一種堿性鋅二次電池及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種堿性鋅二次電池及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋰離子二次電池由于其高的能量密度，良好的可設(shè)計(jì)性，對(duì)操作環(huán)境要求較低，從而成為當(dāng)下乃至未來(lái)便攜式電子設(shè)備的選擇之一，但隨著鋰離子二次電池的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，一個(gè)新的問(wèn)題隨之而來(lái)，即地球上的鋰儲(chǔ)量有限，現(xiàn)有的鋰資源將無(wú)法供應(yīng)未來(lái)鋰離子二次電池發(fā)展對(duì)鋰資源日益增長(zhǎng)的需求。因此，發(fā)展安全高效，綠色環(huán)?？沙掷m(xù)，同時(shí)儲(chǔ)量豐富，價(jià)格低廉的新型金屬離子二次電池成為當(dāng)前電池研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。
[0003]堿性鋅電池，由于其高能量密度，低成本、無(wú)毒、高安全性等優(yōu)點(diǎn)，從而在一次電池市場(chǎng)占有非常重要的地位，但是世界上目前關(guān)于鋅二次電池的研究卻很少有報(bào)道。水系鋅二次電池采用水作為電解液溶劑，相對(duì)于傳統(tǒng)鋰離子電池而言，避免了有機(jī)系電解液的使用，極大節(jié)約了成本，并且避免了有機(jī)溶劑易燃易爆等安全性問(wèn)題。目前關(guān)于可充鋅二次電池的研究主要集中在堿性鋅錳電池。堿性鋅錳電池采用過(guò)渡金屬氧化物或氫氧化物作為正極活性材料，如二氧化錳，氧化鎳，氫氧化鎳等，但是由于金屬氧化物本身低的電導(dǎo)率和反應(yīng)平臺(tái)(小于1.75V)，應(yīng)用于鋅二次電池時(shí)存在倍率性能差、能量密度低等缺陷，因而有必要探索性質(zhì)更加優(yōu)秀的鋅二次電池正極材料體系。
[0004]本發(fā)明使用過(guò)渡金屬硫化物作為堿性鋅電池正極。與其氧化物相比，過(guò)渡金屬硫化物具有更高的反應(yīng)平臺(tái)，更好的導(dǎo)電性，并且價(jià)格低廉。本發(fā)明所得的二次鋅電池具有優(yōu)異的循環(huán)性能和倍率性能，以及高反應(yīng)平臺(tái)等特點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景和優(yōu)勢(shì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于使用過(guò)渡金屬硫化物作為正極材料，提供一種安全環(huán)保，價(jià)格低廉，倍率性能優(yōu)異，電壓高的堿性鋅二次電池以及制備方法。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
一種堿性鋅二次電池，由正極、負(fù)極、介于兩者之間的隔膜和電解液構(gòu)成，其特征在于，所述正極采用過(guò)渡金屬硫化物，負(fù)極采用鋅合金，電解液采用含可溶性鋅鹽的堿性水系電解液。
[0007]所述過(guò)渡金屬硫化物其化學(xué)式為M1 x M2 y Sz，其中，O彡X彡3，0彡y彡3，z=l，2或 3，且 X，y 不可同時(shí)為零，M1, M2選自 T1、V、Cr、Mn、Fe、N1、Co、Cu、Zn、Ge、Nb、Mo、Cd、Sn、Sb、W、Pb、Bi 中的一種。
[0008]所述堿性鋅二次電池的負(fù)極材料為鋅合金，其通式為Zn1 XMX，其中0.01 < X < 1，其中 M 為 Ti，Mn，F(xiàn)e，Cu，Co，Ni，Al，Mo 中一種或幾種。
[0009]所述堿性鋅二次電池的電解液中含有氫氧化鉀。
[0010]所述堿性鋅二次電池電解液中氫氧化鉀的濃度為0.1~5 mol/Lo
[0011 ] 所述電解液中可溶性鋅鹽選自硫酸鋅、硝酸鋅、氯化鋅、氟化鋅、溴化鋅、乙酸鋅、檸檬酸鋅、甲酸鋅、丙酸鋅、丙烯酸鋅、苯甲酸鋅、次氯酸鋅、氯酸鋅、高氯酸鋅中的一種或幾種。
[0012]所述可溶性鋅鹽的摩爾濃度為1~50 mmol/Lo
[0013]所述隔膜為單層聚丙烯膜、聚乙烯膜、聚乙烯/聚丙烯/聚乙烯的復(fù)合膜、纖維素?zé)o紡布隔膜、玻璃纖維中的一種。
[0014]—種堿性鋅二次電池的制備方法，主要包括以下步驟:
步驟一，正極制備:將過(guò)渡金屬硫化物材料、導(dǎo)電劑按一定比例混勻，將混勻的混合物按比例倒入溶解好的粘結(jié)劑溶液，調(diào)成漿料，然后涂布于正極集流體上，經(jīng)烘干、碾壓、裁剪、真空干燥制備成正極片；
步驟二，負(fù)極制備:將鋅合金粉體、粘結(jié)劑聚四氟乙烯按照質(zhì)量比9:1進(jìn)行混合，然后加水稀釋?zhuān)苽涑韶?fù)極漿料，涂布于不銹鋼集流體上，120°C烘干，壓實(shí)，制成負(fù)極極片
步驟三，組裝電池，將上述步驟一制備的正極片，步驟二制備的負(fù)極極片，與電解液、隔膜組裝成電池體系。
[0015]所述導(dǎo)電劑為炭黑、乙炔黑或它們的混合物，所述粘結(jié)劑為聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、海藻酸鈉、羧甲基纖維素鈉和丁苯橡膠中的一種或幾種，所述正極集流體為鎳網(wǎng)柵、泡沫鎳、鈦網(wǎng)、不銹鋼網(wǎng)、碳布或碳紙。
[0016]本發(fā)明所得水系堿性鋅二次電池具有價(jià)格低廉、安全環(huán)保、循環(huán)倍率性能優(yōu)異、能量密度高等優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為本發(fā)明效果實(shí)施例中堿性鋅二次電池的倍率-循環(huán)圖。
[0018]圖2為本發(fā)明效果實(shí)施例中堿性鋅二次電池在不同電流密度下的充放電曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0019]以下所述是本發(fā)明實(shí)施例的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明實(shí)施例原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0020]實(shí)施例一
一種鈉離子電池的制備方法，包括以下步驟:
正極制備:將正極活性材料NiS2，導(dǎo)電劑乙炔黑和粘結(jié)劑聚四氟乙烯按照質(zhì)量比8:1:1進(jìn)行混合，然后加水稀釋?zhuān)苽涑烧龢O漿料，涂布于不銹鋼集流體上，120°C烘干，壓實(shí)，制成正極極片。
[0021]負(fù)極制備:將負(fù)極材料ZnaiMnai^粘結(jié)劑聚四氟乙稀按照質(zhì)量比9:1進(jìn)行混合，然后加水稀釋?zhuān)苽涑韶?fù)極漿料，涂布于不銹鋼集流體上，120°C烘干，壓實(shí)，制成正極極片。
[0022]水系電解液的配制:
向20 mL試劑瓶中加入15 mL去離子水，加入0.1 mol/L K0H+5 mmol/L Zn(Ac)2，攪拌成透明均一的溶液。
[0023]制得的一種堿性鋅二次電池，包括:
正極極片，包括正極活性材料NiS2和不銹鋼集流體， 負(fù)極極片，包括負(fù)極活性材料Zn。.1Mr1.9和不銹鋼集流體，
水系電解液，為0.1 mol/L KOH+5 mmol/L Zn (Ac) 2和去離子水。
[0024]隔膜為Walkman公司的玻璃纖維隔膜。
[0025]用藍(lán)電電池測(cè)試儀進(jìn)行測(cè)試，工作測(cè)試電壓范圍為0.8V-1.8V。
[0026]實(shí)施例二
正極制備:將正極活性材料NiCo2S4，導(dǎo)電劑乙炔黑和粘結(jié)劑海藻酸鈉按照質(zhì)量比8:1:1進(jìn)行混合，然后加水稀釋?zhuān)苽涑烧龢O漿料，涂布于碳紙集流體上，120°C烘干，壓實(shí)，制成正極極片。
[0027]負(fù)極制備:將負(fù)極材料Zna5Mna5、粘結(jié)劑聚四氟乙稀按照質(zhì)量比9:1進(jìn)行混合，然后加水稀釋?zhuān)苽涑韶?fù)極漿料，涂布于不銹鋼集流體上，120°C烘干，壓實(shí)，制成正極極片。
[0028]水系電解液的配制:
向20 mL試劑瓶中加入15 mL去離子水，加入I mol/L K0H+20 mmol/L Zn(NO3)2,攪拌成透明均一的溶液。
[0029]制得的一種堿性鋅二次電池，包括:
正極極片，包括正極活性材料NiCo2S4和碳紙集流體，
負(fù)極極片，包括負(fù)極活性材料Zn。.5Mn0.5和不銹鋼集流體，
水系電解液，為I mol/L K0H+20 mmol/L Zn (NO3) 2和去離子水。
[0030]隔膜為纖維素?zé)o紡布隔膜。
[0031]用藍(lán)電電池測(cè)試儀進(jìn)行測(cè)試，工作測(cè)試電壓范圍為0.8V-1.8V。
[0032]實(shí)施例三
正極制備:將正極活性材料FeS2，導(dǎo)電劑乙炔黑和粘結(jié)劑羧甲基纖維素鈉按照質(zhì)量比8:1:1進(jìn)行混合，然后加水稀釋?zhuān)苽涑烧龢O漿料，涂布于碳布集流體上，120°C烘干，壓實(shí)，制成正極極片。
[0033]負(fù)極制備:將負(fù)極材料Zna9Mna1、粘結(jié)劑聚四氟乙稀按照質(zhì)量比9:1進(jìn)行混合，然后加水稀釋?zhuān)苽涑韶?fù)極漿料，涂布于不銹鋼集流體上，120°C烘干，壓實(shí)，制成正極極片。
[0034]水系電解液的配制:
向20 mL試劑瓶中加入15 mL去離子水，加入2 mol/L K0H+50 mmol/L ZnSO4，攪拌成透明均一的溶液。
[0035]制得的一種堿性鋅二次電池，包括:
正極極片，包括正極活性材料FeSjP碳布集流體，
負(fù)極極片，包括負(fù)極活性材