[发明专利]一种可充电锌离子电池

说明书

技术领域

本发明属于电池技术领域，具体涉及一种可充电锌离子电池。

背景技术

现在小型和可移动的电池主要有锌锰电池、镍氢电池、镍铬电池、锂离子电池、铅酸电池和锌离子电池这六种。其中锌锰电池主要为一次电池，不可重复充放电，其它电池为二次电池，可重复充放电。二次电池能充分利用原材料，故其更经济实用，但现存的二次电池循环寿命大多为几百次，因此使用一段时间后，需更换新的电池以确保放电时间不会缩短。

现有的可充电锌离子电池以二氧化锰为正极、锌为负极，含锌离子水溶液为电解液的可充电锌离子电池。

这种锌离子电池储存电子的机理如下：

正极：

负极：

这种电池具有廉价、安全和环保的特点，但其正极二氧化锰容量在200mAhg^-1。众所周知的是，对于电池而言，具有高的容量是其广泛应用的先决条件。因此，寻找新的高容量电极材料是提高电池容量的最好方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：弥补上述现有技术的不足，提出一种可充电锌离子电池，其具有1000mAh g^-1以上的高容量。

本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决：

一种可充电锌离子电池，包括正极、负极、介于所述正极和负极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，所述负极中含有锌元素，所述正极的活性材料为纳米碳材料，所述电解质中包含锌离子，所述电解质呈液态或凝胶态。

发明人发现锌离子(Zn²⁺)可以在纳米碳(Nanocarbon，简称NC)材料的表面进行可逆的储存和释放过程，这种以纳米碳材料作为活性材料的正极的锌离子电池储存电子的机理如下：

正极：

负极：

这一过程可提供超高的可逆容量，其容量在1000mAh g^-1以上。因此这种电池具有容量高、可快速充放电、循环寿命长、安全、环保、成本低廉等特点，可广泛应用于消费电子、电动车、通讯、航空航天和军事等领域。

优选地，所述正极包括正极集流体和附着在所述正极集流体上的正极膜，所述正极膜中包括所述纳米碳材料和粘结剂，所述纳米碳材料为具有纳米结构且其中一维尺寸在100纳米以下的碳材料。

优选地，所述纳米碳材料为石墨烯和碳纳米管中的一种或两种混合。

石墨烯和碳纳米管都是具有独特结构的纳米碳材料，石墨烯是由单层或多层碳原子层组成，碳原子层一般在10层以下，碳纳米管是由单层或多层碳原子层卷曲而成，这两种碳材料由于其具有特殊的结构，因此性能非常特殊，利用石墨烯或者碳纳米管来储存大量的锌离子可以获得超过1000mAh g^-1的容量，为二氧化锰容量的五倍以上，提高了可充电锌离子电池的容量。

优选地，所述负极是纯金属锌箔或锌的合金箔。

优选地，所述负极包括负极集流体和附着在所述负极集流体上的负极膜，所述负极膜中主要含有锌粉或锌的合金粉，还含有粘结剂。

优选地，所述负极膜中还包括缓腐剂，所述缓腐剂的添加量为所述负极膜质量的1％以下。

优选地，所述缓腐剂为铟的氧化物和铟的氢氧化物中的至少一种。

优选地，所述正极膜中还包括电子导电剂，所述电子导电剂的添加量为所述正极膜质量的50％以下。

优选地，所述负极膜中还包括电子导电剂，所述电子导电剂的添加量为所述负极膜质量的50％以下。

优选地，所述锌离子由锌的可溶性盐提供，所述锌的可溶性盐为硝酸锌、硫酸锌和氯化锌中的至少一种。

附图说明

图1为本发明实施例一中的石墨烯的透射电镜照片；

图2为本发明实施例一制得的锌离子电池Cell1在300mA g^-1恒电流下的充放电曲线；

图3为本发明实施例二中的碳纳米管的扫描电镜照片；

图4为本发明实施例二中制得的锌离子电池Cell2在500mA g^-1恒电流下的充放电曲线。

具体实施方式

下面对照附图并结合优选的实施方式对本发明作进一步说明。

本发明提供一种可充电锌离子电池，在一种实施方式中，该可充电锌离子电池包括正极、负极、介于所述正极和负极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，所述负极中含有锌元素，所述正极的活性材料为纳米碳材料，所述电解质中包含锌离子，所述电解质呈液态或凝胶态。