【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于新型电池储能领域，尤其是涉及一种基于无机氧化物的疏水性锌离子电池隔膜及其在锌电池中的应用。
技术介绍
1、锂电池自身安全性问题在电化学储能电站中已发生多起储能电站火灾或者爆炸事故，严重阻碍了行业发展。水系锌离子电池被认为是下一代低成本储能设备的最强竞争者之一。由于其高安全性、快速充放电能力和高能量密度，发展迅速。然而，锌离子电池的实际应用受到以下问题的限制，即疯狂的枝晶生长穿透隔膜引起的短路，严重的析氢和腐蚀副反应缩短了电池的循环寿命，以及阴极溶解引起的容量下降。这些问题主要由电极/电解质和电解质/隔膜界面所决定。
2、目前，为了提高电极/电解质界面的稳定性，研究人员尝试了许多策略或方法来提高锌电池的寿命，但是却忽略了电解质与隔膜的界面作用。传统隔膜例如玻璃纤维、滤纸等亲水性隔膜无法避免电解质与电极的直接接触，导致锌负极表面腐蚀严重且发生析氢副反应，同时也会导致正极溶解，造成电池寿命迅速下降；而疏水性隔膜又无法通过水来传输电解质，造成电池因电解质不足导致循环性能差。因此，要彻底解决电池电极和隔膜的界面问题，必须研究亲水和疏水隔膜的结合，以有效避免与大量自由水的接触同时通过结合水传输电解质。
技术实现思路
1、为克服现有技术中的不足之处，本专利技术的目的在于提供一种基于无机氧化物的疏水性锌离子电池隔膜及“其在锌电池中的应用，本申请的疏水性隔膜用于锌电池组装“疏水-亲水-疏水”隔膜时，可隔绝大量自由水，少量结合水传输电解质，提供更多锌离子传输通道，提高了锌电池
2、为解决本专利技术的技术问题，所采用的技术方案为：
3、一种基于无机氧化物的疏水性锌离子电池隔膜，通过下述过程获得：
4、1）无机氧化物和粘结剂按质量比为（8~10）：1溶于适量nmp中搅拌5~15小时使其混合均匀；所述无机氧化物为ta2o5、al2o3和la2o3中的至少一种或两种以上任意比例的混合物，所述粘结剂为pvdf；
5、2）将浆料置于玻璃板上，用刮涂器使其涂覆均匀并干燥；
6、3）使用去离子水使隔膜与玻璃板分离，制得疏水性锌离子电池隔膜。
7、进一步地，所述干燥是将所述涂覆浆料后的玻璃板置于干燥箱或真空烘箱中干燥，干燥温度为30~50℃，所述“疏水-亲水-疏水”隔膜是组装电池过程中利用疏水隔膜和亲水隔膜自组装形成“疏水-亲水-疏水”结构用于锌电池。
8、进一步地，所述隔膜疏水性是相对于亲水玻璃纤维隔膜具有疏水性，可以隔绝大量自由水；所述疏水性锌离子电池隔膜的厚度为10~20微米，表面具有纳米级多孔结构。
9、所述多孔结构为纳米级多孔遍布在隔膜表面，所述隔膜多孔结构通过少量结合水传输电解质，大量自由水无法通过。
10、进一步地，所述的疏水性锌离子电池隔膜在锌电池中的应用。
11、进一步地，锌片作为负极，二氧化钒或锌片作为正极，疏水性锌离子电池隔膜、玻璃纤维和疏水性锌离子电池隔膜组装成疏水-亲水-疏水隔膜结构作为电池隔膜，0.5~2mol/l硫酸锌溶液作为电解液，组装成锌电池。
12、进一步地，锌电池为锌二氧化钒全电池、锌锌对称电池或锌二氧化钒软包全电池。
13、进一步地，锌锌对称电池的结构为：正极壳、锌片、疏水隔膜、亲水隔膜、疏水隔膜、锌片、垫片、负极壳；锌二氧化钒全电池的结构为：正极壳、不锈钢网、二氧化钒正极、疏水隔膜、亲水隔膜、疏水隔膜、锌片、垫片、负极壳；锌二氧化钒软包全电池的结构为：锌片、疏水隔膜、亲水隔膜、疏水隔膜、二氧化钒正极。
14、上述锌电池中，不锈钢网为400目不锈钢网，垫片厚度为500μm。
15、二氧化钒正极的制备过程为：将vo2粉末和碳黑粉末干磨5~15分钟，然后加入适量异丙醇和55~65wt% ptfe水溶液，继续湿磨直至形成膏状；使用辊压机将混合物卷成薄片，滚动时，不断加入异丙醇以保持ptfe粘性，使用切片机对长片进行切片，烘干，即得，正极片中vo2的负载量为5.4~6.2mg cm-2，vo2粉末、碳黑和ptfe的质量比为6:2:2。
16、相对于现有技术的有益效果是：
17、其一，改善电极和隔膜界面作用，大幅提高电池寿命。利用无机氧化物制备的疏水性隔膜组装“疏水-亲水-疏水”隔膜用于锌离子电池，在大电流密度为5ma cm-2、10ma cm-2测试条件下，相比于未处理的锌负极，电池循环寿命远超仅使用亲水性玻璃纤维隔膜的电池，平均提升15倍以上。组装的全电池显示出高比容量和优异的循环性能，在2c下1000次循环后容量保持率为60.4%。组装成软包电池在0.5c下循环40次，循环时间超过240小时，显示出172.5mah g-1的高比容量。与其他专利相比，本技术所使用的电流密度较大，寿命远超其他专利方法。
18、其二，“疏水-亲水-疏水”结构隔膜具有功能化。利用无机氧化物（ta2o5、al2o3或la2o3等）和粘结剂（pvdf）的混合制备疏水性隔膜，可形成表面纳米多孔结构。该隔膜与亲水性玻璃纤维隔膜自组装“疏水-亲水-疏水”隔膜用于锌电池。疏水层隔膜其厚度只有10微米，比厚玻璃纤维薄得多；具有输送电解质、阻挡大量游离水和调节zn2+均匀沉积的能力。中间的亲水性玻璃纤维隔膜具有储存电解质和确保电解质来回自由运输的功能。
19、其三，制备方法简单有效，规模化应用广泛。首先无机氧化物（ta2o5、al2o3或la2o3等）和粘结剂（pvdf）质量比为9：1搅拌使其混合均匀；然后将浆料置于玻璃板上，用120微米刮涂器使其涂覆均匀并干燥；最后使用去离子水使隔膜与玻璃板分离并干燥，制得疏水性隔膜。该制备方法工艺简单，疏水隔膜可大量制备，同时组成“疏水-亲水-疏水”结构用于锌离子电池，这为水系电池隔膜工程化应用提供了新的思路。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种基于无机氧化物的疏水性锌离子电池隔膜，其特征在于，通过下述过程获得：
2.根据权利要求1所述的基于无机氧化物的疏水性锌离子电池隔膜，其特征在于，所述干燥是将所述玻璃板置于干燥箱或真空烘箱中干燥，干燥温度为30~50℃。
3.权利要求1所述的基于无机氧化物的疏水性锌离子电池隔膜，其特征在于，所述疏水性锌离子电池隔膜的厚度为10~20微米，表面具有纳米级多孔结构。
4.根据权利要求1至3所述的疏水性锌离子电池隔膜在锌电池中的应用。
5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，锌片作为负极，二氧化钒或锌片作为正极，疏水性锌离子电池隔膜、玻璃纤维和疏水性锌离子电池隔膜组装成疏水-亲水-疏水隔膜结构作为电池隔膜，0.5~2mol/L硫酸锌溶液作为电解液，组装成锌电池。
6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，锌电池为锌二氧化钒全电池、锌锌对称电池或锌二氧化钒软包全电池。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，锌锌对称电池的结构为：正极壳、锌片、疏水性锌离子电池隔膜、玻璃纤维、疏水性锌离子电池隔膜、锌片、垫片
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，二氧化钒正极的制备过程为：将VO2 粉末和碳黑粉末干磨5~15分钟，然后加入适量异丙醇和55~65wt% PTFE水溶液，继续湿磨直至形成膏状；使用辊压机将混合物卷成薄片，滚动时，不断加入异丙醇以保持PTFE粘性，使用切片机对长片进行切片，烘干，即得，正极片中VO2的负载量为5.4~6.2mg cm-2，VO2粉末、碳黑和PTFE的质量比为6:2:2。
9.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，不锈钢网为400目不锈钢网，垫片厚度为500μm。
...【技术特征摘要】
1.一种基于无机氧化物的疏水性锌离子电池隔膜，其特征在于，通过下述过程获得：
2.根据权利要求1所述的基于无机氧化物的疏水性锌离子电池隔膜，其特征在于，所述干燥是将所述玻璃板置于干燥箱或真空烘箱中干燥，干燥温度为30~50℃。
3.权利要求1所述的基于无机氧化物的疏水性锌离子电池隔膜，其特征在于，所述疏水性锌离子电池隔膜的厚度为10~20微米，表面具有纳米级多孔结构。
4.根据权利要求1至3所述的疏水性锌离子电池隔膜在锌电池中的应用。
5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，锌片作为负极，二氧化钒或锌片作为正极，疏水性锌离子电池隔膜、玻璃纤维和疏水性锌离子电池隔膜组装成疏水-亲水-疏水隔膜结构作为电池隔膜，0.5~2mol/l硫酸锌溶液作为电解液，组装成锌电池。
6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，锌电池为锌二氧化钒全电池、锌锌对称电池或锌二氧化钒软包全电池。
7.根据权利要求6所述的应...
【专利技术属性】
技术研发人员：金阳，张迪，鲁红飞，段晨旭，姜欣，吕娜伟，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。