[發明專利]超長循環壽命柔性雜化鋅電池及其制備方法

在審

• 申請號: 202010143915.3
• 申請日: 2020-03-04
• 公開（公告）號: CN113363429A
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發明（設計）人: 李洪飛;支春義;崔芒偉;唐子杰;呂雙坤
• 申請（專利權）人: 松山湖材料實驗室
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M4/88;H01M4/90;H01M10/36;H01M12/06
• 代理公司: 深圳市千納專利代理有限公司 44218
• 代理人: 劉曉敏

本發明公開了一種超長循環壽命柔性雜化鋅電池及其制備方法，其包括正極、負極以及介于兩者之間的含有陰陽離子并具有離子導電性的水凝膠電解質組成。本發明配方設計合理，以碳負載鎳鈷硒化物材料為正極，匹配鋅箔為負極和耐堿的聚丙烯酸鈉作為水凝膠電解質，利用OH^?可逆嵌入和脫出，在正極材料表面實現Co(II)/Co(III)/Co(IV)和Ni(II)/Ni(III)的贗電容反應，當電池正極材料與空氣接觸時，碳負載鎳鈷硒化物作為鋅空電池的催化劑，利用OER/ORR反應實現電荷存儲和釋放，兩步反應平臺以及兩種反應機理使得本發明電池具有容量高，電壓高、循環壽命長、應用場景廣泛等特點，綜合性能好，利于廣泛推廣應用。

技術領域

本發明屬于鋅電池技術領域，具體涉及一種超長循環壽命柔性雜化鋅電池及其制備方法。

背景技術

近年來，盡管鋰離子電池占據著儲能裝置的半壁江山，但其有限的鋰資源，高昂的制造成本，且爆炸與燃燒等安全隱患限制了其進一步應用。因此，開發出低成本和高安全性二次電池體系至關重要。

經研究，水系二次鋅電池具有成本低廉、安全無毒且環保的優勢，被認為是鋰離子電池的理想替代者。另一方面，兼具高能量密度和功率密度的能量存儲裝置可以同時滿足電子產品長時間和大功率輸出的要求。具有高能量密度的鋅空電池可以滿足能量密度方面的需求，但功率密度方面的存在著不足，而堿性鋅基電池可以彌補其功率密度方面的不足。而且，鋅空電池和堿性鋅基電池可以在相同的電解液中工作，具有兼容的優勢，因此可以構建雜化的鋅電池體系。此外，隨著柔性可穿戴電子裝置的發展，柔性可充電電池制備顯得尤為重要。水凝膠電解質可以解決柔性電池對柔軟度和持久性方面的要求。綜上所述，柔性雜化鋅電池的研究和開發意義重大。

例如，新加坡南洋理工大學張華教授報道了雜化的NiCo₂O₄//Zn電池體系(NanoLett.,2017,17,156-163)，同時實現Co/Ni過渡金屬的法拉第贗電容反應和可逆的ORR/OER性能，這種柔性雜化鋅電池展示了兩步的充放電平臺和優越的循環穩定性(電流密度5mA/cm²循環5000次)。

最近報道，柔性雜化Co₃O_4-x//Zn電池體系實現了1.9V的輸出電壓和1500次循環,同時，電池在水中浸泡20h，容量保持率高達99.2％(ACSNano,2018,12,8597-8605)。盡管已經取得了相當大的研究進展，但是，柔性雜化鋅基電池的容量和循環穩定性方面仍然受到過渡金屬氧化物本征電導率差和不穩定結構的制約。

與過渡金屬氧化物相比，過渡金屬硒化物具有更好的電子導電性、更多的催化活性以及更加穩定的結構，因此在構建柔性雜化鋅電池方面具有更大的發展潛力。

發明內容

針對上述的不足，本發明目的在于，提供一種超長循環壽命柔性雜化鋅電池。

本發明目的之二在于，提供一種超長循環壽命柔性雜化鋅電池制備方法。

為實現上述目的，本發明所提供的技術方案是：

一種超長循環壽命柔性雜化鋅電池，其包括正極、負極以及介于兩者之間的含有陰陽離子并具有離子導電性的水凝膠電解質組成，所述負極采用鋅箔或者以鋅元素為主的活性材料制成，所述正極為能與氫氧根離子發生氧化還原反應以及具有催化活性的硒化物材料制成，所述水凝膠電解質為耐堿的聚丙烯酸鈉水凝膠電解質。