一种全凝胶锌-空气扣式电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种全凝胶扣式锌

【技术实现步骤摘要】
一种全凝胶锌
‑
空气扣式电池及其制备方法


[0001]本专利技术属于锌
‑
空气电池
，具体涉及一种全凝胶扣式锌
‑
空气电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]锌
‑
空气电池具有比容量大、比能量高、放电性能稳定、原材料便宜易得、生产和使用过程均无环境污染等优点，对小型或微型电器来说，扣式锌空气电池很有发展前途，因其只需以空气中氧气为正极材料来源无限，且锌空气扣式电池的容量比其它电池高3
‑
5倍，这种电池还具有工作电压平稳，杂音小等优点，所以其具有很大的发展前景。但是，目前还存在放电电流密度小、漏液爬碱、电解液碳酸化等问题。

技术实现思路

[0003]为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种全凝胶扣式锌
‑
空气电池及其制备方法，用以解决现今放电电流密度小、漏液爬碱、电解液碳酸化的技术问题，所述制备方法的操作简单且快捷，能够提高电池组装效率，还使得电池使用的电解液较少，更安全不易漏液。
[0004]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0005]本专利技术提供了一种全凝胶锌
‑
空气扣式电池的制备方法，包括以下步骤：
[0006]S1：向丙烯酰胺基体中加水搅拌，后加入导电活性物质或导电聚合物，制孔剂、粘结剂并搅拌均匀，后加入交联剂、引发剂和催化剂得到混合溶液I，将混合溶液I注入模具I中后烘干，得到脱水的正极凝胶片4；<br/>[0007]S2：向丙烯酰胺基体中加水搅拌后，后加入交联剂、引发剂和催化剂得到混合溶液Ⅱ，将混合溶液Ⅱ注入模具Ⅱ中后烘干，得到凝胶薄片，后将凝胶薄片浸泡于碱性锌盐电解液中，得到凝胶电解质薄片3；
[0008]S3：向脱水的正极凝胶片4的上表面滴加铂碳催化剂后与凝胶电解质薄片3进行界面干交联，获得全凝胶扣式一体化薄片；
[0009]S4：将负极壳1、锌负极片2、全凝胶扣式一体化薄片和空气正极壳5从下至上依次叠装后封装，得到全凝胶锌
‑
空气扣式电池。
[0010]本专利技术进一步，所述交联剂为N,N'
‑
亚甲基双丙烯酰胺；所述催化剂为四甲基乙二胺；所述引发剂为过硫酸铵或过硫酸钾中的一种。
[0011]本专利技术进一步，所述S1中，所述导电活性物质为碳纳米管、导电碳、石墨烯中的一种；所述导电聚合物为聚苯胺，聚吡咯，聚(3,4
‑
乙基二氧噻吩)中的一种。
[0012]本专利技术进一步，所述S1中，所述制孔剂为聚乙二醇
‑
600或聚乙二醇
‑
1000中的一种；所述粘结剂为羧甲基纤维素或羧甲基纤维素纳中的一种。
[0013]本专利技术进一步，所述S1中，所述脱水的正极凝胶片4中的丙烯酰胺与导电活性物质或导电聚合物、水、制孔剂、粘结剂、交联剂、催化剂及引发剂的质量比为1：(0.02～0.03)：
(2.5
‑
3)：(0.12
‑
0.15)：(0.025
‑
0.03)：(0.00025
‑
0.0003)：(0.001
‑
0.0015)：(0.007
‑
0.0073)。
[0014]本专利技术进一步，所述S2中，所述凝胶电解质薄片(3)中的丙烯酰胺与水、交联剂、催化剂及引发剂的质量比为1：(2.5
‑
3)：(0.00025
‑
0.0003)：(0.001
‑
0.0015)：(0.007
‑
0.0073)。
[0015]本专利技术进一步，所述S2中，所述碱性锌盐电解液为氢氧化钾和乙酸锌的复配溶液；所述氢氧化钾和乙酸锌的质量比为(7
‑
8：1)；所述浸泡的时间为72h
‑
96h。
[0016]本专利技术进一步，所述S1中，所述模具I为直径为10～12mm的圆形薄片模具；所述S2中，所述模具Ⅱ为直径为12～14mm的圆形薄片模具；所述模具Ⅱ的直径大于模具I的直径。
[0017]本专利技术进一步，所述S3中，所述铂碳催化剂为铂碳、异丙醇和Nafion溶液组成的复配溶液；所述铂碳的配置用量为1
‑
1.5mg/cm2，所述异丙醇与Nafion溶液的质量比为(20
‑
24)：1。
[0018]本专利技术公开了一种采用任意一项所述的制备方法制得的全凝胶锌
‑
空气扣式电池。
[0019]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0020]本专利技术提供了一种全凝胶锌
‑
空气扣式电池的制备方法，正极凝胶片和碱性凝胶电解质通过界面干交联的形式粘结，脱水的正极凝胶片会自发的向碱性凝胶电解质中吸取水分，从而自发的产生氢键联结正极凝胶片以及凝胶电解质。而自发的氢键联结原理能够大大提高生产商的制造效率。所述制备方法操作简单，快捷，能够提高电池组装效率，且不使用复杂的物理化学技术制备，
[0021]采用本专利技术的全凝胶锌
‑
空气扣式电池的制备方法获得的电池，首先，将正极凝胶片和碱性凝胶电解质一体化，不需要传统扣式电池制备所需的隔膜，避免了电极与隔膜之间的界面，减少了界面之间的接触阻抗，提高了电池的电化学性能，而且电解质凝胶能够的网络结构使其不易漏液，解决了现今传统扣式电池漏液爬碱、电解液碳酸化等问题，使电池更为牢固、可靠、安全。其次，由于正极凝胶片与凝胶电解质薄片皆具有网状结构，增加了正极材料负载面积以及加快了电荷的转移速率，从而提高了电池的面积比能量和体积比能量。
[0022]进一步，传统的扣式电池使用滴加电解液的方式，而本专利技术所述的全凝胶的锌
‑
空气扣式电池，因其使用了凝胶电解质，其具有的网络状结构牢牢地将电解液锁进凝胶中，从而不存在漏液爬碱、电解液碳酸化等问题，而正极凝胶片中的活性物质使用具有优异的导电导热性能的碳纳米管，石墨烯，导电聚合物等材料。由具有优异导电性能的活性物质以及具有网状结构的水凝胶为通路的结合，极大的提高了正极的负载面积且加快了电荷的转移速率，从而解决放电电流密度小的问题，获得高面积比能量和高体积比能量的电池，使用干交联的形式将电解质凝胶与正极凝胶片粘结形成全凝胶扣式锌
‑
空气电池，不仅使得电池具有优异的电化学性能，而且电池将会更牢固，更安全。
附图说明
[0023]图1为本专利技术的锌
‑
空气扣式电池的组装示意图；
[0024]图2为本专利技术的实施例1组装得到的锌
‑
空气全凝胶扣式电池在2mA cm
‑2电流下的
放电曲线图；
[0025]图3为本专利技术的实施例2组装得到的锌
‑
空气全凝胶扣式电池在2mA cm
‑2电流下的放电曲线图。
[0026]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种全凝胶锌
‑
空气扣式电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：向丙烯酰胺基体中加水搅拌，后加入导电活性物质或导电聚合物，制孔剂、粘结剂并搅拌均匀，后加入交联剂、引发剂和催化剂得到混合溶液I，将混合溶液I注入模具I中后烘干，得到脱水的正极凝胶片(4)；S2：向丙烯酰胺基体中加水搅拌后，后加入交联剂、引发剂和催化剂得到混合溶液Ⅱ，将混合溶液Ⅱ注入模具Ⅱ中后烘干，得到凝胶薄片，后将凝胶薄片浸泡于碱性锌盐电解液中，得到凝胶电解质薄片(3)；S3：向脱水的正极凝胶片(4)的上表面滴加铂碳催化剂后与凝胶电解质薄片(3)进行界面干交联，获得全凝胶扣式一体化薄片；S4：将负极壳(1)、锌负极片(2)、全凝胶扣式一体化薄片和空气正极壳(5)从下至上依次叠装后封装，得到全凝胶锌
‑
空气扣式电池。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述交联剂为N,N'
‑
亚甲基双丙烯酰胺；所述催化剂为四甲基乙二胺；所述引发剂为过硫酸铵或过硫酸钾中的一种。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述S1中，所述导电活性物质为碳纳米管、导电碳、石墨烯中的一种；所述导电聚合物为聚苯胺，聚吡咯，聚(3,4
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乙基二氧噻吩)中的一种。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述S1中，所述制孔剂为聚乙二醇
‑
600或聚乙二醇
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1000中的一种；所述粘结剂为羧甲基纤维素或羧甲基纤维素纳中的一种。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述S1中，所述脱水的正极凝胶片(4)中的丙烯酰胺与导电活性物质或导电聚合物、水、制孔剂、粘结剂、交联剂、催化剂及引发剂的质量比为1：(0....

【专利技术属性】
技术研发人员：王晨，杨海潮，杨晓武，李培枝，张康，代方方，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：