[发明专利]一种用于长寿命锌碘电池的沸石基离子交换涂层

说明书

本发明公开了一种用于长寿命锌碘电池的沸石基离子交换涂层，其包含沸石材料和粘合剂，所述的沸石材料的平均粒径不超过100μm；所述的沸石基离子交换涂层应用于锌碘电池时，附着在锌负极或者电池隔膜表面；能够阻碍I₃^‑离子穿梭、抑制枝晶生长和电解液对锌负极的腐蚀。本发明还公开了一种包括上述沸石基离子交换涂层的长寿命锌碘电池。本发明的涂层廉价、质轻、无污染，并且可在现有电池涂布设备上连续生产，既不影响原有二次锌碘电池的组装工艺，不显著降低二次锌碘电池的能量密度与功率密度，又能显著提升二次锌碘电池的循环寿命，可适用于所有锌碘电池体系中。

技术领域

本发明属于二次电池领域，具体涉及一种用于长寿命锌碘电池的沸石基离子交换涂层。

背景技术

可充电电池(二次电池)是驱动电动汽车、移动电子终端、智能电网的核心设备。但是，目前广泛使用的锂电池使用了酯类或醚类有机电解液，在滥用时存在燃烧隐患。而使用水系电解液的铅酸电池虽然具有很高的安全性和性价比，但其能量密度和循环寿命却不尽人意；此外，高污染性铅元素的使用还带来了一定的污染隐患。因此，急需开发一种高性能、低成本、高使用安全性的绿色环保型可充电电池体系。

可充电锌碘电池(以下简称锌碘电池)以高容量、高电位差的单质碘和金属锌为正、负极，两电极均通过独特的溶解-沉积机制存储电荷，相比于常见的离子嵌入或转换反应机制，具有反应速度快、可逆性好、能量/功率密度高等突出优点。并且，该电池体系可以使用不可燃的锌盐水溶液作为电解液，电池的所有组成部分均具有低成本、高环保性、高使用安全性等优点，是一类极具发展前景的电池体系。理论计算和实验研究均证实，锌碘电池有望实现高达310Wh/kg的理论能量密度(基于电极材料)，是能量密度最高的水系电池之一。

锌碘电池的储能反应机制虽然较为简单，但却存在诸多的有害副反应过程，严重影响了电池性能的提升。首先，在电池充放电过程时，I₂正极会与其放电产物I^-离子络合，形成可溶的I₃^-阴离子进入电解液，引起正极材料的流失。电解液中的I₃^-迁移到负极表面后，还会与金属锌发生氧化还原反应，造成锌负极腐蚀，以及电池自放电、容量衰减等一系列问题。上述过程被称为I₃^-穿梭效应。其次，金属锌的反应电位低于水分子的还原析氢电位，因此在电解液中会析氢腐蚀与表面钝化，造成负极损失并增大电池内阻。最后，锌负极在尖端放电效应和不均匀钝化层的作用下，会自发生长出大尺寸锌枝晶；这些锌枝晶很容易刺穿隔膜，造成电池短路失效；即使在刺穿隔膜之前，松散或断裂的锌枝晶也会失去和集流体的电接触，转化为不贡献容量的“死锌”，造成电池容量衰减。这些问题是困扰锌碘电池性能提升的核心难题。