本发明专利技术提供一种锌离子电池，包括正极、负极及电解液，所述电解液浸润所述正极及所述负极：所述正极包含锰基化合物；所述负极包含锌元素；所述电解液包含pH缓冲剂，所述pH缓冲剂含有弱酸基团，所述弱酸基团包括磷酸、柠檬酸、碳酸、醋酸、巴比妥酸、三羟甲基氨基甲烷以及邻苯二甲酸中的至少一种。本发明专利技术还提供一种应用所述锌离子电池的用电装置。所述锌离子电池的用电装置。所述锌离子电池的用电装置。
【技术实现步骤摘要】
锌离子电池及应用其的用电装置
[0001]本专利技术属于电化学领域，具体涉及一种锌离子电池及应用其的用电装置。
技术介绍
[0002]相比于一次电池，二次电池可以重复循环利用，有效地减少了资源的浪费和对环境的污染。CN101540417A中国专利公开了一种锌离子电池，它以MnO2为正极，以锌片为负极，以含有锌离子的水溶液为电解液，组成可充电锌离子电池；这种可充电锌离子电池的专利技术基于Zn
2+
的两种行为：Zn
2+
在大隧道的二氧化锰材料中有快速可逆的嵌入和脱出行为，另外一方面，Zn
2+
可以在含Zn
2+
的中性电解液(如硫酸锌或硝酸锌)中进行快速可逆的溶解和沉积。
[0003]但是，对于前述二次锌离子电池，存在锌离子嵌入、锌离子和质子共嵌、锌离子嵌入和质子转换三种反应机制。对于质子参与反应的在充放电过程中，电解液pH会发生变化，当电解液pH发生变化时其电极反应环境亦发生变化，甚至在电极表面生成碱式硫酸锌，增加电极反应阻抗，降低电极反应动力学。
[0004]如何解决上述问题，是本领域技术人员需要考虑的。
技术实现思路
[0005]有鉴于此，本专利技术提供一种锌离子电池，包括正极、负极及电解液，所述电解液浸润所述正极及所述负极：
[0006]所述正极包含锰基化合物；
[0007]所述负极包含锌元素；
[0008]所述电解液包含pH缓冲剂，所述pH缓冲剂含有弱酸基团，所述弱酸基团包括磷酸、柠檬酸、碳酸、醋酸、巴比妥酸、三羟甲基氨基甲烷以及邻苯二甲酸中的至少一种。
[0009]在一种可能的实施方式中，所述pH缓冲剂调节所述锌离子电池的电解液pH值范围为0.5至6。
[0010]在一种可能的实施方式中，所述电解液还包括锌的可溶性盐以及锰的可溶性盐。
[0011]在一种可能的实施方式中，所述锌的可溶性盐包括无机可溶性锌盐和有机可溶性锌盐，所述无机可溶性锌盐包括硝酸锌、硫酸锌、溴化锌或氯化锌，所述有机可溶性锌盐包括三氟甲烷磺酸锌，苯酚磺酸锌，葡萄糖酸锌，所述锰的可溶性盐包括无机可溶性锰盐和有机可溶性锰盐，所述无机可溶性锰盐包括硝酸锰、硫酸锰、溴化锰或氯化锰，所述有机可溶性锰盐包括三氟甲烷磺酸锰，苯酚磺酸锰和葡萄糖酸锰。
[0012]在一种可能的实施方式中，所述电解液还包括电解液缓蚀剂，所述电解液缓蚀剂，包括含铅离子盐、含铋离子盐、含镉离子盐、含铟离子盐、十二烷基苯磺酸盐、六次甲基四胺以及烷基磺酸盐中的至少一种。
[0013]在一种可能的实施方式中，所述电解液还包括电解液添加剂，所述电解液添加剂包括硫酸盐、硝酸盐以及氯化盐中的至少一种。
[0014]在一种可能的实施方式中，所述正极包括正极集流体及正极膜，所述正极膜设于所述正极集流体表面，所述正极膜包括锰基氧化物、锰基硫化物、锰基共价有机骨架化合物(COF)或锰基有机金属框架化合物(MOF)中的至少一种。
[0015]在一种可能的实施方式中，所述负极包括负极集流体及负极膜，所述负极膜设于所述负极集流体表面，所述负极膜包括锌粉或锌箔。
[0016]在一种可能的实施方式中，所述负极膜还包括负极缓蚀剂，所述负极缓蚀剂包括含铋、铅、镉、铟元素中的至少一种的合金或氧化物或硫化物，所述负极缓蚀剂的质量占所述负极膜总质量的1％以下。
[0017]在一种可能的实施方式中，所述正极膜或所述负极膜还包括粘结剂，所述粘结剂包括聚四氟乙烯、水溶性橡胶、聚偏四氟乙烯或纤维素。
[0018]在一种可能的实施方式中，所述正极膜或所述负极膜还包括电子导电剂，所述电子导电剂包括石墨、碳黑、乙炔黑、炭纤维或炭纳米管，所述电子导电剂的质量占所述负极膜总质量的50％以下，所述电子导电剂的质量占所述正极膜总质量的50％以下。
[0019]本申请还提供一种用电装置，所述用电装置包括前述的锌离子电池，所述锌离子电池还包括隔离膜，所述隔离膜设置于所述正极及所述负极之间。
[0020]本专利技术的锌离子电池，pH缓冲剂含有有机或无机的弱酸基团，在电解液pH变化时可以通过自身电离H
+
和吸收H
+
，抑制电解液pH变化，通过添加pH缓冲剂可以缓解水系可充锌离子电池电解液在充放电中pH剧烈变化，抑制碱式硫酸锌的生成，降低电极反应阻抗，提高电极反应动力学。
附图说明
[0021]图1为本申请的锌离子电池的结构示意图。
[0022]图2为在电流密度为1A/g下放电到1.0V的添加有pH缓冲剂和未添加pH缓冲剂的正极11的扫描电镜图片。
[0023]图3为第一电池与第二电池的CV曲线对比图。
[0024]图4为第一电池与第二电池在不同电流速率(0.1，0.2，0.5，1，2A/g)下的倍率图。
[0025]图5为在0.5A/g循环寿命测试下添加pH缓冲剂后其循环能力和循环保持率的示意图。
[0026]图6为第一电池与第二电池在电流密度为5A/g时的循环寿命示意图。
[0027]图7为第一电池与第二电池在电流密度为0.5A/g满放状态下的交流阻抗谱示意图。
[0028]图8为本申请的用电装置的结构示意图。
[0029]主要元件符号说明
[0030]锌离子电池
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[0031]正极
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[0032]正极集流体
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[0033]正极膜
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[0034]负极
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[0035]负极集流体
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[0036]负极膜
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[0037]隔离膜
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[0038]电解液
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[0039]用电装置
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[0040]主体
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[0041]如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本申请。
具体实施方式
[0042]下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0043]需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中设置的元件。当一个本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种锌离子电池，包括正极、负极及电解液，所述电解液浸润所述正极及所述负极，其特征在于：所述正极包含锰基化合物；所述负极包含锌元素；所述电解液包含pH缓冲剂，所述pH缓冲剂含有弱酸基团，所述弱酸基团包括磷酸、柠檬酸、碳酸、醋酸、巴比妥酸、三羟甲基氨基甲烷以及邻苯二甲酸中的至少一种。2.如权利要求1所述的锌离子电池，其特征在于，所述pH缓冲剂调节所述锌离子电池的电解液pH值范围为0.5至6。3.如权利要求1所述的锌离子电池，其特征在于，所述电解液还包括锌的可溶性盐以及锰的可溶性盐。4.如权利要求3所述的锌离子电池，其特征在于，所述锌的可溶性盐包括无机可溶性锌盐和有机可溶性锌盐，所述无机可溶性锌盐包括硝酸锌、硫酸锌、溴化锌或氯化锌，所述有机可溶性锌盐包括三氟甲烷磺酸锌，苯酚磺酸锌，葡萄糖酸锌，所述锰的可溶性盐包括无机可溶性锰盐和有机可溶性锰盐，所述无机可溶性锰盐包括硝酸锰、硫酸锰、溴化锰或氯化锰，所述有机可溶性锰盐包括三氟甲烷磺酸锰，苯酚磺酸锰和葡萄糖酸锰。5.如权利要求3所述的锌离子电池，其特征在于，所述电解液还包括电解液缓蚀剂，所述电解液缓蚀剂包括含铅离子盐、含铋离子盐、含镉离子盐、含铟离子盐、十二烷基苯磺酸盐、六次甲基四胺以及烷基磺酸盐中的至少一种。6.如权利要求3所述的锌离子电池，其特征在于，所述电解液还包括电解液添加剂，所述电解...
【专利技术属性】
技术研发人员：康飞宇，刘文宝，徐成俊，李佳，
申请(专利权)人：清华大学深圳国际研究生院，
类型：发明
国别省市：
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