[發明專利]一種鋅離子電池及其制備方法

在審

• 申請號: 202110490220.7
• 申請日: 2021-05-06
• 公開（公告）號: CN113054263A
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發明（設計）人: 劉桂香;周本胡;唐鴿;白文超
• 申請（專利權）人: 邵陽學院
• 主分類號: H01M10/36
• 分類號: H01M10/36;H01M4/62;H01M10/38
• 代理公司: 深圳紫晴專利代理事務所(普通合伙) 44646
• 代理人: 雒盛林

一種鋅離子電池，包括正極、隔膜、負極和水性電解質，正極包括鋅箔和正極活性材料，正極活性材料包括石墨烯層或者PEDOT：PSS/石墨烯層，正極活性材料的厚度為1?50μm；石墨烯層包括石墨烯和PVDF；石墨烯和PVDF的重量比為8:1?2:1。在本發明中，通過石墨烯片或者用PEDOT：PSS修飾的石墨烯片組成的納米流體通道層對鋅（Zn）正極進行有效的界面優化；能夠有效的調節了鋅離子的分布密度，抑制了枝晶的生長。同時本發明中，用PEDOT：PSS修飾的石墨烯片組成的正極活性材料電導率高；并且本發明中的鋅離子電池的循環性能好。

技術領域

本發明涉及一種鋅離子電池，尤其涉及一種無枝晶或者枝晶少的正極的鋅離子電池及其制備方法。

背景技術

與目前的商用鋰離子電池（LIB）相比，水性鋅離子電池（ZIB）對于網格級電池技術更可行。用于ZIB的鋅（Zn）金屬正極具有相對較高的能量價格比，良好的導電性，合適的氧化還原電勢和較高的水相容性。此外，在ZIBs中采用水性電解質而不是使用有機電解質可以顯著提高操作安全性并降低生產成本。然而，由于明顯的缺點，如枝晶生長，自放電問題和副反應，鋅陽極在中性電解質中的實際性能受到嚴重限制。具體來說，連續的枝晶生長會因刺穿隔板而引起短路，從而導致容量快速衰減。結果，ZIBs的當前壽命遠未達到可接受的標準。

發明內容

本發明要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種無枝晶或者枝晶少的正極的鋅離子電池及其制備方法。

為解決上述技術問題，本發明提出的技術方案為：一種鋅離子電池，包括正極、隔膜、負極和水性電解質，所述正極包括鋅箔和正極活性材料，所述正極活性材料包括石墨烯層或者PEDOT：PSS /石墨烯層，正極活性材料的厚度為1-50μm；所述石墨烯層包括石墨烯和PVDF；所述石墨烯和PVDF的重量比為8:1-2:1。

上述的鋅離子電池，優選的；所述PEDOT：PSS /石墨烯層包括PEDOT：PSS /石墨烯和PVDF，所述PEDOT：PSS /石墨烯和PVDF的重量比為2:1以上。

上述的鋅離子電池，優選的；所述負極包括集流體和負極活性材料，所述負極活性材料包括二氧化錳和鈦酸鹽ATiO₃按質量比100∶1～10制得的混合物，所述ATiO₃中的A為Mg、Ca或Pb。

上述的鋅離子電池，優選的；所述水性電解液是以鋅的可溶性鹽為溶質、水為溶劑并具有離子導電性的液態或凝膠態材料，pH介于3～7之間。

一種如上述的鋅離子電池的制備方法，包括以下步驟，

1）石墨烯片的制備；

在兩電極系統中，將石墨烯薄片作為工作電極；兩電極在電解質中保持1-2cm；向石墨烯片作為的工作電極上施加10V的直流電壓；

收集石墨烯薄片上剝落到電解液中的產物，并用去離子水洗滌；

用超聲振動的形式將步驟得到的石墨烯粉末分散在去離子水中形成懸浮液；

離心懸浮液，離心后收集上清液，并在冷凍干燥機中干燥，去除厚的石墨烯片；得到石墨烯片；

2）將步驟1得到的石墨烯片和PVDF以重量比為8:1-2:1在N-甲基吡咯烷酮（NMP）溶劑中混合來制備均勻的漿料；

3）將步驟2）得到的漿料涂在鋅箔上，然后在60℃以下的溫度中干燥，步驟2）得到的漿料涂在鋅箔上的厚度為1-50μm；得到正極；

4）將步驟3）得到的正極和負極以及電解液一起組裝成電池。

上述的鋅離子電池的制備方法，優選的，所述步驟1）的中的電解質為（NH₄）₂SO₄水溶液，濃度為0.01-0.05g/mL。

上述的鋅離子電池的制備方法，優選的，所述電解質中加入有PEDOT：PSS；PEDOT：PSS的濃度為 0.5-1g/mL。