一种保护锌离子电池电极的方法技术

本发明专利技术公开了一种保护锌离子电池电极的方法，所述锌离子电池包括正极、负极、介于正负极之间的隔膜和电解液，在所述电解液中添加多金属氧酸盐；本发明专利技术首次在电解液中引入多金属氧酸盐，通过在循环过程中抑制锌枝晶的生长从而保护锌离子电池电极，显著提升锌离子电池的循环寿命。

A method of protecting the electrode of zinc ion battery

【技术实现步骤摘要】
一种保护锌离子电池电极的方法
本专利技术涉及锌离子电池
，具体涉及一种保护锌离子电池电极的方法。
技术介绍
能源危机和环境恶化促使人们越来越开始注重可持续发展与高清洁能源的使用，并对绿色可再生能源和高效储能系统进行了深入研究。其中，可充电电池是最具有吸引力的能量储能和转换技术，可以反复充电和放电的锂离子电池作为一种高效清洁能源有着良好的可持续性，这也是目前锂离子电池行业火热发展的原因。但是，传统锂离子电池在安全性方面有很大的欠缺，不稳定的锂离子和有机电解液容易使电池起火甚至爆炸。为了解决这一问题，研究人员找到了替代锂离子电池的方案，即锌离子电池。锌离子电池采用水系电解液，安全环保。而且，锌的储量十分丰富，有利于进一步降低电池的成本。另外，锌离子电池具有较高的理论比容量(829mAh/g)和高功率密度，这意味着锌离子电池的应用潜力十分巨大。然而，锌离子电池的循环寿命一直是困扰研究人员的难题。锌离子电池在充放电过程中会在电极表面生成大量的锌枝晶，这些锌枝晶是造成锌离子电池低循环寿命的根本原因，甚至有可能造成短路彻底损坏电池。这一点极大地限制了锌离子电池地发展和应用。因此，寻找一种能够抑制锌枝晶生长保护锌电极的方法是迫在眉睫的。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种保护锌离子电池电极的方法，能够抑制锌枝晶生长。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种保护锌离子电池电极的方法，所述锌离子电池包括正极、负极、介于所述正极和负极之间的隔膜和电解液，在所述电解液中添加多金属氧酸盐。优选的，所述多金属氧酸盐在电解液中的浓度在0.1-2mol/L。优选的，所述多金属氧酸盐选自多金属钼酸盐、多金属钨酸盐、多金属钒酸盐、多金属铌酸盐、多金属钽酸盐、多金属钛酸盐中的一种或多种。优选的，所述正极包括正极集流体和涂覆在正极集流体表面的正极浆料，正极浆料包括正极活性物质、导电剂、粘结剂，所述正极活性材料选自锰基材料、钒基材料、普鲁士蓝类化合物中的任意一种。优选的，所述负极包括锌片、锌粉、电镀锌、泡沫锌、锌合金材料中的任意一种。优选的，所述电解液还包括可溶性锌盐，所述可溶性锌盐在电解液中的浓度在1-3mol/L。优选的，所述可溶性锌盐选自硫酸锌、氯化锌、硝酸锌、乙酸锌、氟化锌、六氟酸锌、三氟甲烷磺酸锌中的一种或多种。优选的，所述膈膜为玻璃纤维膈膜。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：1.本专利技术首次在电解液中引入多金属氧酸盐，通过在循环过程中抑制锌枝晶的生长从而保护锌离子电池电极，显著提升锌离子电池的循环寿命。2.本专利技术的电解液制备配方简单，制备工艺操作简单，利用本专利技术的电解液制得的锌离子电池，经过电化学测试，其电池的电循环寿命，循环稳定性均得到有效提高。附图说明图1是实施例1锌对称电池在普通电解液中循环10周后的电极表面。图2是实施例1锌对称电池在添加了多金属氧酸盐电解液中循环10周后的电极表面。图3是实施例1分别用普通电解液和添加了多酸的电解液组装的全电池在5000mA/g的电流密度下循环情况。图4是实施例2用改性后的电解液组装锌对称电池的时间-电压曲线。图5是实施例2用普通电解液组装锌对称电池的时间-电压曲线。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。以下实施例用于说明本专利技术，但不能用来限制本专利技术的范围。本专利技术实施例中，除非特殊说明，所使用的原料和试剂均为市售商品，纯度为分析纯及以上。实施例1本实施例用于保护锌离子电池电极的电解液，电解液由可溶性锌盐、多金属氧酸盐和去离子水组成，锌盐为硫酸锌(ZnSO4)，多金属氧酸盐为七钼酸铵((NH4)6Mo7O24)，其中硫酸锌(ZnSO4)的浓度为1～3mol/L，七钼酸铵((NH4)6Mo7O24)的浓度为0.1～2mol/L，余量为水。将74mg七钼酸铵与2.87g硫酸锌溶于10mL水中，搅拌24小时，得到目标电解液。将上述制得的目标电解液用于制备锌对称电池。本实施例的锌离子电池，由一对金属锌片、电解液、隔膜组成，隔膜为玻璃纤维，于空气中完成纽扣式电池组装。本实施例的锌对称电池的电化学测试，在LAND测试系统上进行，测试温度保持25℃恒温。如图1所示为使用普通电解液(2.87g硫酸锌溶于10mL水中配制而成)在10mA/cm2的电流密度下循环10圈后的锌离子电池电极表面。从图1中可以发现电极表面有大量的锌枝晶。如图2所示为使用本实施例的目标电解液在10mA/cm2的电流密度下循环10圈后的锌离子电池电极表面。从图2中可以发现电极表面光滑平整，无枝晶产生。多金属氧酸盐在电解液中体现出较大的电负性，吸附了大量的锌离子，形成一层“富锌多酸层”覆盖在电极表面。在电池的循环过程中优先沉积到电极表面的是“富锌层”上的锌离子，而非电解液中的锌离子。而由于多酸的存在，使得锌离子从“富锌层”上沉积到电极表面的速率要低于锌离子直接从电解液中沉积的速率。在这一过程中多酸起到了离子缓释剂的作用，有效减缓了锌离子的沉积速率，使锌离子能够更有序地沉积到锌电极上，有效避免了锌离子的不均匀堆积，从而降低形成锌枝晶的风险。将上述制得的目标电解液用于制备锌离子电池。锌离子电池的正极材料的活性物质采用如下方法制备：(1)将1g的V2O5，溶于20ml水，加入1gNaCl，搅拌72小时。过滤，洗涤，干燥。(2)干燥后的材料研磨成粉，与乙炔黑，聚四氟乙烯以7：2：1的比例混合均匀，制备成浆料涂敷在0.01mm厚的不锈钢箔上，80摄氏度下真空干燥12小时，得到锌离子电池正极材料。本实施例的锌离子电池，由上述正极材料、电解液、负极材料、隔膜组成，负极材料为金属锌片，隔膜为玻璃纤维，于空气中完成纽扣式电池组装。本实施例的锌离子电池的电化学测试，在LAND测试系统上进行，测试温度保持25℃恒温，设置电压范围为0.2V～1.6V。如图3所示为使用普通电解液(2.87g硫酸锌溶于10mL水中配制而成)和本实施例的目标电解液组装的全电池在5000mA/g的电流密度下循环情况。使用普通电解液的锌离子电池容量衰减十分迅速，600个循环后容量保持率为28.4％。使用本实施例的目标电解液的锌离子电池在600个循环后容量保持率为76.4％。由此可见本专利技术的电解液在有效抑制锌枝晶的生长，提升锌离子电池的循环寿命。实施例2本实施例用于保护锌离子电池电极的电解液，电解液由可溶性锌盐、多金属氧酸盐和去离子水组成，锌盐为硫酸锌(ZnSO4)，多金属氧酸盐为磷钼十二酸(H5PMo12O41)，其中硫酸锌(ZnSO4)的浓度为1～3mol/L，磷钼十二酸(H5PMo12O41)的浓度为0.1～2mol/L，余量为水。将368mg磷钼十二酸与2.87g硫酸锌溶于10mL水中，搅拌24小时，得到目标电解液。将本实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种保护锌离子电池电极的方法，所述锌离子电池包括正极、负极、介于所述正极和负极之间的隔膜和电解液，其特征在于，在所述电解液中添加多金属氧酸盐。/n

【技术特征摘要】
1.一种保护锌离子电池电极的方法，所述锌离子电池包括正极、负极、介于所述正极和负极之间的隔膜和电解液，其特征在于，在所述电解液中添加多金属氧酸盐。


2.根据权利要求1所述的一种保护锌离子电池电极的方法，其特征在于，所述多金属氧酸盐在电解液中的浓度在0.1-2mol/L。


3.根据权利要求1所述的一种保护锌离子电池电极的方法，其特征在于，所述多金属氧酸盐选自多金属钼酸盐、多金属钨酸盐、多金属钒酸盐、多金属铌酸盐、多金属钽酸盐、多金属钛酸盐中的一种或多种。


4.根据权利要求1所述的一种保护锌离子电池电极的方法，其特征在于，所述正极包括正极集流体和涂覆在正极集流体表面的正极浆料，正极浆料包括正极活性物质、导电剂、粘结剂，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄鹏，巫海洋，
申请(专利权)人：江苏师范大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32