CN114388903B - 一种水系锌离子电池用含有机添加剂的电解液及其制备方法、水系锌离子电池 - Google Patents
一种水系锌离子电池用含有机添加剂的电解液及其制备方法、水系锌离子电池 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114388903B CN114388903B CN202210027961.6A CN202210027961A CN114388903B CN 114388903 B CN114388903 B CN 114388903B CN 202210027961 A CN202210027961 A CN 202210027961A CN 114388903 B CN114388903 B CN 114388903B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- zinc
- ion battery
- electrolyte
- additive
- water
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- PTFCDOFLOPIGGS-UHFFFAOYSA-N Zinc dication Chemical compound [Zn+2] PTFCDOFLOPIGGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 88
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 title claims abstract description 84
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 50
- 239000006259 organic additive Substances 0.000 title claims abstract description 39
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 11
- 229920002134 Carboxymethyl cellulose Polymers 0.000 claims abstract description 47
- 239000001768 carboxy methyl cellulose Substances 0.000 claims abstract description 47
- 235000010948 carboxy methyl cellulose Nutrition 0.000 claims abstract description 47
- 239000008112 carboxymethyl-cellulose Substances 0.000 claims abstract description 47
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims abstract description 28
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims abstract description 27
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 31
- NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N manganese dioxide Chemical group O=[Mn]=O NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 28
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims description 25
- NWONKYPBYAMBJT-UHFFFAOYSA-L zinc sulfate Chemical compound [Zn+2].[O-]S([O-])(=O)=O NWONKYPBYAMBJT-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 23
- 229960001763 zinc sulfate Drugs 0.000 claims description 23
- 229910000368 zinc sulfate Inorganic materials 0.000 claims description 23
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical group [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 15
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 229940099596 manganese sulfate Drugs 0.000 claims description 8
- 239000011702 manganese sulphate Substances 0.000 claims description 8
- 235000007079 manganese sulphate Nutrition 0.000 claims description 8
- SQQMAOCOWKFBNP-UHFFFAOYSA-L manganese(II) sulfate Chemical compound [Mn+2].[O-]S([O-])(=O)=O SQQMAOCOWKFBNP-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 8
- 239000012286 potassium permanganate Substances 0.000 claims description 6
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 claims description 5
- 229910001437 manganese ion Inorganic materials 0.000 claims description 4
- CITILBVTAYEWKR-UHFFFAOYSA-L zinc trifluoromethanesulfonate Chemical compound [Zn+2].[O-]S(=O)(=O)C(F)(F)F.[O-]S(=O)(=O)C(F)(F)F CITILBVTAYEWKR-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 4
- RXBXBWBHKPGHIB-UHFFFAOYSA-L zinc;diperchlorate Chemical compound [Zn+2].[O-]Cl(=O)(=O)=O.[O-]Cl(=O)(=O)=O RXBXBWBHKPGHIB-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 4
- 229910001297 Zn alloy Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 2
- 210000001787 dendrite Anatomy 0.000 abstract description 6
- 229940105329 carboxymethylcellulose Drugs 0.000 description 45
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 12
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 8
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 7
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 7
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 7
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 7
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 5
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 5
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 4
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 3
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 3
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 3
- 150000003751 zinc Chemical class 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002000 Electrolyte additive Substances 0.000 description 2
- 238000005481 NMR spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 2
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 2
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 2
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 2
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 2
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 2
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 2
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 2
- YLZOPXRUQYQQID-UHFFFAOYSA-N 3-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)-1-[4-[2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidin-5-yl]piperazin-1-yl]propan-1-one Chemical compound N1N=NC=2CN(CCC=21)CCC(=O)N1CCN(CC1)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F YLZOPXRUQYQQID-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006245 Carbon black Super-P Substances 0.000 description 1
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 230000016615 flocculation Effects 0.000 description 1
- 238000005189 flocculation Methods 0.000 description 1
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 1
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 1
- 238000007086 side reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007614 solvation Methods 0.000 description 1
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N zinc oxide Inorganic materials [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/36—Accumulators not provided for in groups H01M10/05-H01M10/34
- H01M10/38—Construction or manufacture
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/02—Details
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2300/00—Electrolytes
- H01M2300/0002—Aqueous electrolytes
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Abstract
本发明具体涉及一种水系锌离子电池用含有机添加剂的电解液及其制备方法、水系锌离子电池，属于二次电池技术领域。本发明的水系锌离子电池用含有机添加剂的电解液，包括水系锌离子电池电解液和添加剂；所述添加剂为羧甲基纤维素；所述添加剂的质量含量为0.2％～1.0％。本发明的水系锌离子电池用含有机添加剂的电解液组装成电池后能够诱导锌离子在负极均匀沉积，抑制枝晶的产生，使电池在循环过程中保持较高且稳定的库伦效率和较长的循环寿命。
Description
技术领域
本发明属于二次电池领域，具体涉及一种水系锌离子电池用含有机添加剂的电解液及其制备方法、水系锌离子电池。
背景技术
近年来，笔记本，新能源电动汽车等移动电子设备快速普及，伴随着此类移动设备的使用范围的拓宽，驱动它们的电池成为非常重要的部件之一，研发小型化、轻量化、高比能的储能设备刻不容缓。目前商业化程度较高的锂离子电池虽然性能优异，但是存在安全隐患，且成本较高。水系锌离子电池作为一种成本低廉、原材料丰度大、绿色环保的二次电池体系开始被广泛研究。
以锌为负极的水系锌离子电池中，二价锌离子在充放电过程中携带的电荷量翻倍，电池功率密度大。然而，该体系电池存在析氢析氧副反应以及枝晶问题，导致现有水系锌离子电池的循环寿命和库伦效率低。
现有技术中存在对锌负极进行修饰的技术方案来降低锌枝晶的产生，例如，申请公布号为CN113725392A的中国专利申请公开了一种界面修饰的金属锌负极及其制备方法，具体是在锌极片表面进行修饰，涂覆PVDF@氧化石墨烯@氧化锌聚合物复合膜，改性后的锌极片在充放电后，形成数目较少的锌枝晶，延长了电池的使用寿命。
寻找行之有效的方法来改善锌的沉积，提高水系锌离子电池的循环寿命和库伦效率，才能进一步推动水系锌离子电池的大规模应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种均匀的水系锌离子电池用含有机添加剂的电解液，由该电解液装配的水系锌离子电池具有循环寿命长、库伦效率较高的优点。
本发明的第二个目的在于提供一种上述水系锌离子电池用含有机添加剂的电解液的制备方法。
本发明的第三个目的在于提供一种包含上述水系锌离子电池用含有机添加剂的电解液的水系锌离子电池。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种水系锌离子电池用含有机添加剂的电解液，包括水系锌离子电池电解液和添加剂；所述添加剂为羧甲基纤维素；所述添加剂的质量含量为0.2％～1.0％。
本发明的水系锌离子电池用含有机添加剂的电解液采用羧甲基纤维素作为添加剂，该添加剂的成本较低，属于环境友好型材料；并且该添加剂能够与锌离子共同作用，使得本发明的水系锌离子电池用含有机添加剂的电解液长时间放置无沉淀产生。
本发明的水系锌离子电池用含有机添加剂的电解液组装成电池后能够诱导锌离子在负极均匀沉积，抑制枝晶的产生，使电池在循环过程中保持较高且稳定的库伦效率和较长的循环寿命。
水系锌离子电池用含有机添加剂的电解液为水系锌离子电池中常用的中性电解液。
进一步地，所述添加剂的质量含量为0.5％。
进一步地，所述水系锌离子电池电解液为含有锌离子的水溶液。
进一步地，所述水系锌离子电池电解液还含有二价锰离子，二价锰离子的浓度为0.1mol/L。
进一步地，所述含有锌离子的水溶液中锌离子的浓度为1～2mol/L。
进一步地，所述水系锌离子电池电解液为硫酸锌溶液、三氟甲磺酸锌溶液或高氯酸锌溶液。
本发明的水系锌离子电池用含有机添加剂的电解液的制备方法采用的方案为：
一种水系锌离子电池用含有机添加剂的电解液的制备方法，包括以下步骤：先将所述添加剂与水混合，形成添加剂溶液，再将添加剂溶液与所述水系锌离子电池电解液中的电解质成分混合。
本发明的水系锌离子电池用含有机添加剂的电解液的制备方法，向添加剂溶液中加入电解质成分，合理控制添加剂与电解质成分的混合顺序，避免电解质成分和添加剂在电解液中出现絮凝现象。
进一步地，所述添加剂与水的混合在室温下进行。
进一步地，所述水系锌离子电池用含有机添加剂的电解液中的电解质成分为锌盐。
本发明的水系锌离子电池采用的方案为：
一种水系锌离子电池，包括正极、负极、隔膜和上述水系锌离子电池用含有机添加剂的电解液。
本发明的水系锌离子电池，采用含有羧甲基纤维素添加剂和锌盐的电解液，羧甲基纤维素能够有效改善锌离子的沉积形貌，在循环过程中容量损失较小，循环寿命长。
进一步地，所述隔膜为普通滤纸、Celgard系列膜、水系滤纸或玻璃纤维滤纸。
进一步地，所述负极为锌或锌合金。所述正极为二氧化锰。跟二氧化锰正极组装成的水系锌离子电池具有长循环寿命及较好的电化学稳定性。
进一步地，所述二氧化锰的制备方法包括以下步骤：将硫酸锰和高锰酸钾在140～160℃下进行水热反应。更进一步地，水热反应的时间为12～18h。
进一步地，所述硫酸锰和高锰酸钾的摩尔比为(1.5～2):1。
进一步地，所述将硫酸锰和高锰酸钾在140～160℃下进行水热反应具体为：将硫酸锰溶于水中形成第一溶液，将高锰酸钾溶于水中形成第二溶液，再将第一溶液和第二溶液混合，在140～160℃下进行水热反应。
附图说明
图1为本发明的实施例1～3中的水系锌离子电池用含有机添加剂的电解液以及0.2wt％、0.5wt％和1wt％的羧甲基纤维素溶液的核磁共振氢谱图；
图2为本发明的实施例10中的二氧化锰的XRD图；
图3为本发明的实施例10和对比例2中的Zn||MnO2全电池在0.5A/g的电流密度下，放电容量、库伦效率随循环圈数的变化曲线图；
图4为本发明的实施例10和对比例2中的Zn||MnO2全电池在0.5A/g的电流密度下，循环首圈的充放电容量和电压的关系图；
图5为本发明的实验例4中的Zn||Cu半电池和对照组电池的库伦效率随循环圈数的变化曲线图；
图6为本发明的实验例4中对照组电池循环首圈后的负极沉积形貌SEM图；
图7为本发明的实验例4中的Zn||Cu半电池含0.5wt％添加剂的电池循环首圈后的负极沉积形貌SEM图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步地说明。
一、水系锌离子电池用含有机添加剂的电解液的实施例
实施例1
本实施例的水系锌离子电池用含有机添加剂的电解液为硫酸锌和羧甲基纤维素的混合水溶液，其中硫酸锌的浓度为1mol/L，羧甲基纤维素的质量含量为0.5％。
实施例2
本实施例的水系锌离子电池用含有机添加剂的电解液为硫酸锌和羧甲基纤维素的混合水溶液，其中硫酸锌的浓度为1mol/L，羧甲基纤维素的质量含量为0.2％。
实施例3
本实施例的水系锌离子电池用含有机添加剂的电解液为硫酸锌和羧甲基纤维素的混合水溶液，其中硫酸锌的浓度为1mol/L，羧甲基纤维素的质量含量为1.0％。
实施例4
本实施例的水系锌离子电池用含有机添加剂的电解液为硫酸锌、羧甲基纤维素和硫酸锰的混合水溶液，其中硫酸锌的浓度为1mol/L，羧甲基纤维素的质量含量为0.5％，硫酸锰的浓度为0.1mol/L。
实施例5
本实施例的水系锌离子电池用含有机添加剂的电解液为硫酸锌和羧甲基纤维素的混合水溶液，其中硫酸锌的浓度为1.5mol/L，羧甲基纤维素的质量含量为0.2％。
实施例6
本实施例的水系锌离子电池用含有机添加剂的电解液为硫酸锌和羧甲基纤维素的混合水溶液，其中硫酸锌的浓度为2mol/L，羧甲基纤维素的质量含量为0.2％。
实施例7
本实施例的水系锌离子电池用含有机添加剂的电解液为三氟甲磺酸锌和羧甲基纤维素的混合水溶液，其中三氟甲磺酸锌的浓度为1mol/L，羧甲基纤维素的质量含量为0.2％。
实施例8
本实施例的水系锌离子电池用含有机添加剂的电解液为高氯酸锌和羧甲基纤维素的混合水溶液，其中高氯酸锌的浓度为1mol/L，羧甲基纤维素的质量含量为0.2％。
二、水系锌离子电池用含有机添加剂的电解液的制备方法的实施例
实施例9
本实施例的水系锌离子电池用含有机添加剂的电解液的制备方法，为实施例1中的水系锌离子电池用含有机添加剂的电解液的制备方法，包括以下步骤：取适量羧甲基纤维素溶于10mL的去离子水中，搅拌使羧甲基纤维素溶解均匀，将羧甲基纤维素溶液倒进25mL的容量瓶中，再将适量ZnSO4·7H2O溶于去离子水中，形成硫酸锌溶液，然后将硫酸锌溶液倒进装有羧甲基纤维素溶液的容量瓶中，加水至25mL刻度线，即得。
三、水系锌离子电池的实施例
实施例10
本实施例的水系锌离子电池为Zn||MnO2全电池，包括正极、负极、隔膜和电解液，正极为二氧化锰，负极为锌，电解液为实施例4中的水系锌离子电池用含有机添加剂的电解液，隔膜为玻璃纤维滤纸，该水系锌离子电池的制备方法包括以下步骤：
1)制备二氧化锰：取MnSO4·H2O(0.3803g，0.00225mol)溶于15mL去离子水中，形成第一溶液，取高锰酸钾(0.237g，0.0015mol)溶于15mL去离子水中，形成第二溶液，将第二溶液加入第一溶液中形成混合溶液，然后将混合溶液转移至聚四氟乙烯内衬的高压釜中，在160℃下加热反应12小时，待反应完成后，自然冷却至室温，离心取沉淀物，用去离子水洗涤，然后干燥；
2)将步骤1)得到的二氧化锰与PVDF、导电碳黑(Super-P)按照7：2：1的比例混合后涂布在400目不锈钢网上，烘干裁片得到二氧化锰正极后，与其他材料按照如下的步骤组装成电池：采用负极壳，弹片，垫片，锌箔(负极)，电解液，隔膜，电解液，二氧化锰正极，垫片，正极壳的顺序组装，然后用封口机压制得到扣式Zn||MnO2全电池。
其他实施情形下，在本实施例的基础上，步骤1)中的混合溶液转移至聚四氟乙烯内衬的高压釜中，在140℃或150℃下加热反应12小时，可以得到与本实施例类似的扣式Zn||MnO2全电池。
四、对比例
对比例1
本对比例的电解液的制备方法，包括以下步骤：先将适量ZnSO4·7H2O溶于去离子水中，形成硫酸锌溶液，将硫酸锌溶液倒进25mL的容量瓶中，取适量羧甲基纤维素溶于10mL的去离子水中，搅拌使羧甲基纤维素溶解均匀，然后将羧甲基纤维素溶液倒进装有硫酸锌溶液的容量瓶中。
本对比例的电解液，先溶解锌盐再加入羧甲基纤维素添加剂导致电解液浑浊，继续存放产生沉淀，有违均匀电解液的基本要求，无法组装成电池进行测试。
对比例2
本对比例的水系锌离子电池为Zn||MnO2全电池，与实施例10中的电池的区别仅在于，本对比例的电池中的电解液为硫酸锌溶液(1mol/L)和硫酸锰溶液(0.1mol/L)，未述及内容完全同实施例10。
五、实验例
实验例1
对实施例1～3中制备的水系锌离子电池用含有机添加剂的电解液以及0.2wt％、0.5wt％和1wt％的羧甲基纤维素的水溶液进行核磁共振氢谱表征，测试结果如图1所示。由图1可知，在没有硫酸锌加入时，不同含量羧甲基纤维素的水溶液没有峰位的偏移，意味着此时羧甲基纤维素并没有发生溶剂化，但是当加入硫酸锌后，溶液中的氢键网络被加强，导致特征峰整体左移。但是当添加剂含量为0.5wt％时，羧甲基纤维素在水中电离的阴离子与锌离子之间形成配位键削弱了氢键，导致峰右移。
实验例2
对实施例10中的二氧化锰进行XRD表征，将测得的XRD图与标准卡片(JCPDS：44-0141)对比，结果如图2所示。由图2可知，实施例10中的二氧化锰的峰型与MnO2标准卡片的峰型对照较好。
实验例3
对实施例10和对比例2中的Zn||MnO2全电池进行充放电测试，结果如图3、图4所示。电池的测试条件为：电压区间为0.8～1.8V，电流密度为0.5A/g。
从图3可以看出，在相同的测试条件下，当电池的电解液含有羧甲基纤维素时，该电池的放电容量远高于没有羧甲基纤维素的。从图4中可以看出，在充电容量方面，电池电解液中有或无羧甲基纤维素的充电容量数据相差不大，而在放电容量方面，电池电解液中有羧甲基纤维素的放电容量远大于对比例2的放电容量，这意味着有羧甲基纤维素的电池的首圈库伦效率远高于对比例2，在循环过程中容量损失较小。
实验例4
制备的Zn||Cu扣式半电池：以铜箔圆片作为正极，锌箔为负极，玻璃纤维为隔膜，将不含羧甲基纤维素以及含有0.2wt％、0.5wt％和1wt％的羧甲基纤维素的电解液分别组装成电池。具体步骤为：负极壳，弹片，垫片，锌箔(负极)，电解液，隔膜，电解液，铜箔(正极)，垫片，正极壳的顺序组装，中间电解液为1mol/L的硫酸锌，然后用封口机压制得到扣式电池；不含羧甲基纤维素的电解液组装的电池作为对照组。
对上述Zn||Cu半电池和对照组电池进行充放电测试，结果如图5所示。电池的测试条件：电流密度为1mA/cm2，充电的截止电压为0.6V，在负极上的截止条件是单位面积上的容量为1mAh/cm2，从图5的库伦效率曲线可以看出羧甲基纤维素的引入明显提高了电池的长循环稳定性，具体表现为库伦效率稳定且循环寿命长，其中0.5wt％的羧甲基纤维素对应的电解液组装成电池后的循环性能最好。
为了进一步探究电解液添加剂对锌负极影响，利用扫描电镜观察上述电解液中含有0.5wt％的Zn||Cu半电池和对照组电池循环首圈后，负极的表面形貌，结果如图6、图7所示。图6和图7分别是没有羧甲基纤维素的电池和0.5wt％羧甲基纤维素的电池首圈沉积时的SEM图，对比可以看出电解液添加剂的作用原理是影响锌离子的沉积形貌，即诱导锌离子在锌负极表面均匀沉积，防止不均匀沉积导致锌枝晶的产生，从而延长了电池的循环寿命。
Claims (8)
1.一种水系锌离子电池用含有机添加剂的电解液，其特征在于，为水系锌离子电池电解液和添加剂组成的混合水溶液；所述添加剂为羧甲基纤维素；所述添加剂的质量含量为0.2%~1.0%；所述水系锌离子电池电解液为含有锌离子的水溶液；所述含有锌离子的水溶液中锌离子的浓度为1~2mol/L。
2.根据权利要求1所述的水系锌离子电池用含有机添加剂的电解液，其特征在于，所述添加剂的质量含量为0.5%。
3.根据权利要求1所述的水系锌离子电池用含有机添加剂的电解液，其特征在于，所述水系锌离子电池电解液还含有二价锰离子，二价锰离子的浓度为0.1mol/L。
4.根据权利要求1或3所述的水系锌离子电池用含有机添加剂的电解液，其特征在于，所述水系锌离子电池电解液为硫酸锌溶液、三氟甲磺酸锌溶液或高氯酸锌溶液。
5.一种如权利要求1~4中任一项所述的水系锌离子电池用含有机添加剂的电解液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：先将所述添加剂与水混合，形成添加剂溶液，再将添加剂溶液与所述水系锌离子电池电解液中的电解质成分混合。
6.一种水系锌离子电池，其特征在于，包括正极、负极、隔膜和如权利要求1~3中任一项所述的水系锌离子电池用含有机添加剂的电解液。
7.根据权利要求6所述的水系锌离子电池，其特征在于，所述负极为锌或锌合金；所述正极为二氧化锰。
8.根据权利要求7所述的水系锌离子电池，其特征在于，所述二氧化锰的制备方法包括以下步骤：将硫酸锰和高锰酸钾在140~160℃下进行水热反应。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210027961.6A CN114388903B (zh) | 2022-01-11 | 2022-01-11 | 一种水系锌离子电池用含有机添加剂的电解液及其制备方法、水系锌离子电池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210027961.6A CN114388903B (zh) | 2022-01-11 | 2022-01-11 | 一种水系锌离子电池用含有机添加剂的电解液及其制备方法、水系锌离子电池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114388903A CN114388903A (zh) | 2022-04-22 |
| CN114388903B true CN114388903B (zh) | 2023-11-07 |
Family
ID=81202520
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210027961.6A Active CN114388903B (zh) | 2022-01-11 | 2022-01-11 | 一种水系锌离子电池用含有机添加剂的电解液及其制备方法、水系锌离子电池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114388903B (zh) |
Citations (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02270262A (ja) * | 1989-04-12 | 1990-11-05 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 亜鉛アルカリ電池 |
| CN1151087A (zh) * | 1995-11-21 | 1997-06-04 | 杨建生 | 高效锌锰电池 |
| JP2005100677A (ja) * | 2003-09-22 | 2005-04-14 | Toshiba Battery Co Ltd | ボタン型アルカリ電池とその製造方法 |
| CN102569904A (zh) * | 2012-02-27 | 2012-07-11 | 超威电源有限公司 | 起动型电池用胶体电解质 |
| CN102683756A (zh) * | 2011-03-15 | 2012-09-19 | 清华大学深圳研究生院 | 聚合物可充电锌离子电池 |
| KR20180112223A (ko) * | 2017-04-03 | 2018-10-12 | 상명대학교산학협력단 | 아연공기전지의 전해액, 이를 이용한 아연공기전지의 음극 및 아연공기전지 |
| CN111740172A (zh) * | 2020-07-03 | 2020-10-02 | 南京林业大学 | 一种用于锌离子电池的凝胶电解质及其制备方法 |
| CN112117458A (zh) * | 2020-09-22 | 2020-12-22 | 江苏兆维塑料科技有限公司 | 一种柔性导电MOFs基锌离子电池及其制备方法 |
| CN112582610A (zh) * | 2020-12-28 | 2021-03-30 | 安阳师范学院 | 一种基于导电MOFs基纳米材料的柔性锌离子电池 |
| CN112820951A (zh) * | 2021-01-06 | 2021-05-18 | 郑州大学 | 一种含木质素和明胶复配型添加剂的电解液及使用该电解液的水系锌离子电池 |
| CN113078371A (zh) * | 2021-03-25 | 2021-07-06 | 郑州大学 | 一种水系锌离子电池电解液及其制备方法和应用 |
| CN113161631A (zh) * | 2021-06-16 | 2021-07-23 | 中南大学 | 含有添加剂的水系锌离子电池电解液及其制备方法和电池 |
| CN113540449A (zh) * | 2021-07-12 | 2021-10-22 | 郑州轻工业大学 | 农作物秸秆分级处理制备环保可再生锌离子电池的方法 |
| CN113698718A (zh) * | 2021-09-18 | 2021-11-26 | 科思技术(温州)研究院 | 两性离子水凝胶、电解质、二次电池或超级电容器、及用电设备 |
-
2022
- 2022-01-11 CN CN202210027961.6A patent/CN114388903B/zh active Active
Patent Citations (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02270262A (ja) * | 1989-04-12 | 1990-11-05 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 亜鉛アルカリ電池 |
| CN1151087A (zh) * | 1995-11-21 | 1997-06-04 | 杨建生 | 高效锌锰电池 |
| JP2005100677A (ja) * | 2003-09-22 | 2005-04-14 | Toshiba Battery Co Ltd | ボタン型アルカリ電池とその製造方法 |
| CN102683756A (zh) * | 2011-03-15 | 2012-09-19 | 清华大学深圳研究生院 | 聚合物可充电锌离子电池 |
| CN102569904A (zh) * | 2012-02-27 | 2012-07-11 | 超威电源有限公司 | 起动型电池用胶体电解质 |
| KR20180112223A (ko) * | 2017-04-03 | 2018-10-12 | 상명대학교산학협력단 | 아연공기전지의 전해액, 이를 이용한 아연공기전지의 음극 및 아연공기전지 |
| CN111740172A (zh) * | 2020-07-03 | 2020-10-02 | 南京林业大学 | 一种用于锌离子电池的凝胶电解质及其制备方法 |
| CN112117458A (zh) * | 2020-09-22 | 2020-12-22 | 江苏兆维塑料科技有限公司 | 一种柔性导电MOFs基锌离子电池及其制备方法 |
| CN112582610A (zh) * | 2020-12-28 | 2021-03-30 | 安阳师范学院 | 一种基于导电MOFs基纳米材料的柔性锌离子电池 |
| CN112820951A (zh) * | 2021-01-06 | 2021-05-18 | 郑州大学 | 一种含木质素和明胶复配型添加剂的电解液及使用该电解液的水系锌离子电池 |
| CN113078371A (zh) * | 2021-03-25 | 2021-07-06 | 郑州大学 | 一种水系锌离子电池电解液及其制备方法和应用 |
| CN113161631A (zh) * | 2021-06-16 | 2021-07-23 | 中南大学 | 含有添加剂的水系锌离子电池电解液及其制备方法和电池 |
| CN113540449A (zh) * | 2021-07-12 | 2021-10-22 | 郑州轻工业大学 | 农作物秸秆分级处理制备环保可再生锌离子电池的方法 |
| CN113698718A (zh) * | 2021-09-18 | 2021-11-26 | 科思技术(温州)研究院 | 两性离子水凝胶、电解质、二次电池或超级电容器、及用电设备 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 二次锌电极循环容量的研究;华寿南, 张树永, 阎新华, 刘玉刚, 衣守忠;电池(第02期);全文 * |
| 可充电锌电极的研究进展;方飞, 张文魁, 黄辉, 甘永平;电池(第06期);全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114388903A (zh) | 2022-04-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108767263B (zh) | 一种改性金属锂负极铜箔集流体的制备方法及应用 | |
| WO2011079482A1 (zh) | 一种电池 | |
| CN115196691A (zh) | 一种钠离子电池用镍铁锰三元前驱体及其制备方法和应用 | |
| CN104795564B (zh) | 一种水溶液二次电池的正极材料、极片、二次电池和用途 | |
| CN111304679B (zh) | 一种电化学离子提取法电解制备高纯六氟磷酸锂的装置和方法 | |
| CN107492659B (zh) | 铝硫电池及其制备方法和应用 | |
| CN114937774B (zh) | 一种p2和p3混合相层状氧化物钠离子电池正极材料及其制备方法和应用 | |
| CN111081971B (zh) | 水系锌离子电池的电极的制备方法、电极与电池 | |
| CN104466122A (zh) | 一种钴铝水滑石制备镍氢二次电池镍正极的方法及其应用 | |
| CN110176622B (zh) | 一种金属锂二次电池电解液及其制备方法与应用 | |
| CN114883670A (zh) | 一种以麦秆提取物作为生物质有机盐添加剂的水系锌离子电池电解液及其应用 | |
| CN108063241B (zh) | 抑制锂金属表面产生锂枝晶的方法 | |
| CN108539188A (zh) | 一种液态金属纳米粒子的制备方法及锂离子电池的制备方法 | |
| CN104538615A (zh) | 一种锂离子二次电池负极材料及其制备方法 | |
| CN116805684A (zh) | 一种Al、Zn、Ti和Fe共掺杂双相层状氧化物钠离子电池高熵正极材料 | |
| CN114388903B (zh) | 一种水系锌离子电池用含有机添加剂的电解液及其制备方法、水系锌离子电池 | |
| CN113346142B (zh) | 锂离子二次电池用低浓度电解液及锂离子二次电池 | |
| CN114142006B (zh) | 一种高循环稳定性锂离子电池负极材料及其制备方法 | |
| CN109449522A (zh) | 一种废电池中的金属离子回收及应用于全固态锂电池的方法 | |
| CN109273670A (zh) | 一种具有高比表面介孔保护膜的金属锂负极及其制备方法 | |
| CN116487584A (zh) | 正极复合材料、其制备方法、正极以及锂离子二次电池 | |
| CN109065879B (zh) | 一种钠离子电池负极材料及其制备方法 | |
| CN114497539B (zh) | 基于亚铁氰化铜正极和吩嗪类有机物负极的水系可充电电池 | |
| CN112864459B (zh) | 一种电解液及其制备方法和二次锂金属电池 | |
| CN110556581A (zh) | 一种适用于钾离子电池的浓缩电解液体系 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |