[发明专利]超长循环寿命柔性杂化锌电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种超长循环寿命柔性杂化锌电池及其制备方法，其包括正极、负极以及介于两者之间的含有阴阳离子并具有离子导电性的水凝胶电解质组成。本发明配方设计合理，以碳负载镍钴硒化物材料为正极，匹配锌箔为负极和耐碱的聚丙烯酸钠作为水凝胶电解质，利用OH^‑可逆嵌入和脱出，在正极材料表面实现Co(II)/Co(III)/Co(IV)和Ni(II)/Ni(III)的赝电容反应，当电池正极材料与空气接触时，碳负载镍钴硒化物作为锌空电池的催化剂，利用OER/ORR反应实现电荷存储和释放，两步反应平台以及两种反应机理使得本发明电池具有容量高，电压高、循环寿命长、应用场景广泛等特点，综合性能好，利于广泛推广应用。

技术领域

本发明属于锌电池技术领域，具体涉及一种超长循环寿命柔性杂化锌电池及其制备方法。

背景技术

近年来，尽管锂离子电池占据着储能装置的半壁江山，但其有限的锂资源，高昂的制造成本，且爆炸与燃烧等安全隐患限制了其进一步应用。因此，开发出低成本和高安全性二次电池体系至关重要。

经研究，水系二次锌电池具有成本低廉、安全无毒且环保的优势，被认为是锂离子电池的理想替代者。另一方面，兼具高能量密度和功率密度的能量存储装置可以同时满足电子产品长时间和大功率输出的要求。具有高能量密度的锌空电池可以满足能量密度方面的需求，但功率密度方面的存在着不足，而碱性锌基电池可以弥补其功率密度方面的不足。而且，锌空电池和碱性锌基电池可以在相同的电解液中工作，具有兼容的优势，因此可以构建杂化的锌电池体系。此外，随着柔性可穿戴电子装置的发展，柔性可充电电池制备显得尤为重要。水凝胶电解质可以解决柔性电池对柔软度和持久性方面的要求。综上所述，柔性杂化锌电池的研究和开发意义重大。

例如，新加坡南洋理工大学张华教授报道了杂化的NiCo₂O₄//Zn电池体系(NanoLett.,2017,17,156-163)，同时实现Co/Ni过渡金属的法拉第赝电容反应和可逆的ORR/OER性能，这种柔性杂化锌电池展示了两步的充放电平台和优越的循环稳定性(电流密度5mA/cm²循环5000次)。

最近报道，柔性杂化Co₃O_4-x//Zn电池体系实现了1.9V的输出电压和1500次循环,同时，电池在水中浸泡20h，容量保持率高达99.2％(ACSNano,2018,12,8597-8605)。尽管已经取得了相当大的研究进展，但是，柔性杂化锌基电池的容量和循环稳定性方面仍然受到过渡金属氧化物本征电导率差和不稳定结构的制约。

与过渡金属氧化物相比，过渡金属硒化物具有更好的电子导电性、更多的催化活性以及更加稳定的结构，因此在构建柔性杂化锌电池方面具有更大的发展潜力。

发明内容

针对上述的不足，本发明目的在于，提供一种超长循环寿命柔性杂化锌电池。

本发明目的之二在于，提供一种超长循环寿命柔性杂化锌电池制备方法。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案是：

一种超长循环寿命柔性杂化锌电池，其包括正极、负极以及介于两者之间的含有阴阳离子并具有离子导电性的水凝胶电解质组成，所述负极采用锌箔或者以锌元素为主的活性材料制成，所述正极为能与氢氧根离子发生氧化还原反应以及具有催化活性的硒化物材料制成，所述水凝胶电解质为耐碱的聚丙烯酸钠水凝胶电解质。