[发明专利]一种高电压平台的聚苯胺锌离子电池的制备方法及应用

说明书

本发明属于高性能锌离子电池的制备技术领域，公开了一种高电压平台的聚苯胺锌离子电池的制备方法及应用，选取聚苯胺掺杂剂和电解液添加剂；改变聚苯胺中的掺杂和合成方法；电解液则以硫酸锌为主体的电解液中加入添加剂并将电解液调整到弱酸性；通过在聚苯胺中加入质子酸掺杂，在碳布上生长成微观结构稳定的导电聚合物材料，由棒状结构交联而成的三维多孔结构。本发明通过在聚苯胺中加入质子酸掺杂，在碳布上生长成微观结构稳定的导电聚合物材料，由棒状结构交联而成的三维多孔结构具有良好的稳定性、较大的比表面积和较高的电导率，提高了电池的比容量、充放电电压、充放电速度；高放电电压窗口在实际应用中将有效减少电池串联使用。

技术领域

本发明属于高性能锌离子电池的制备技术领域，尤其涉及一种高电压平台的聚苯胺锌离子电池的制备方法及应用。

背景技术

随着电气工程领域与电子设备的迅速发展，人们对储能设备的性能也提出了更高的要求，锌离子电池由于其稳定性良好、能量密度高等优点受到了储能领域广泛的关注和研究。此外，导电聚合物因为具有较高的电导率、合成方法简单、能效高等优点常被用作电池的电极材料。目前常用的导电聚合物包括聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等，利用其掺杂和脱掺杂特性可有效提高导电聚合物各项储电性能。目前可充电电池虽然已经有了长足的发展，但由于普遍使用水系电解液，电压窗口范围较窄，因此相对容量也较低。另一方面反应过程中氧化还原电位一定，放电电压平台不高。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：目前可充电电池存在能量密度较低、放电电压平台较低。

解决以上问题及缺陷的难度为：对一个电池来说，电池容量是电池性能的重要指标，它表示在一定条件下(放电率、温度、终止电压)电池放出的电量，其中理论容量的计算方法为C＝26.8nm/M，n是电子数，m是活性物质质量，M是活性物质分子量。对一个材料来说理论容量不会发生变化，我们希望通过对材料修饰使其尽量接近理论容量，也就是说希望放电时输出更多的功。而这需要通过对材料形貌、电池反应机理、电解液调控等各个方面的设计来实现。

解决以上问题及缺陷的意义为：通过提高放电电压平台，使得在相同放电时间内输出更多功，并且高电压平台对于器件的实际应用有着至关重要的作用。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种高电压平台的聚苯胺锌离子电池的制备方法及应用。

本发明是这样实现的，一种高电压平台的聚苯胺锌离子电池的制备方法，所述高电压平台的聚苯胺锌离子电池的制备方法选取聚苯胺掺杂剂和电解液添加剂；改变聚苯胺中的掺杂和合成方法；电解液则以硫酸锌为主体的电解液中加入添加剂并将电解液调整到弱酸性；通过在聚苯胺中加入质子酸掺杂，在碳布上生长成微观结构稳定的导电聚合物材料，由棒状结构交联而成的三维多孔结构。

进一步，所述高电压平台的聚苯胺锌离子电池的制备方法包括：

第一步，使用砂纸对锌片进行打磨，去除金属锌表面的金属氧化物和其他物质，并使之作为电池阳极；

第二步，制备电池阴极；

第三步，使用植酸锌和七水合硫酸锌配制电解液；

第四步，将锌片作为阳极，碳布作为阴极，电解液组装成锌离子电池。

进一步，所述第二步包括：

(1)将亲水碳布裁剪为1*2cm大小，在保持碳布表面清洁的情况下对碳布称重并记录，将0.286g过硫酸铵溶解于1ml去离子水中，得到A溶液，将0.458ml苯胺溶解于0.921ml的50％植酸溶液和2ml去离子水的混合溶液，得到B溶液；

(2)将A、B溶液分别按比例取共30ul在碳布上聚合2小时；

其中，参与反应的A、B溶液在聚合前均降至0℃，聚合反应在0℃水浴环境下进行；溶液A、B滴加到碳布上时的顺序为：先滴加B溶液再滴加A溶液；