一种锌离子电池及其制备方法技术

一种锌离子电池，包括正极、隔膜、负极和水性电解质，正极包括锌箔和正极活性材料，正极活性材料包括石墨烯层或者PEDOT：PSS/石墨烯层，正极活性材料的厚度为1

【技术实现步骤摘要】
一种锌离子电池及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种锌离子电池，尤其涉及一种无枝晶或者枝晶少的正极的锌离子电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]与目前的商用锂离子电池（LIB）相比，水性锌离子电池（ZIB）对于网格级电池技术更可行。用于ZIB的锌（Zn）金属正极具有相对较高的能量价格比，良好的导电性，合适的氧化还原电势和较高的水相容性。此外，在ZIBs中采用水性电解质而不是使用有机电解质可以显着提高操作安全性并降低生产成本。然而，由于明显的缺点，如枝晶生长，自放电问题和副反应，锌阳极在中性电解质中的实际性能受到严重限制。具体来说，连续的枝晶生长会因刺穿隔板而引起短路，从而导致容量快速衰减。结果，ZIBs的当前寿命远未达到可接受的标准。

技术实现思路

[0003]本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种无枝晶或者枝晶少的正极的锌离子电池及其制备方法。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：一种锌离子电池，包括正极、隔膜、负极和水性电解质，所述正极包括锌箔和正极活性材料，所述正极活性材料包括石墨烯层或者PEDOT：PSS /石墨烯层，正极活性材料的厚度为1
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50μm；所述石墨烯层包括石墨烯和PVDF；所述石墨烯和PVDF的重量比为8:1
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2:1。
[0005]上述的锌离子电池，优选的；所述PEDOT：PSS /石墨烯层包括PEDOT：PSS /石墨烯和PVDF，所述PEDOT：PSS /石墨烯和PVDF的重量比为2:1以上。
[0006]上述的锌离子电池，优选的；所述负极包括集流体和负极活性材料，所述负极活性材料包括二氧化锰和钛酸盐ATiO3按质量比100∶1～10制得的混合物，所述ATiO3中的A为Mg、Ca或Pb。
[0007]上述的锌离子电池，优选的；所述水性电解液是以锌的可溶性盐为溶质、水为溶剂并具有离子导电性的液态或凝胶态材料，pH介于3～7之间。
[0008]一种如上述的锌离子电池的制备方法，包括以下步骤，1）石墨烯片的制备；在两电极系统中，将石墨烯薄片作为工作电极；两电极在电解质中保持1
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2cm；向石墨烯片作为的工作电极上施加10V的直流电压；收集石墨烯薄片上剥落到电解液中的产物，并用去离子水洗涤；用超声振动的形式将步骤得到的石墨烯粉末分散在去离子水中形成悬浮液；离心悬浮液，离心后收集上清液，并在冷冻干燥机中干燥，去除厚的石墨烯片；得到石墨烯片；2）将步骤1得到的石墨烯片和PVDF以重量比为8:1
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2:1在N
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甲基吡咯烷酮（NMP）溶
剂中混合来制备均匀的浆料；3）将步骤2）得到的浆料涂在锌箔上，然后在60℃以下的温度中干燥，步骤2）得到的浆料涂在锌箔上的厚度为1
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50μm；得到正极；4）将步骤3）得到的正极和负极以及电解液一起组装成电池。
[0009]上述的锌离子电池的制备方法，优选的，所述步骤1）的中的电解质为（NH4）2SO4水溶液，浓度为0.01
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0.05g/mL。
[0010]上述的锌离子电池的制备方法，优选的，所述电解质中加入有PEDOT：PSS；PEDOT：PSS的浓度为 0.5
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1g/mL。
[0011]上述的锌离子电池的制备方法，优选的，所述负极包括集流体和负极活性材料，所述负极活性材料包括二氧化锰和钛酸盐ATiO3按质量比100∶1～10制得的混合物，所述ATiO3中的A为Mg、Ca或Pb。
[0012]上述的锌离子电池的制备方法，优选的，所述电解液为电解液是以锌的可溶性盐为溶质、水为溶剂并具有离子导电性的液态或凝胶态材料，pH介于3～7之间；所述锌的可溶性盐为硝酸锌、硫酸锌或氯化锌。
[0013]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：在本专利技术中，通过石墨烯片或者用PEDOT：PSS修饰的石墨烯片组成的纳米流体通道层对锌正极进行有效的界面优化；能够有效的调节了锌离子的分布密度，抑制了枝晶的生长。同时本专利技术中，用PEDOT：PSS修饰的石墨烯片组成的正极活性材料电导率高；并且本专利技术中的锌离子电池的循环性能好。
附图说明
[0014]图1为实施例1、实施例2和对比例1的锌离子电池的循环寿命图。
[0015]图2 为实施例1的正极的SEM图。
[0016]图3为实施例2的正极的SEM图。
[0017]图4为对比例1的正极的SEM图。
[0018]图5为实施例1、实施例2和对比例1在200mA/g的电流密度下300个循环下的比容量测试图。
[0019]图6为实施例1和实施例2在1A/g的电流密度下8000个循环下的比容量测试图。
具体实施方式
[0020]为了便于理解本专利技术，下文将结合较佳的实施例对本专利技术作更全面、细致地描述，但本专利技术的保护范围并不限于以下具体的实施例。
[0021]需要特别说明的是，当某一元件被描述为“固定于、固接于、连接于或连通于”另一元件上时，它可以是直接固定、固接、连接或连通在另一元件上，也可以是通过其他中间连接件间接固定、固接、连接或连通在另一元件上。
[0022]除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本专利技术的保护范围。
[0023]实施例1一种锌离子电池，包括正极、隔膜、负极和水性电解质，正极包括锌箔和正极活性
材料，正极活性材料为PEDOT：PSS /石墨烯层，正极活性材料的厚度为10μm；PEDOT：PSS /石墨烯层包括PEDOT：PSS /石墨烯和PVDF，PEDOT：PSS /石墨烯和PVDF的重量比为8:1以上。在本实施例中，由于PEDOT：PSS本身会有一定的粘度，所以PVDF的含量可以进一步的降低，甚至不需要使用，只要PEDOT：PSS /石墨烯能够稳固的粘在锌箔上即可。
[0024]在本实施例中，负极包括集流体和负极活性材料，所述负极活性材料包括二氧化锰和钛酸盐ATiO3按质量比100∶1～10制得的混合物，所述ATiO3中的A为Mg、Ca或Pb。电解液为水性电解液，是以锌的可溶性盐为溶质、水为溶剂并具有离子导电性的液态或凝胶态材料，pH介于3～7之间。锌的可溶性盐为硝酸锌、硫酸锌或氯化锌。
[0025]本实施例还提供了一种锌离子电池的制备方法，包括以下步骤，1）石墨烯片的制备；在两电极系统中，将石墨烯薄片作为工作电极；两电极在电解质中保持1
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2cm；向石墨烯片作为的工作电极上施加10V的直流电压；电解质为（NH4）2SO4水溶液，浓度为0.01
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0.05g/mL。在电解质中还加入有PEDOT：PSS；PEDOT：PSS的浓度为 0.5
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1g/mL。作为工作电极的石墨烯薄片的尺寸为80
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锌离子电池，其特征在于：包括正极、隔膜、负极和水性电解质，所述正极包括锌箔和正极活性材料，所述正极活性材料包括石墨烯层或者PEDOT：PSS /石墨烯层，正极活性材料的厚度为1
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50μm；所述石墨烯层包括石墨烯和PVDF；所述石墨烯和PVDF的重量比为8:1
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2:1。2.根据权利要求1的锌离子电池，其特征在于：所述PEDOT：PSS /石墨烯层包括PEDOT：PSS /石墨烯和PVDF，所述PEDOT：PSS /石墨烯和PVDF的重量比为2:1以上。3.根据权利要求1或2所述的锌离子电池，其特征在于：所述负极包括集流体和负极活性材料，所述负极活性材料包括二氧化锰和钛酸盐ATiO3按质量比100∶1～10制得的混合物，所述ATiO3中的A为Mg、Ca或Pb。4.根据权利要求1或2所述的锌离子电池，其特征在于：所述水性电解液是以锌的可溶性盐为溶质、水为溶剂并具有离子导电性的液态或凝胶态材料，pH介于3～7之间。5.一种如权利要求1
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4任一项所述的锌离子电池的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，1）石墨烯片的制备；在两电极系统中，将石墨烯薄片作为工作电极；两电极在电解质中保持1
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2cm；向石墨烯片作为的工作电极上施加10V的直流电压；收集石墨烯薄片上剥落到电解液中的产物，并用去离子水洗涤；用超声振动的形式将步骤得到的石墨烯粉末分散在去...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘桂香，周本胡，唐鸽，白文超，
申请(专利权)人：邵阳学院，
类型：发明
国别省市：