[發明專利]一種鋅銀二次電池隔膜及其制備方法和鋅銀二次電池

有效

• 申請號: 202011562723.2
• 申請日: 2020-12-25
• 公開（公告）號: CN112531287B
• 公開（公告）日: 2021-08-17
• 發明（設計）人: 崔彥輝;王文偉
• 申請（專利權）人: 北京理工大學深圳汽車研究院（電動車輛國家工程實驗室深圳研究院）
• 主分類號: H01M50/414
• 分類號: H01M50/414;H01M50/446;H01M50/403;H01M10/36
• 代理公司: 深圳鼎合誠知識產權代理有限公司 44281
• 代理人: 彭家恩;彭愿潔

本申請公開了一種鋅銀二次電池隔膜及其制備方法和鋅銀二次電池，所述鋅銀二次電池隔膜由多孔填料嵌入季銨化聚合物陰離子交換膜而成，所述多孔填料包括無機氧化物和金屬?有機框架中的至少一種；所述多孔填料的用量為所述季銨化聚合物陰離子交換膜重量的0.5%?20%，且所述多孔填料孔徑小于2nm。本申請的鋅銀二次電池隔膜，不僅能抑制正極活性物質的流失，同時也避免銀離子穿過隔膜在負極還原形成枝晶而發生短路，從而可以提高電池循環穩定性，延長電池的使用壽命；同時，還能夠整流氫氧根的離子流，使其均勻化傳輸，確保電極平面上氧化鋅向Zn(OH)₄^2?轉化均勻進行，抑制其在局部聚集，從而抑制鋅枝晶的生長，保證電池正常工作。

技術領域

本發明涉及鋅銀二次電池領域，具體涉及一種鋅銀二次電池隔膜及其制備方法和鋅銀二次電池。

背景技術

水系鋅離子電池直接將金屬鋅作為對電極，具有無毒、價格低、比容量高（820 mAhg^-1）等特點，故目前國際上對鋅離子電池的研究越來越多。目前研究的鋅離子電池主要有鋅銀二次電池、鋅鎳電池、鋅鈷電池、鋅銅電池等。其中，鋅銀二次電池由于其能量密度高（350Wh kg^-1、750 Wh L^-1）、輸出電壓平穩、功率密度高、安全、可靠等特點而廣泛應用于軍事、航天等一些特殊領域。但鋅銀二次電池也存明顯的缺點，如壽命短、成本高。鋅銀二次電池壽命較短，其應用造成極大的資源浪費。

如何延長鋅銀二次電池的使用壽命是研發鋅銀二次電池的難點。

發明內容

本申請的目的是提供一種鋅銀二次電池隔膜及其制備方法和鋅銀二次電池。

為了實現上述目的，本申請采用了以下技術方案：

本申請的第一方面公開了一種鋅銀二次電池隔膜，所述鋅銀二次電池隔膜由多孔填料嵌入季銨化聚合物陰離子交換膜而成，所述多孔填料包括無機氧化物和金屬-有機框架中的至少一種；所述多孔填料的用量為所述季銨化聚合物陰離子交換膜重量的0.5%-20%，且所述多孔填料孔徑小于2nm。

值得說明的是，本申請的鋅銀二次電池隔膜是由多孔無機材料和陰離子交換膜形成的無機/有機復合隔膜，其中，陰離子交換膜中含有高分子基體、帶正電的活性基團以及可移動的陰離子，陰離子交換膜帶正電的活性基團能夠和無機多孔填料表面的氧骨架通過靜電力結合，使得多孔填料和陰離子交換膜可以形成致密的復合隔膜。

雖然陰離子交換膜本身具有較好的氫氧根傳導能力以及耐堿性，但是其具有較多的2 nm以上的孔道，作為隔膜使用時，不能很好的抑制銀離子基團和鋅離子基團在膜上孔道內的穿梭；本申請的鋅銀二次電池隔膜，其關鍵在于采用孔徑小于2 nm的多孔無機體填料對陰離子交換膜進行改性，不僅使得隔膜具有良好的的氫氧根傳導能力和耐堿性，還能調節隔膜的孔道直徑，有效抑制銀離子基團和鋅離子基團在隔膜孔道內的穿梭，從而抑制正極活性物質的流失，同時也避免銀離子穿過隔膜在負極還原形成枝晶而發生短路，故可以提高電池循環穩定性，延長電池的使用壽命。

此外，本申請通過多孔填料和陰離子交換膜之間的相互作用，在隔膜上形成了致密均勻的孔道，能夠整流氫氧根的離子流，使其均勻化傳輸，確保電極平面上氧化鋅向Zn(OH)₄^2-轉化均勻進行，抑制其在局部聚集，從而抑制鋅枝晶的生長，進而保證電池正常工作。

本申請的一種實現方式中，多孔無機氧化物包括多孔硅鋁氧化物顆粒、二氧化硅顆粒以及二氧化鈦顆粒中的至少一種。

本申請的一種實現方式中，多孔硅鋁氧化物顆粒、多孔二氧化硅顆粒或多孔二氧化鈦顆粒的粒徑為50-1000納米。

本申請的一種實現方式中，季銨化聚合物陰離子交換膜包括季銨化聚苯醚膜，季銨化聚醚酮膜，季銨化聚醚醚酮膜或季銨化聚醚砜膜中的至少一種。