一种水系锌离子电池的制作方法

本发明属于电池制备，具体涉及一种水系锌离子电池。

背景技术：

1、随着经济社会的高速发展和化石能源的日渐枯竭，可再生能源的需求急剧增大。基于太阳能、风能等可再生能源发电装机容量急剧增加。但是可再生能源发电，如太阳能、风能等往往受到季节、日照强度和风力变化等因素制约，呈现出随机性和间歇性特征，因此，需要开发高效、安全的储能技术以实现其高效稳定的应用。

2、作为一种新兴的储能技术，水系电池由于其低成本和高安全性受到广泛关注。在各种水系电池中，水系锌基电池直接采用高比能量金属锌作为电池负极，组装方便，可逆性好，因此在储能领域展现出广阔的应用前景。锌溴电池采用br2/br氧化还原电对为正极，表现出高的工作电位和功率密度，十分适用于储能场景。然而，由于充电过程中多溴化物的生成及其穿梭效应，导致电池库伦效率较低，电池循环性能受限。

技术实现思路

1、因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中水系锌基在充电过程中产生多溴化物及其穿梭效应，降低电池库伦效率，影响电池循环性能等缺陷，从而提供了一种水系锌离子电池。

2、为此，本发明提供了以下技术方案。

3、本发明提供了一种水系锌离子电池，包括隔膜和电解液；

4、所述电解液包括正极侧电解液和负极侧电解液；

5、所述正极侧电解液包括mn2+和br-；

6、所述隔膜为双极膜，用于分隔所述正极侧电解液和所述负极侧电解液，防止电解液交叉污染，防止多溴化物扩散。

7、所述正极侧电解液中mn2+的浓度为0.01-0.2mol/l；

8、优选地，所述正极侧电解液中br-的浓度为0.01-2mol/l。

9、所述正极侧电解液包括锰盐和溴化物。

10、所述锰盐为乙酸锰、氯化锰、硫酸锰和硝酸锰中的至少一种；

11、优选地，所述溴化物为溴化钾、溴化钠和溴化锂中的至少一种。

12、所述负极侧电解液包括zn2+；

13、优选地，所述负极侧电解液中zn2+的浓度为0.01-2mol/l。

14、所述负极侧电解的ph值＞10；

15、优选地，所述负极侧电解液还包括氢氧化钾和氢氧化钠中的至少一种；

16、优选地，所述锌盐为硫酸锌、醋酸锌和氯化锌中的至少一种。

17、所述正极侧电解液还包括水和/或乙酸。

18、所述正极侧电解液中乙酸的浓度为0.01-1mol/l。

19、所述负极侧电解液还包括水。

20、所述水系锌离子电池还包括正极；

21、优选地，所述正极的集流体为导电碳布、碳板、石墨毡、石墨板、钛网和镍网中一种。

22、所述水系锌离子电池还包括负极；

23、优选地，所述负极的原料包括锌、锌铝、锌锡和锌铟合金中的至少一种。

24、所述负极的原料的形态为箔材、泡沫状或粉末状。

25、进一步地，当负极的原料的形态为铝箔或泡沫状时，直接用作负极。

26、进一步地，当负极的原料的形态为粉末状时，所述负极包括集流体及附着在集流体上的活性层；

27、优选地，所述活性层的原料包括锌粉、导电剂和粘结剂；

28、优选地，所述导电剂占活性层的原料的质量分数为10-20％；

29、优选地，所述粘结剂占活性层的原料的质量分数为10-20％。

30、导电剂为乙炔黑、炭黑、碳纳米管和碳纤维中的至少一种；

31、粘结剂可以是但不限于pvdf。

32、本发明技术方案，具有如下优点：

33、1.本发明提供的水系锌离子电池，该水系锌离子电池包括隔膜和电解液，电解液包括正极侧电解液和负极侧电解液，正极侧电解液包括mn2+和br-，隔膜为双极膜，用于分隔所述正极侧电解液和所述负极侧电解液。该水系锌离子电池在充电过程中生成的mno2可以催化br2的还原，抑制多溴化物的生成和穿梭效应，电池库伦效率高，循环寿命长，还具有高工作电压。在充电过程中，该电池正极区中的锰离子失去电子被氧化为四价锰氧化物，沉积在正极集流体上，溴离子被氧化生成溴单质；在放电过程中，在四价锰氧化物的催化作用下，溴单质得到电子被还原为溴离子，四价锰氧化物被还原为二价锰离子，并溶于电解液中，充电和放电交替进行，上述反应为可逆转化反应，在充电和放电过程中，引入mno2/mn2+氧化还原电对，在充电过程中利用生成的mno2可以促进br-还原为br2，该转化效率高，还抑制了多溴化物的生成及产生的穿梭效应，从而提高了水系锌离子电池的库伦效率和循环寿命。

34、2.本发明提供的水系锌离子电池，正极侧电解液中mn2+会参与氧化还原反应，通过控制其浓度可以控制沉积容量，进而达到不同的技术效果。

35、3.本发明提供的水系锌离子电池，该电池负极为锌，与电解液配合，可以进一步提高工作电压，该电池的工作电压最高可为2.1v。

技术特征：

1.一种水系锌离子电池，其特征在于，包括隔膜和电解液；

2.根据权利要求1所述的水系锌离子电池，其特征在于，所述正极侧电解液中mn2+的浓度为0.01-0.2mol/l；

3.根据权利要求1或2所述的水系锌离子电池，其特征在于，所述正极侧电解液包括锰盐和溴化物。

4.根据权利要求3所述的水系锌离子电池，其特征在于，所述锰盐为乙酸锰、氯化锰、硫酸锰和硝酸锰中的至少一种；

5.根据权利要求1-4任一项所述的水系锌离子电池，其特征在于，所述负极侧电解液包括zn2+；

6.根据权利要求5所述的水系锌离子电池，其特征在于，所述负极侧电解的ph值＞10；

7.根据权利要求1-6任一项所述的水系锌离子电池，其特征在于，所述水系锌离子电池还包括正极；

8.根据权利要求1-7任一项所述的水系锌离子电池，其特征在于，所述水系锌离子电池还包括负极；

9.根据权利要求8所述的水系锌离子电池，其特征在于，所述负极的原料的形态为箔材、泡沫状或粉末状。

10.根据权利要求9所述的水系锌离子电池，其特征在于，当负极的原料的形态为粉末状时，所述负极包括集流体及附着在集流体上的活性层；

技术总结
本发明属于电池制备技术领域，具体涉及一种水系锌离子电池。该水系锌离子电池包括隔膜和电解液，电解液包括正极侧电解液和负极侧电解液，正极侧电解液包括Mn<supgt;2+</supgt;和Br<supgt;‑</supgt;，隔膜为双极膜，用于分隔所述正极侧电解液和所述负极侧电解液。该水系锌离子电池在充电过程中生成的MnO<subgt;2</subgt;可以催化Br<subgt;2</subgt;的还原，抑制多溴化物的生成和穿梭效应，电池库伦效率高，循环寿命长，还具有高工作电压。

技术研发人员：吴卓彦,李镔珂,刘笑驰,乐波,孙长平,朱小毅
受保护的技术使用者：中国长江三峡集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14