[發明專利]聚合物可充電鋅離子電池

有效

• 申請號: 201110061990.6
• 申請日: 2011-03-15
• 公開（公告）號: CN102683756A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 康飛宇;徐成俊;李寶華;杜鴻達
• 申請（專利權）人: 清華大學深圳研究生院
• 主分類號: H01M10/24
• 分類號: H01M10/24;H01M10/26;H01M4/38;H01M4/62
• 代理公司: 深圳市匯力通專利商標代理有限公司 44257
• 代理人: 茅秀彬;李保明

技術領域

本發明屬電池技術領域，具體涉及一種聚合物可充電鋅離子電池。

背景技術

相比較一次電池，二次電池能重復多次進行充放電循環，能充分利用原材料，故其更經濟實用，同時二次電池還可極大緩解由廢棄一次電池帶來的污染。

現有可充電鋅離子電池是用鋅可溶性鹽的水溶液為電解液，然而使用水溶液做電解液對電池的密封性要求較高，如果電池密封性較差時會發生出水漏液和氧化結晶，造成電池性能下降。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是現有可充電鋅離子電池對密封性要求較高，容易發生漏液和氧化結晶而導致電池性能下降。

為此，本發明提出了一種聚合物可充電鋅離子電池，它由正極、負極、介于兩者之間的隔離膜以及含有陰陽離子并具有離子導電性的電解質組成，其中，所述負極采用以鋅元素為主的活性材料，正極活性材料為二氧化錳，所述電解質是以鋅的可溶性鹽直接溶解、懸浮在膠凍狀的高分子聚合物中的凝膠態材料。

所述高分子聚合物優選采用纖維素類物、聚丙烯酰胺類物和聚乙烯醇高分子材料。其中，纖維素類物優選甲基纖維素、乙基纖維素、羧甲基纖維素等，聚丙烯酰胺類物可選擇一種或以上的非離子、陰離子、陽離子或兩性聚丙烯酰胺。

所述電解質優選如下電解質：以質量計，電解質由0.2%～5%??纖維素類物?、?0.01%～0.05%??聚乙烯醇?、0.1%～0.3%??聚丙烯酰胺類物、25%～40%?鋅的可溶性鹽、以及余量的水組成。

所述鋅的可溶性鹽可以采用硝酸鋅、硫酸鋅或氯化鋅等鋅的無機鹽。

所述負極可以是純金屬鋅或鋅的合金。

所述負極還可以采用如下結構：負極包括集流體和集流體上的以鋅粉末為主的活性材料，該活性材料是用鋅粉和粘結劑制成的膜狀材料。進一步，還可在負極活性材料中添加電子導電劑，電子導電劑可以采用石墨、碳黑、乙炔黑、炭纖維或炭納米管，添加量為負極膜質量的50%以下。負極活性材料中的粘結劑可以采用聚四氟乙烯、水溶性橡膠、聚偏四氟乙烯或纖維素，添加量最好為負極膜質量的50%以下。

正極除了所述正極活性材料外，還包括電子導電劑和粘結劑，其中，電子導電劑可以為石墨、碳黑、乙炔黑、炭纖維或炭納米管，添加量為正極膜質量的50%以下；粘結劑可以為聚四氟乙烯、水溶性橡膠、聚偏四氟乙烯或纖維素，添加量為正極膜質量的20%以下。

本發明可充電鋅離子電池由于采用高粘度凝膠態電解質，流動性較小，故不會出水漏液，同時，凝膠態物質密度較大，密閉作用強，不易失水，不易發生大面積氧化結晶，因此本發明可充電鋅離子電池具有不易漏液、儲存時間長的特點。另一方面，由于電解質采用凝膠態材料，可降低電池的密閉要求，從而能簡化電池的生產工藝。

附圖說明

圖1為實施例1制得的電池Cell?1在100?mA?g^-1恒電流下的充放電曲線。

圖2為實施例2制得的電池Cell?2在100?mA?g^-1恒電流下的充放電曲線。

圖3為實施例3制得的電池Cell?3在100?mA?g^-1恒電流下的充放電曲線。

具體實施方式

下面結合實施例和附圖對本發明做進一步說明。

實施例1：

將二氧化錳、導電劑乙炔黑和粘結劑PVDF（聚偏四氟乙烯）按質量比7：2：1攪拌混合后涂覆于不銹鋼箔上，剪裁成一定大小，于真空中烘干制得電極片1。以電極片1為正極，以0.1mm厚的鋅箔為負極，電解質具體質量配比為：甲基纖維素0.2%、聚乙烯醇0.01%、分子量為1萬的陰離子聚丙烯酰胺0.1%、硫酸鋅25%、余量為水，組裝成可充電鋅離子電池，記為Cell?1。經測試，Cell?1在100?mA?g^-1恒電流下的充放電曲線見圖1。

實施例2：

以實施例1制得的電極片1為正極，以0.1mm厚鋅箔為負極，電解質具體質量配比為：乙基纖維素5%、聚乙烯醇0.05%、分子量為5千的陽離子聚丙烯酰胺0.3%、硝酸鋅40%、余量為水，組裝成可充電鋅離子電池，記為Cell?2。經測試，Cell?2在100?mA?g^-1恒電流下的充放電曲線見圖2。

實施例3：

將鋅粉、導電劑乙炔黑和粘結劑PVDF按質量比8：1：1攪拌混合后涂覆于不銹鋼箔上，剪裁成一定大小，于真空中烘干制得電極片2。以實施例1制得的電極片1為正極，以電極片2為負極，電解質具體重量配比為：甲基纖維素3%、聚乙烯醇0.03%、分子量為3萬的非離子聚丙烯酰胺0.2%、硫酸鋅30%、余量為水，組裝成可充電鋅離子電池，記為Cell?3。經測試，Cell?3在100?mA?g^-1恒電流下的充放電曲線見圖3。