电解液以2mol/L的硫酸锌和0.1mol/L硫酸锰为溶质、水为溶剂，并添加1wt.％的缓蚀剂聚乙二醇，隔膜为AGM隔膜。图1为实施例1制备的锌离子电池在0.1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水系锌离子电池，其特征在于，包括正极、负极、电解液和设置于所述正极和所述负极之间的隔膜，所述负极为石墨烯辅助锌负极，所述电解液包括溶剂和溶质，所述溶剂为水，所述溶质包括可溶性锌盐和锰盐。

【技术特征摘要】
1.一种水系锌离子电池，其特征在于，包括正极、负极、电解液和设置于所述正极和所述负极之间的隔膜，所述负极为石墨烯辅助锌负极，所述电解液包括溶剂和溶质，所述溶剂为水，所述溶质包括可溶性锌盐和锰盐。2.根据权利要求1所述的水系锌离子电池，其特征在于，所述石墨烯辅助锌负极包括集流体和附着在集流体上的负极膜，所述负极膜包括90-95wt.％的超细锌粉，1-5wt.％的石墨烯，0-3wt.％的添加剂和1-5wt.％粘结剂。3.根据权利要求2所述的水系锌离子电池，其特征在于，所述超细锌粉为负极活性物质，其粒径为50-100微米。4.根据权利要求2所述的水系锌离子电池，其特征在于，所述添加剂为氧化铋、氧化锡和氧化铟中的至少一种，所述粘结剂为聚四氟乙烯、偏聚四氟乙烯和纤维素的中的至少一种，所述集流体为不锈钢网、涂炭不锈钢网、镀锡铜网或铜箔。5.根据权利要求2所述的水系锌离子电池，其特征在于，所述石墨烯辅助锌负极的制备方法为：将超细锌粉、石墨烯、添加剂、粘结剂均匀混合后，涂布在...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏春光，王静霞，梁燕，
申请(专利权)人：深圳市寒暑科技新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44