[發明專利]一種水系鋅離子電池的電極、其制備方法及應用

有效

• 申請號: 202310306206.6
• 申請日: 2023-03-27
• 公開（公告）號: CN116014063B
• 公開（公告）日: 2023-06-30
• 發明（設計）人: 石會發;曹佳凱;孫偉議;韓颯;盧桂霞
• 申請（專利權）人: 青島理工大學
• 主分類號: H01M4/04
• 分類號: H01M4/04;H01M4/48;H01M4/62;H01M10/38
• 代理公司: 鄭州意創知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 41138
• 代理人: 張江森

本申請公開了一種水系鋅離子電池的電極、其制備方法及應用。所述制備方法主要包括制備浸漬、冷凍干燥和熱處理。在浸漬過程中釩酸根離子充分浸漬到細菌纖維素的三維纖維網絡內。通過冷凍干燥，轉變為偏釩酸銨/細菌纖維素氣凝膠，在高溫下細菌纖維素基體碳化，偏釩酸銨熱解生成Vsubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;，得到三維碳纖維網絡上均勻分布超細Vsubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;納米顆粒的氣凝膠電極。

技術領域

本申請屬于水系鋅離子電池技術領域，具體涉及一種水系鋅離子電池的電極、其制備方法及應用。

背景技術

隨著柔性電子和可穿戴儲能器件的快速發展，對于輕質、可彎折的儲能電源的需求愈發迫切。鋰離子電池因具有高能量密度和功率密度、長的使用壽命、出色的循環穩定性等優點，成為目前新能源領域熱門的儲能電源之一。但是其使用的有機系電解質不僅存在易燃易爆的安全隱患，而且生產成本高，環境友好性差。因此，開發綠色安全、高性能的低成本新型儲能電源對可穿戴能源存儲設備的發展尤為重要。

近年來，基于水性電解質的可充電水系鋅離子電池由于其環保性和成本效益，已顯示出作為替代性電池技術的巨大應用前景。水系鋅離子電池不僅具有安全、鋅儲量豐富、理論容量高等優點，而且水性電解質的離子電導率遠高于非水電解質，從而賦予電池優異的倍率性能。然而，傳統電池制備工藝通常將活性物質、粘結劑、導電劑混合涂覆到金屬集流體上，大比例非活性物質的添加會降低電池整體的能量和功率密度。經過長時間使用后，電極材料會與金屬集流體界面接觸密度變小，從而導致電極材料的脫離，影響工作壽命。此外，攪料、涂膜、烘干等制備步驟相對繁瑣，時間成本高，因此基于無集流體電極的水系鋅離子電池成為目前熱門的研究課題之一。

開發合適的正極材料也成為水系鋅離子電池領域待解決的難題之一。

本背景技術所公開的上述信息僅僅用于增加對本申請背景技術的理解，因此，其可能包括不構成本領域普通技術人員已知的現有技術。

發明內容

基于背景技術所述存在的技術問題，本申請的目的在于：提出一種水系鋅離子電池的電極、其制備方法及應用，本申請制備工藝簡單，過程無污染，制備出的氣凝膠電極具有柔韌性好、釩氧化物納米顆粒分布均勻、在高面載量時電化學性能良好等優點，且電極無需集流體，可避免使用導電性差的粘合劑，確保電極的完整性，從而提高電池的能量密度。

本申請通過下述技術方案實現：

一種水系鋅離子電池的電極制備方法，包括以下步驟：

S1：將細菌纖維素膜裁剪切片，浸泡在去離子水中，調節其PH

至中性；

S2：將偏釩酸銨粉末與去離子水混合，加熱攪拌均勻，得到偏釩酸銨溶液；

S3：將步驟S1浸泡后的細菌纖維素膜取出，去離子水洗滌多次后，浸漬到步驟S2制備的偏釩酸銨溶液中，獲得生長釩酸根離子的細菌纖維素膜；

S4：將步驟S3獲得的生長釩酸根離子的細菌纖維素膜放至液氮浸泡預設時間，移至凍干機進行冷凍干燥處理，去除溶劑水；

S5：將步驟S4凍干后的生長釩酸根離子的細菌纖維素膜移至管式爐，在氮氣中進行熱處理，獲得V₂O₃@CNF氣凝膠電極。

在本申請的一些實施例中，步驟S1中，所述細菌纖維素膜厚度為3～10?mm。

本申請的一些實施例中，步驟S1中，所述細菌纖維素膜厚度為3?mm。

在本申請的一些實施例中，步驟S1中，所述細菌纖維素膜裁剪為面積3～5?cm×3～5?cm的方形圖案。

在本申請的一些實施例中，步驟S1中，所述細菌纖維素膜裁剪為面積5?cm×5?cm的方形圖案。