[發明專利]一種高倍率、低自放電的鋅-有機電池及其應用

有效

• 申請號: 202010619628.5
• 申請日: 2020-07-01
• 公開（公告）號: CN111934029B
• 公開（公告）日: 2022-02-08
• 發明（設計）人: 盧錫洪;張昊喆;房遠斌
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: H01M10/36
• 分類號: H01M10/36;H01M4/60
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 蘇晶晶

本發明公開了一種高倍率、低自放電的鋅?有機電池及其應用。本發明的鋅?有機電池Zn//r?PTCDA正極材料為r?PTCDA材料，負極材料為鋅，電解液為無機鋅離子水溶液，具有126.4mA h/g的高比容量，在電流密度增加160倍，達到32A/g的條件下還具有62.6％的容量保持率，具有優異的倍率性能，在循環1000次后還保持70％的容量，具有良好的循環穩定性能，電池在24小時靜置后基本無容量損失，容量保持率99.9％，電池的自放電較低，具有高倍率，長壽命，可重復充放電并且自放電較低，在能源儲存方面具有很大的應用前景。

技術領域

本發明涉及電化學儲能電池技術領域，更具體地，涉及一種高倍率、低自放電的鋅-有機電池及其應用。

背景技術

隨著世界人口的急劇增長和人類社會的不斷發展，人們對能源的各種需求日益增長。伴隨著化石能源的枯竭，環境污染日益加重，近年來發展出了許多綠色環保的可再生能源和清潔能源，如風能、太陽能、潮汐能和地熱能等。然而，由于可再生能源都具有間歇性和地域分散性的缺點，不能提供大范圍、持續、穩定的電能，這時就需要發展安全可靠的新型電能儲存器件來實現能量的儲存和運輸。比容量大、循環穩定性好、功率密度和能量密度高的新型儲能裝置既可以提高可再生能源的利用率和應用范圍滿足日常生活，又可以促進高新技術的發展。

鋅-有機電池是一種低成本、高效、實用的新型能量存儲裝置，具有成本低，循環穩定性好等優點。它采用金屬鋅作為負極，有機化合物作為正極，含鋅離子的水溶液作為電解液，安全無毒并且環境友好。鋅電極不同于非常活潑的鋰、鈉金屬電極，它在空氣和水中都是穩定的，因此非常適合做水系儲能器件。而有機化合物正極比起傳統的過渡金屬化合物，其成本和回收難度都要低很多，且容量和循環穩定性甚至優于金屬基正極，具有很大的發展前景。目前對于鋅-有機電池的開發還處于起步階段，很多方面還不成熟，例如受制于高載量下急劇增加的離子/電子擴散阻力，鋅-有機電池在高電流密度下的倍率性能還不夠好，在快速放電的情況下不能儲存足夠的電能。同時，由于很多有機材料充放電過程中在表面吸脫附陽離子的機理，導致其組成的鋅-有機電池的自放電很嚴重。因此，通過結構優化，開發一種具有高倍率性能和低自放電的鋅-有機電池仍然是目前的一大挑戰。

CN107069089A公開了一種電解液及鋰離子電池，所述電解液包括鋰鹽、添加劑、有機溶劑及金屬鹽，所述金屬鹽為鈉鹽、鉀鹽、鈣鹽、銅鹽、鋅鹽和鎳鹽中的至少一種。其主要是在電解液通過加入金屬鹽，提高電解液的導電率，降低電池內阻，提高電池倍率性能。鈉鹽中的鈉離子、鉀鹽中的鉀離子、鈣鹽中的鈣離子、銅鹽中的銅離子、鋅鹽中的鋅離子或鎳鹽中的鎳離子的半徑比鋰鹽中的鋰離子的半徑大，能夠使得SEI膜的孔徑適度增大，這樣生成的SEI膜，有利于鋰離子的進出，降低了電池的內阻，提高了電池的倍率性能及循環性能。但其并未針對高電流密度下鋅-有機電池的倍率性能和自放電性能的改善，且倍率性能改善效果有限，并不能解決現有鋅-有機電池的倍率性能和自放電性能的改善問題。

發明內容

本發明要解決的技術問題是克服現有鋅-有機電池的倍率性能和自放電性能缺陷和不足，提供一種高倍率、低自放電的鋅-有機電池。

本發明的目的是提供一種高倍率、低自放電的鋅-有機電池在電化學儲能領域中的應用。

本發明上述目的通過以下技術方案實現：

一種高倍率、低自放電的鋅-有機電池，所述鋅-有機電池的正極材料為r-PTCDA材料，負極材料為鋅，電解液為無機鋅離子水溶液。

其中r-PTCDA材料為3,4,9,10-苝四甲酸二酐有機分子晶體(PTCDA)經過升華-凝華重結晶法所制得的r-PTCDA有機分子晶體。

鋅負極材料可以為納米材料或商業鋅片、鋅箔、鋅線等商業鋅材料，其中納米鋅材料通過恒電流電沉積方法制備得到，具體如下：