[发明专利]一种高性能锌‑聚苯胺二次电池的制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及电池的制备领域，具体的涉及一种高性能锌-聚苯胺二次电池的制备方法。

背景技术：

自从进入21世纪，电子信息技术每时每刻都在突飞猛进的发展，各类电子以及移动通讯设备得到了普及应用，各种令人眼花缭乱的电子移动设备层出不穷。然而对这些电子设备来说，能源提供是一个核心问题，因此市场对提供能源的材料的要求也越来越高，可循环利用的二次电池是目前电子信息产品中用到的主要储能系统。科技发展的加速使得人们对二次电池的要求也更高了，新型二次电池须具备以下特点：电池安全稳定、使用寿命长、价格便宜适宜大量生产，不会对环境造成污染。

由于聚苯胺及其复合物电化学氧化还原性优异，导电性优越，电荷贮存能力较强，在水溶液中和空气中稳定性均很好，因此是锌二次电池的正极材料的一个很好的选择。当金属锌为负极，聚苯胺及其复合材料作为正极，弱酸性锌盐或中性水溶液为电解质时，多孔滤膜或其它的半透膜作为隔膜，即可组成水溶液锌聚苯胺电池。若将弱酸性的锌盐或中性水溶液与一些凝胶化合物一同制备成冻状的电解质，即可构成固态的电池。

目前的锌/聚苯胺二次电池存在着缺点：由于大多数科研学者制备聚苯胺膜电极时都是用贵重金属薄片作为电池基体材料，虽然催化活性良好，但成本高，以至于不能大规模运用。对于填充式的锌/聚苯胺电池来说，要将聚苯胺复合材料加工成理想的电极还具有一定的困难，必须有足够的压力才能将电极压紧，这需要高压设备，这样一来成本将升高，不适合大规模生产运用；聚苯胺电极上的活性物质利用率低下也是影响锌/聚苯胺二次电池比容量的一个重要问题，理论的用锌/聚苯胺二次电池比容量可达到273mAh/g，但是目前国内外均无法达到这个理想水平。利用率低的原因主要是：聚苯胺活性物质在放电过程中，因阴离子脱掺杂，表层的聚苯胺活性物质放电，逐步由导体转变成半导体乃至绝缘体，这个过程导致膜内部的聚苯胺活性物质无法得到有效利用；在电池的充放电过程中，聚苯胺膜电极的利用一般都不完全，这是由于阴离子无法扩散进入聚苯胺分子部而引起的。此外，循环寿命问题以及离子扩散问题都是制约锌/聚苯胺二次电池发展的一个问题。

为了提高聚苯胺的导电性，常常在聚苯胺颗粒中掺杂导电性好的碳材料，这确实在一定程度上提高了聚苯胺的利用率，但这种简单的掺杂方法并不能保证碳材料均匀的掺杂到聚苯胺颗粒中。有的还用高压压制，虽然这确实提高了聚苯胺的利用率，但是成本较高，同时不利于电解液中离子的渗透。

发明内容：

本发明公开了一种高性能锌-聚苯胺二次电池的制备方法，该方法制得的二次电池电学性能好，循环性能优异，且制备成本低。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种高性能锌-聚苯胺二次电池的制备方法，包括以下步骤：

(1)正极片的制备：

a)将20-55mg/mL的膨胀石墨悬浮液与盐酸肼、乙酸乙酯混合搅拌均匀，并涂覆于聚四氟乙烯膜上，涂覆完毕后在60-70℃下干燥，取出剥离掉聚四氟乙烯膜，并依此用乙醇和蒸馏水洗涤，最后30-40℃下烘干备用，制得石墨纸；

b)将上述制得的石墨纸作为工作电极，并利用三电极体系在硝酸溶液中进行电化学氧化处理，其中铂电极为对电极，甘汞电极为参比电极，循环伏安法扫描10圈，设定电位区间为1-2V，处理好的石墨纸依次采用无水乙醇和蒸馏水洗涤，烘干备用；

c)将1-3mol/L的樟脑磺酸和苯胺混合搅拌均匀，制得混合液，并将上述制得的处理后的石墨纸浸入到混合液中，并加入壳聚糖和硅烷偶联剂，继续搅拌均匀，运用恒电流阳极氧化法制备聚苯胺，反应结束后用蒸馏水冲洗，并放入干燥箱内干燥，制得正极片；

(2)负极片的制备：

首先制备Zn基ZIF，然后将其置于瓷舟内并放入气氛炉内，在惰性气体保护下对上述制得的Zn基ZIF进行预碳化，最后在惰性气体保护下对Zn基ZIF进行碳化，冷却，得到Zn/C复合材料；将制得的Zn/C复合材料与导电剂、粘结剂、水加入到球磨机中球磨混合制备成浆料，将浆料涂覆于负极集流体上，烘干，轧膜，切片，得到负极片；

(3)电池的组装：

将正极片、隔膜、负极片叠加放入电池壳体中，将极耳和极柱焊接好后，将电池密封并注入电解液，加入玻璃纤维纸封顶。

作为上述技术方案的优选，步骤a)中，所述膨胀石墨悬浮液、盐酸肼、乙酸乙酯的体积比为(10-20)：1：(0.01-0.05)。