一体化锌离子电池及其制备方法以及电池的制备方法与流程

本申请涉及电池领域，具体而言，涉及一种一体化锌离子电池及其制备方法以及电池的制备方法。

背景技术：

1、可充电电池广泛应用于电动交通工具、智能电网、医疗器械及各种便携式电子设备。水系可充电电池由于具有高安全性、低成本、环境友好等优点，在大规模储能系统中具有广阔的应用前景。金属锌由于具有高容量(820mahg-1)，低成本和储量丰富等优势，是一种极具应用前景的负极材料，所以水系锌离子电池近年来受到研究人员的广泛关注。

2、虽然水系锌离子电池在安全性和成本方面具有很大的优势，但同时也面临着诸多挑战。在水系锌离子电池中存在由于水而引起的许多副反应，这些副反应会直接或间接导致锌枝晶的生长，正极材料的溶解以及副产物的生成，从而导致电池容量快速衰减。聚合物/凝胶电解质的含水量相比于溶液较低，并且固-固界面代替固-液界面，可以减少充放电过程中界面处水引起的副反应，提高了电池的电化学稳定性。此外，由于聚合物/凝胶电解质的特性，如自愈性、弹性、抗冻性和热反应性能等，可以被广泛应用于各种柔性可穿戴电子产品中。这就要求其在各种机械应变下，尤其是在弯曲和剪切应变下，依旧能保持稳定的电化学性能。这不仅对正极材料、电解质和负极提出了更高的要求，也对它们之间的界面结合提出了更高的要求。正极-凝胶电解质界面和负极-凝胶电解质界面均为固-固界面，在各种机械应变下凝胶电解质与正/负极很容易发生错位，导致电池性能损失。此外，在不断地进行充放电循环的过程中，固-固界面间的阻抗也会不断增加，从而影响整个电池的循环性能和倍率性能。

技术实现思路

1、本申请实施例的目的在于提供一种一体化锌离子电池及其制备方法以及电池的制备方法，旨在提高电池的电化学性能。

2、第一方面，本申请提供一种一体化锌离子电池的制备方法，包括：

3、将聚合物单体混合溶液、负极材料、正极材料反应；其中，负极材料提供金属锌；正极材料提供还原性金属离子；聚合物单体混合溶液提供氧化剂；

4、还原性金属离子、金属锌分别与氧化剂发生氧化还原反应，产生自由基；

5、自由基引发聚合物单体在正极和负极之间聚合形成聚合物凝胶电解质。

6、本申请首创性的发现了具有较强还原性的金属锌可以使聚合物单体在常温下快速聚合，与传统的加热或光照聚合不同，这种制备方法工艺简单，条件温和，常温即可操作，避免了加热或光照带来的单体挥发、光照穿透不足等问题，能够直接应用于锌金属电池领域。利用具有还原性的锌金属作为负极材料，同时在正极侧引入还原性金属离子，分别在正极侧和负极侧构筑氧化还原引发聚合体系，即可在正极和负极之间原位制备聚合物凝胶电解质，获得正极-聚合物凝胶电解质-负极一体化的电池结构。这种一体化的电池结构缓解了传统的因固-固界面而引起的电池界面阻抗增加和因固-液界面而导致锌枝晶生长严重的问题，从而能够有效提高电池的电化学性能。

7、在本申请的其他实施例中，上述金属锌选自纯锌、锌合金或者镀锌基材中的至少一种。

8、在本申请的其他实施例中，上述还原性金属离子选自氯化亚铁溶液、硫酸亚铁溶液、氯化亚铁和硫酸亚铁的混合溶液中的至少一种。

9、在本申请的其他实施例中，制备正极材料包括：

10、将正极片浸泡于还原性金属离子盐溶液和锌盐的混合溶液中；可选地，锌盐为硫酸锌。

11、在本申请的其他实施例中，上述制备聚合物单体混合溶液包括：

12、将聚合物单体、氧化剂、交联剂与锌盐溶液混合。

13、在本申请的其他实施例中，上述聚合物单体包括丙烯酰胺、丙烯酸、丙烯酸钠、n-异丙基丙烯酰胺或者羟乙基丙烯酰胺中的至少一种。

14、可选地，锌盐为硫酸锌。

15、在本申请的其他实施例中，上述将聚合物单体混合溶液、负极材料、正极材料反应是在大于10℃小于等于35℃温度范围进行。

16、在本申请的其他实施例中，上述将聚合物单体混合溶液、负极材料、正极材料反应的时间为1min～30min。

17、第二方面，本申请提供一种锌离子电池，采用前述的制备方法制得。

18、第三方面，本申请提供一种离子电池的制备方法，包括：

19、将聚合物单体混合溶液、负极材料、正极材料反应；其中，负极材料提供还原性金属；聚合物单体混合溶液提供氧化剂；

20、还原性金属与氧化剂发生氧化还原反应，产生自由基；

21、自由基引发聚合物单体在正极和负极之间聚合形成聚合物凝胶电解质。

技术特征：

1.一种一体化锌离子电池的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一体化锌离子电池的制备方法，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的一体化锌离子电池的制备方法，其特征在于，

4.根据权利要求3所述的一体化锌离子电池的制备方法，其特征在于，

5.根据权利要求1所述的一体化锌离子电池的制备方法，其特征在于，

6.根据权利要求5所述的一体化锌离子电池的制备方法，其特征在于，

7.根据权利要求1-6任一项所述的一体化锌离子电池的制备方法，其特征在于，

8.根据权利要求1-6任一项所述的一体化锌离子电池的制备方法，其特征在于，

9.一种一体化锌离子电池，其特征在于，采用权利要求1～8任一项所述的制备方法制得。

10.一种电池的制备方法，其特征在于，包括：

技术总结
本申请涉及电池领域，涉及一体化锌离子电池及其制备方法以及电池的制备方法。将聚合物单体混合溶液、负极材料、正极材料反应；负极材料提供金属锌；正极材料提供还原性金属离子；聚合物单体混合溶液提供氧化剂；还原性金属离子、金属锌分别与氧化剂发生氧化还原反应，产生自由基；自由基引发聚合物单体在正极和负极之间聚合形成聚合物凝胶电解质。该方法利用具有还原性的锌金属作为负极，同时在正极侧引入还原性金属离子，分别在正极侧和负极侧构筑氧化还原引发聚合体系，在正极和负极之间原位制备聚合物凝胶电解质，获得正极‑聚合物凝胶电解质‑负极一体化的电池结构，缓解了电池界面阻抗增加和锌枝晶生长严重的问题，提高了电池的电化学性能。

技术研发人员：王欣,秦瑶,李洪飞
受保护的技术使用者：松山湖材料实验室
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15