[發明專利]一種基于自吸附和自分層效應的水系液態電極電池

在審

• 申請號: 202211711527.6
• 申請日: 2022-12-29
• 公開（公告）號: CN115954556A
• 公開（公告）日: 2023-04-11
• 發明（設計）人: 金鐘;張凱強;鐵祚庥;李佳睿;王帆
• 申請（專利權）人: 南京大學天長新材料與能源技術研發中心;南京大學;南京鐵鳴能源科技有限公司;蘇州鐵睿新能源科技有限公司;滁州極鑫新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M10/36
• 分類號: H01M10/36;H01M4/02;H01M4/62;A62C3/16
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 錢超

1.一種基于自吸附和自分層效應的水系液態電極電池，其特征在于，包括如下具體步驟：

第一步，制備自組裝離子液體電極：取摩爾比例為1：1的含有疏水性咪唑類的水溶性鹽和含有雙三氟甲基磺酰亞胺離子的水溶性鹽，并將二者分別溶解于去離子水中配置10-20摩爾每升的水溶液，并攪拌至完全溶解；而后將兩個水溶液無差別直接倒入同一容器混合并靜置8-24小時，進行離子自組裝過程；最終形成上下分層的狀態，上下層的成分分別是離子液體和水溶液，兩種液態物質的上下層位置視密度大小而定；取離子液體層備用；

第二步，集流體的組裝：將吸附性碳材料、導電炭黑和聚偏氟乙烯按照重量比4-7：2-5：1的比例進行稱量并混合，而后分散在有機溶劑中，并攪拌成糖稀狀的粘稠混合物；將制備的粘稠混合物涂抹在集流體上，涂抹厚度為50-100微米；將涂抹好的集流體置于真空干燥箱，并在100-150攝氏度下加真空干燥8-24小時；

第三步，電池器件的制備：商用的鋅箔作為電池的陽極，3摩爾每升的三氟甲磺酸鋅電解液所浸潤的Whatman過濾膜用作正負極隔層，用第一步制得的離子液體浸潤第二步干燥后的集流體來制備陰極，浸潤量為20微升每平方厘米，然后構建基于自吸附和自分層效應的水系液態電極電池。

2.根據權利要求1所述的一種基于自吸附和自分層效應的水系液態電極電池，其特征在于：所述含有疏水性咪唑類的水溶性鹽為碘化1-乙基-3-甲基咪唑、溴化1-乙基-3-甲基咪唑或氯化1-乙基-3-甲基咪唑。

3.根據權利要求1所述的一種基于自吸附和自分層效應的水系液態電極電池，其特征在于：所述含有雙三氟甲基磺酰亞胺根的水溶性鹽為雙三氟甲基磺酰亞胺鋰、雙三氟甲基磺酰亞胺鈉、雙三氟甲基磺酰亞胺鉀或雙三氟甲基磺酰亞胺鋅。

4.根據權利要求1所述的一種基于自吸附和自分層效應的水系液態電極電池，其特征在于：所述有機溶劑為甲基吡咯烷酮，計算吸附性碳材料、導電炭黑和聚偏氟乙烯總粉末重量，每克總粉末重量用4毫升有機溶劑分散。

5.根據權利要求1所述的一種基于自吸附和自分層效應的水系液態電極電池，其特征在于：所述吸附性碳材料為活性炭粉、單壁碳納米管、多壁碳納米管或還原石墨烯，其中添加或不添加不限量的碘化鋅或溴化鋅。

6.根據權利要求1所述的一種基于自吸附和自分層效應的水系液態電極電池，其特征在于：所述集流體為碳材料，所述碳材料包括但不限于碳布、導電碳紙、碳氈。

7.根據權利要求1所述的一種基于自吸附和自分層效應的水系液態電極電池，其特征在于：所述基于自吸附和自分層效應的水系液態電極電池為鋅-碘水系液態電極電池或鋅-溴水系液態電極電池。

8.根據權利要求7所述的一種基于自吸附和自分層效應的水系液態電極電池，其特征在于：所述鋅-碘水系液態電極電池中碘化1-乙基-3-甲基咪唑-雙三氟甲基磺酰亞胺離子液體所浸潤的集流體做陰極，所述離子液體陰極中的陽離子源是碘化1-乙基-3-甲基咪唑。

9.根據權利要求7所述的一種基于自吸附和自分層效應的水系液態電極電池，其特征在于：所述鋅-溴水系液態電極電池中電解液為3摩爾每升的三氟甲磺酸鋅和20質量摩爾每升的雙三氟甲基磺酰亞胺鋰；陰極為溴化1-乙基-3-甲基咪唑-雙三氟甲基磺酰亞胺離子液體所浸潤的集流體，離子液體陰極中的陽離子源是溴化1-乙基-3-甲基咪唑。

10.根據權利要求1所述的一種基于自吸附和自分層效應的水系液態電極電池，其特征在于：所述第三步中3摩爾每升的三氟甲磺酸鋅電解液中添加或不添加20質量摩爾的雙三氟甲基磺酰亞胺鋰。