聚合物可充电锌离子电池

摘要

一种聚合物可充电锌离子电池，正极为以二氧化锰材料为主的材料，负极为以锌元素为主的材料，电解质为锌的可溶性盐直接溶解、悬浮在胶冻状的高分子聚合物中。本发明可充电锌离子电池具有不易漏液、储存时间长、活性物质利用率高等特点。

权利要求

1.一种聚合物可充电锌离子电池，由正极、负极、介于两者之间的隔离膜以及含有阴阳离子并具有离子导电性的电解质组成，所述负极采用以锌元素为主的活性材料，正极活性材料为二氧化锰，其特征在于：所述电解质是以硝酸锌或硫酸锌直接溶解、悬浮在胶冻状的高分子聚合物中的凝胶态材料；所述高分子聚合物由纤维素类物、聚丙烯酰胺类物和聚乙烯醇组成，所述纤维素类物为甲基纤维素或乙基纤维素，所述聚丙烯酰胺类物为分子量为1万的阴离子聚丙烯酰胺、分子量为5千的阳离子聚丙烯酰胺、分子量为3万的非离子聚丙烯酰胺、或一种以上的非离子、阴离子、阳离子或两性聚丙烯酰胺，以质量计，电解质各组分的含量为0.2％～5％纤维素类物、0.01％～0.05％聚乙烯醇、0.1％～0.3％聚丙烯酰胺类物、25％～40％硝酸锌或硫酸锌、以及余量的水；

所述负极是下述一至三中的一种：一、纯金属锌；二、锌的合金；三、该负极包括集流体和集流体上的以锌粉末为主的活性材料，该活性材料是用锌粉和粘结剂制成的膜状材料，负极活性材料中还包括电子导电剂，电子导电剂的添加量为负极膜质量的50％以下，负极活性材料中的粘结剂为聚四氟乙烯、水溶性橡胶、聚偏四氟乙烯或纤维素，粘结剂的添加量为负极膜质量的50％以下；

所述正极除了所述正极活性材料外，还包括电子导电剂和粘结剂，其中，正极中的电子导电剂为石墨、碳黑、乙炔黑、炭纤维或炭纳米管，添加量为正极膜质量的50％以下；正极中的粘结剂为聚四氟乙烯、水溶性橡胶、聚偏四氟乙烯或纤维素，添加量为正极膜质量的

20％以下。

说明书

聚合物可充电锌离子电池

技术领域

[0001] 本发明属电池技术领域，具体涉及一种聚合物可充电锌离子电池。

背景技术

[0002] 相比较一次电池，二次电池能重复多次进行充放电循环，能充分利用原材料，故其更经济实用，同时二次电池还可极大缓解由废弃一次电池带来的污染。

[0003] 现有可充电锌离子电池是用锌可溶性盐的水溶液为电解液，然而使用水溶液做电解液对电池的密封性要求较高，如果电池密封性较差时会发生出水漏液和氧化结晶，造成电池性能下降。

发明内容

[0004] 本发明所要解决的技术问题是现有可充电锌离子电池对密封性要求较高，容易发生漏液和氧化结晶而导致电池性能下降。

[0005] 为此，本发明提出了一种聚合物可充电锌离子电池，它由正极、负极、介于两者之间的隔离膜以及含有阴阳离子并具有离子导电性的电解质组成，其中，所述负极采用以锌元素为主的活性材料，正极活性材料为二氧化锰，所述电解质是以锌的可溶性盐直接溶解、悬浮在胶冻状的高分子聚合物中的凝胶态材料。

[0006] 所述高分子聚合物优选采用纤维素类物、聚丙烯酰胺类物和聚乙烯醇高分子材料。其中，纤维素类物优选甲基纤维素、乙基纤维素、羧甲基纤维素等，聚丙烯酰胺类物可选择一种或以上的非离子、阴离子、阳离子或两性聚丙烯酰胺。

[0007] 所述电解质优选如下电解质：以质量计，电解质由0.2%～5% 纤维素类物 、0.01%～0.05% 聚乙烯醇 、0.1%～0.3% 聚丙烯酰胺类物、25%～40% 锌的可溶性盐、以及余量的水组成。

[0008] 所述锌的可溶性盐可以采用硝酸锌、硫酸锌或氯化锌等锌的无机盐。

[0009] 所述负极可以是纯金属锌或锌的合金。

[0010] 所述负极还可以采用如下结构：负极包括集流体和集流体上的以锌粉末为主的活性材料，该活性材料是用锌粉和粘结剂制成的膜状材料。进一步，还可在负极活性材料中添加电子导电剂，电子导电剂可以采用石墨、碳黑、乙炔黑、炭纤维或炭纳米管，添加量为负极膜质量的50%以下。负极活性材料中的粘结剂可以采用聚四氟乙烯、水溶性橡胶、聚偏四氟乙烯或纤维素，添加量最好为负极膜质量的50%以下。

[0011] 正极除了所述正极活性材料外，还包括电子导电剂和粘结剂，其中，电子导电剂可以为石墨、碳黑、乙炔黑、炭纤维或炭纳米管，添加量为正极膜质量的50%以下；粘结剂可以为聚四氟乙烯、水溶性橡胶、聚偏四氟乙烯或纤维素，添加量为正极膜质量的20%以下。

[0012] 本发明可充电锌离子电池由于采用高粘度凝胶态电解质，流动性较小，故不会出水漏液，同时，凝胶态物质密度较大，密闭作用强，不易失水，不易发生大面积氧化结晶，因此本发明可充电锌离子电池具有不易漏液、储存时间长的特点。另一方面，由于电解质采用凝胶态材料，可降低电池的密闭要求，从而能简化电池的生产工艺。

附图说明

[0013] 图1为实施例1制得的电池Cell 1在100 mA g-1恒电流下的充放电曲线。

[0014] 图2为实施例2制得的电池Cell 2在100 mA g-1恒电流下的充放电曲线。

[0015] 图3为实施例3制得的电池Cell 3在100 mA g-1恒电流下的充放电曲线。

具体实施方式

[0016] 下面结合实施例和附图对本发明做进一步说明。

[0017] 实施例1：

[0018] 将二氧化锰、导电剂乙炔黑和粘结剂PVDF（聚偏四氟乙烯）按质量比7：2：1搅拌混合后涂覆于不锈钢箔上，剪裁成一定大小，于真空中烘干制得电极片1。以电极片1为正极，以0.1mm厚的锌箔为负极，电解质具体质量配比为：甲基纤维素0.2%、聚乙烯醇0.01%、分子量为1万的阴离子聚丙烯酰胺0.1%、硫酸锌25%、余量为水，组装成可充电锌离子电池，-1记为Cell 1。经测试，Cell 1在100 mA g 恒电流下的充放电曲线见图1。

[0019] 实施例2：

[0020] 以实施例1制得的电极片1为正极，以0.1mm厚锌箔为负极，电解质具体质量配比为：乙基纤维素5%、聚乙烯醇0.05%、分子量为5千的阳离子聚丙烯酰胺0.3%、硝酸锌40%、-1余量为水，组装成可充电锌离子电池，记为Cell 2。经测试，Cell 2在100 mA g 恒电流下的充放电曲线见图2。

[0021] 实施例3：

[0022] 将锌粉、导电剂乙炔黑和粘结剂PVDF按质量比8：1：1搅拌混合后涂覆于不锈钢箔上，剪裁成一定大小，于真空中烘干制得电极片2。以实施例1制得的电极片1为正极，以电极片2为负极，电解质具体重量配比为：甲基纤维素3%、聚乙烯醇0.03%、分子量为3万的非离子聚丙烯酰胺0.2%、硫酸锌30%、余量为水，组装成可充电锌离子电池，记为Cell 3。-1
经测试，Cell 3在100 mA g 恒电流下的充放电曲线见图3。