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1. WO2020155190 - BATTERIE ZINC-MANGANÈSE RECHARGEABLE HAUTE TENSION

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说明书

发明名称 0001   0002   0003   0004   0005   0006   0007   0008   0009   0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063   0064   0065   0066   0067   0068   0069   0070   0071   0072   0073   0074   0075   0076   0077   0078   0079   0080   0081   0082   0083   0084   0085   0086   0087   0088   0089   0090   0091   0092   0093   0094   0095   0096   0097   0098   0099   0100   0101   0102   0103   0104   0105   0106   0107   0108   0109   0110   0111   0112   0113   0114   0115   0116   0117   0118   0119   0120   0121   0122   0123   0124   0125   0126   0127  

权利要求书

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10  

附图

1   2   3  

说明书

发明名称 : 高电压可充电的锌锰电池

技术领域

[0001]
本发明涉及锌锰电池,具体涉及一种高电压可充电的锌锰电池。

背景技术

[0002]
锌锰电池因其结构设计合理,原材料价格低,自19世纪60年代发明以来,在社会上一直受到了广泛的应用。
[0003]
目前市场上的锌锰电池主要分为碳性电池与碱性锌锰电池。其工作原理分别为:
[0004]
碳性电池的工作原理:
[0005]
总反应:Zn+2MnO 2+2NH 4Cl=Zn(NH 3) 2Cl 2+2MnOOH
[0006]
负极:Zn+2NH 4Cl=Zn(NH 3) 2Cl 2+2H ++2e
[0007]
正极:2MnO 2+2H 2O+2e=2MnOOH+2OH -
[0008]
在碳性电池中,Zn电极电势为稳定的0.8V,二氧化锰的电极电势在0.7V~1.0V之间,因此碳性电池的开路电压在1.5V~1.8V。
[0009]
碱性锌锰电池的工作原理:
[0010]
总反应:Zn+2MnO 2+H 2O=2MnOOH+ZnO
[0011]
负极:Zn+2OH -=ZnO+H 2O+2e
[0012]
正极:2MnO 2+2H 2O+2e=2MnOOH+2OH -
[0013]
在碱性锌锰电池中,电池的开路电压为1.55V左右。
[0014]
可见,不管是最早的以氯化铵,氯化锌作为电解质的碳性电池,还是之后出现的以氢氧化钾作为电解质的碱性锌锰电池,其开路电压均处于1.5V~1.8V之间,工作电压在1.25V~1.55V。且现有锌锰电池中二氧化锰电极在放电过程中发生的价态变化为+4价变化为+3价,意味着单个二氧化锰分子仅可放出一个电子。且二氧化锰电极在工作中发生的为固态转变,生成的碱式氧化锰会覆盖在电极表面影响进一步反应,所引起的电极极化效应会大大降低反应电压,同时降低了电池可逆性。这些问题使得锌锰电池只能被应用于一些小功率电子产品比如手电筒,MP3,收音机等,无法满足消费者日益增长的需求。
[0015]
锌锰电池所出现的问题在许多化学电池均有出现,如铅酸电池中的二氧化铅电极在 放电过程中转化为固体硫酸铅覆盖在二氧化铅电极上。充电时,生成的固体硫酸铅中只有部分可以被氧化为二氧化铅。由此使得铅酸电池在工作中会发生电极硫酸盐化,限制了铅酸电池的性能与寿命。
[0016]
为了解决锌锰电池,乃至化学电池的这些弊端,需要从根本上改变锌锰电池的充放电机制,寻找全新的电化学反应并引入到电池中。然而,目前的研究均是在现有的电池反应内部进行改进,没有从根本上改变问题。
[0017]
发明内容
[0018]
本发明的目的在于克服现有锌锰电池电压、容量、可逆性较低的问题,提供一种高电压可充电的锌锰电池。
[0019]
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:
[0020]
本发明涉及一种高电压可充电的锌锰电池,所述锌锰电池的结构包含锌电极/碱性电解质/离子交换膜/酸性电解质/二氧化锰电极
[0021]
优选的,所述锌电极采用锌箔、锌膏或锌粉制备而得。
[0022]
优选的,所述碱性电解质包括碱性液体电解质、碱性固态电解质、碱性聚合物电解质或碱性凝胶电解质。
[0023]
优选的,所述碱性液体电解质包括含有或不含添加剂的氢氧化钾溶液、氢氧化锂溶液或氢氧化钠溶液;所述添加剂包括且不限于氯化锌、硫酸锌、硝酸锌、醋酸锌、氧化锌。
[0024]
优选的,所述碱性液体电解质中碱金属氢氧化物浓度为200g/L~600g/L。由于锌电极电位与pH值有关,在本发明的体系中,当碱金属氢氧化物浓度低于该范围时,电池电压较低且不利于锌电极反应生成物的溶解;当碱金属氢氧化物浓度高于该范围时,电解液浓度过大,不利于溶液中离子扩散与传导,且会加速电极腐蚀。从兼顾电池电压与电解质离子传导性能的角度出发,更优选的,所述碱性液体电解质中碱金属氢氧化物浓度为300g/L~400g/L。
[0025]
优选的,所述碱性凝胶电解质中电解质为氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化锂中的一种或几种;凝胶骨架为聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚丙烯酸钾、聚环氧乙烷中的一种或两种以上的混合物。所述电解质是以溶液形式作为原料加入到碱性凝胶电解质中。
[0026]
优选的,所述碱性凝胶电解质中液相部分中的碱金属氢氧化物的含量为100g/L~300g/L。当碱金属氢氧化物浓度低于该范围时,所得碱性凝胶电解质pH较低,所得电池电压较低。当碱金属氢氧化物浓度高于该范围时,碱性凝胶电解质无法成型。
[0027]
为了使碱性凝胶电解质中液相部分中的碱金属氢氧化物浓度最大化并保证凝胶电解质成型性,更优选的,所述碱性凝胶电解质中液相部分中的碱金属氢氧化物的含量为250g/L~300g/L。
[0028]
更优选的,所述碱性电解质为300g/L~400g/L氢氧化钾+40g~60g/L醋酸锌的水溶液,或250g/L~300g/L氢氧化钾+40g~60g/L醋酸锌,丙烯酸与聚乙烯醇质量比为5:1~20:1的聚丙烯酸–聚乙烯醇–氢氧化钾–醋酸锌凝胶电解质。所述组成的碱性电解质可同时兼顾高离子传导率、高氢氧化物浓度以及锌电极的高可逆性。
[0029]
优选的,所述离子交换膜包括阳离子交换膜、阴离子交换膜或质子交换膜。本发明的体系是在酸性电解质与碱性电解质之间添加了离子交换膜以限制氢离子与氢氧根离子的接触,从而保证电池的正常工作。该离子交换膜可选择质子交换膜,也可选择阴离子交换膜,供氢氧根离子透过,还可选择阳离子交换膜;具体阳离子交换膜的选择与碱性液体电解质中碱金属离子的类型相关,也就是说,该阳离子交换膜为允许碱性液体电解质中碱金属离子透过的阳离子交换膜。如,当碱性凝胶电解质中电解质含氢氧化锂时,可选择在酸性电解质与碱性电解质之间添加锂离子交换膜,仅允许锂离子透过,从而在达到导电的情况下,避免酸,碱电解质中和,保证电池的正常工作。
[0030]
优选的,所述酸性电解质包括酸性液体电解质、酸性固态电解质、酸性聚合物电解质或酸性凝胶电解质。
[0031]
优选的,所述酸性液体电解质包括含有或不含添加剂的硫酸溶液、磷酸溶液、盐酸溶液、硝酸溶液;所述添加剂包括且不限于硫酸锰、硝酸锰、氯化锰、醋酸锰。
[0032]
优选的,所述酸性液体电解质中酸浓度为50g/L~300g/L。在本发明的体系中,当酸浓度低于该范围时,二氧化锰电极端电压过低;当酸浓度高于该范围时,二氧化锰存在溶解问题,且电解液传导率较低。
[0033]
从兼顾溶液中氢离子浓度与离子传导率的角度出发,更优选的,酸浓度为50g/L~100g/L。
[0034]
优选的,所述酸性凝胶电解质包括聚乙烯醇-硫酸电解质或聚乙烯醇-磷酸电解质。
[0035]
为了使酸性凝胶电解质中氢离子浓度最大化并保证凝胶电解质成型性,优选的,所述酸性凝胶电解质液相部分中的酸含量为100g/L~200g/L。
[0036]
更优选的,所述酸性电解质为50g/L~100g/L硫酸+150g~200g/L硫酸锰的水溶液,或100g/L~200g/L硫酸+50g~100g/L硫酸锰的聚乙烯醇凝胶电解质。所述组成的酸性电解质可同时兼顾高离子传导率、高氢离子浓度以及二氧化锰电极的高可逆性。
[0037]
优选的,所述二氧化锰电极包括二氧化锰粉末电极或电沉积二氧化锰电极。
[0038]
在本发明的高电压可充电的锌锰电池体系中,二氧化锰电极在酸性电解质中,发生的电极反应为:正极反应:MnO 2+4H ++2e -=Mn 2++2H 2O,该电极反应的标准电极电势为1.224V。该电极反应中二氧化锰电极在放电后全部转化为二价锰离子形式从电极中脱离,不存在传统化学电池中,由于生成固态物质覆盖电极表面,影响进一步放电的情况。此外,放电反应中二氧化锰从+4价转化为+2价,单个二氧化锰分子可释放2个电子,大大提升了二氧化锰电极的能量密度。该电极反应未见于各类电池体系中。而在碱性电解质中,负极反应:Zn+2OH -=ZnO+H 2O+2e -,Zn电极的标准电极电势为-1.215V,因此,采用碱性电解质与酸性电解质的复合电解质可以实现2.45V以上的开路电压。同时,由于酸性电解质与碱性电解质不可直接接触(如直接接触会中和成中性电解质导致电池无法工作),因此,在本发明的体系中在酸性电解质与碱性电解质之间添加了离子交换膜以限制氢离子与氢氧根离子的接触(以质子交换膜为例,使用质子交换膜后,氢离子与氢氧根的中和速率是由放电电流决定的,由此可维持电池稳定工作;以使用锂离子交换膜为例,仅允许锂离子透过,亦可在达到导电的情况下,避免酸,碱电解质中和),从而保证电池的正常工作。
[0039]
与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:
[0040]
本发明通过在电池中引入二氧化锰的二电子反应,并使用碱性电解质/离子交换膜/酸性电解质的复合电解质,大大提升了锌锰电池的放电电压,功率密度,能量密度以及可逆性,解决了困扰化学电池的重大问题。

附图说明

[0041]
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述,本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
[0042]
图1为本发明的高电压可充电的锌锰电池的结构示意图;
[0043]
图2为实施例4的高电压可充电的锌锰电池和传统碱性锌锰电池的放电曲线对比示意图;
[0044]
图3为实施例4的高电压可充电的锌锰电池充放电曲线;
[0045]
其中,1为二氧化锰电极,2为酸性电解质,3为离子交换膜,4为碱性电解质,5为锌电极。

具体实施方式

[0046]
下面结合具体实施例和附图对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的 技术人员进一步理解本发明,但不以任何形式限制本发明。应当指出的是,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
[0047]
本发明的高电压可充电的锌锰电池,其结构为锌电极/碱性电解质/离子交换膜/酸性电解质/二氧化锰电极;具体制备步骤如下:
[0048]
1、锌电极制备:可直接使用锌箔或者锌膏。
[0049]
2、碱性电解质制备:可直接使用碱性电解液或碱性凝胶电解质。
[0050]
碱性电解液包括且不限于含有或不含添加剂的氢氧化钾溶液、氢氧化锂溶液或氢氧化钠溶液;所述碱金属氢氧化物溶液浓度在10g/L~1000g/L。该添加剂包括且不限于氯化锌,硫酸锌,硝酸锌,醋酸锌,氧化锌等。
[0051]
所述碱性凝胶电解质中电解质为氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化锂中的一种或几种;凝胶骨架为聚乙烯醇,聚丙烯酸,聚丙烯酸钾,聚环氧乙烷中的一种或两种以上的混合物。所述电解质是以溶液形式作为原料加入到碱性凝胶电解质中。
[0052]
3、离子交换膜:包括且不限于以下几种:阳离子交换膜、阴离子交换膜、质子交换膜。
[0053]
4、酸性电解质制备:可直接使用酸性电解液或酸性凝胶电解质。
[0054]
酸性电解液包括且不限于含有或不含添加剂的硫酸溶液、磷酸溶液、盐酸溶液、硝酸溶液等;所述酸浓度在5g/L~1000g/L。该添加剂包括且不限于硫酸锰,硝酸锰,氯化锰,醋酸锰等。
[0055]
酸性凝胶电解质包括且不限于以下几种:聚乙烯醇-硫酸(PVA-H 2SO 4)电解质。聚乙烯醇-磷酸(PVA-H 3PO 4)电解质。
[0056]
5、二氧化锰电极:将二氧化锰粉末与导电剂,添加剂混合。
[0057]
具体见以下各实施例。
[0058]
实施例1
[0059]
本实施例涉及一种高电压可充电的锌锰电池,其结构为锌电极/碱性电解质/离子交换膜/酸性电解质/二氧化锰电极;具体制备步骤如下:
[0060]
1)锌电极制备:取锌片作为锌电极。
[0061]
2)制备碱性电解质:将3g聚乙烯醇加热溶解于24mL水中,形成均一、稳定溶液后,倒入6mL 500g/L氢氧化钾溶液+200g/L醋酸锌溶液。继续搅拌均匀后,将所得溶液放置于冷冻室中。随后取出融化使用;得到聚乙烯醇–氢氧化钾–醋酸锌碱性凝胶电解 质,其中液相部分中的氢氧化钾浓度为100g/L,醋酸锌浓度为40g/L。
[0062]
3)离子交换膜:本实施例的高电压锌锰电池体系中离子交换膜可以选用质子交换膜、阴离子交换膜,阳离子交换膜等等,具体到本实施例,采用了磺酸基阳离子交换膜。
[0063]
4)酸性电解质制备:将3g聚乙烯醇加热溶解于24mL水中,形成均一、稳定溶液后,倒入6mL 500g/L硫酸溶液。继续搅拌均匀后,将所得溶液放置于冷冻室中。随后取出融化使用。得到液相部分中的硫酸浓度为100g/L的聚乙烯醇–硫酸酸性凝胶电解质。
[0064]
5)二氧化锰电极制备:将8g二氧化锰粉末与1g石墨粉末,1g聚偏氟乙烯混合均匀,再加入0.4g 100g/L硫酸溶液后搅拌,烘干后作为二氧化锰电极。
[0065]
6)电池组装:按照锌电极/碱性电解质/离子交换膜/酸性电解质/二氧化锰电极的结构组合形成电池;其结构示意图如图1所示。
[0066]
所得电池开路电压在2.6V以上,工作平台电压在2.5V以上。所得电池可进行充放电,充电电压在3V以内,稳定循环次数大于50次。
[0067]
实施例2
[0068]
本实施例涉及一种高电压可充电的锌锰电池,其结构为锌电极/碱性电解质/离子交换膜/酸性电解质/二氧化锰电极;具体制备步骤如下:
[0069]
1)锌电极制备:取10g锌粉,加入4g质量分数为20wt%氢氧化锂溶液,0.04g聚丙烯酸钠粘合剂,搅拌均匀后室温放置12小时便得锌膏电极。
[0070]
2)制备碱性液体电解质:将20g氢氧化锂与4g氧化锌溶解于100mL去离子水中,获得碱性液体电解质。
[0071]
3)离子交换膜:本实施例的高电压锌锰电池体系中离子交换膜可以选用质子交换膜、阴离子交换膜,阳离子交换膜等等,具体到本实施例,采用了季铵基阴离子交换膜。
[0072]
4)酸性液体电解质制备:将10g磷酸与20g一水合硫酸锰溶解于100mL水中,获得酸性液体电解质。
[0073]
5)电沉积二氧化锰电极制备:将20g一水合硫酸锰,20g硫酸溶解于100mL水中,使用石墨片为工作电极与对电极。使用直流电源在1.8V下沉积3600秒,将电解池中阳极片取出,冲洗烘干。便获得电沉积二氧化锰电极。
[0074]
6)电池组装:按照锌电极/碱性电解质/离子交换膜/酸性电解质/二氧化锰电极的结构组合形成电池。
[0075]
所得电池开路电压在2.6V以上,工作平台电压在2.4V以上。所得电池可进行充放电,充电电压在3V以内,稳定循环次数大于1000次。
[0076]
实施例3
[0077]
本实施例涉及一种高电压可充电的锌锰电池,其结构为锌电极/碱性电解质/离子交换膜/酸性电解质/二氧化锰电极;具体制备步骤如下:
[0078]
1)锌电极制备:取80g锌粉,10g石墨,10g聚偏氟乙烯,4mL N-甲基吡咯烷酮混合均匀,烘干后得锌粉电极。
[0079]
2)制备碱性凝胶电解质:取1g聚乙烯醇粉末溶解于30mL水中,95度加热搅拌3小时,随后加入0.05g过硫酸钾粉末,65度保温15分钟得溶液1。
[0080]
另取10g丙烯酸与10g质量分数为40wt%氢氧化钠溶液混合,并加入0.05g NN’-亚甲基双丙烯酰胺混合均匀得溶液2。
[0081]
将溶液1,2混合均匀,75℃水浴保温3小时得凝胶。随后将该凝胶于质量分数为10wt%氢氧化锂溶液中浸泡24小时,得氢氧化锂浓度为100g/L的聚丙烯酸–聚乙烯醇–氢氧化锂电解质。
[0082]
3)离子交换膜:本实施例的高电压锌锰电池体系中离子交换膜可以选用质子交换膜、阴离子交换膜,阳离子交换膜等等,具体到本实施例,采用了磺酸基质子交换膜。
[0083]
4)酸性液体电解质制备:将10g硫酸与15g一水合硫酸锰溶解于100mL水中,获得酸性液体电解质。
[0084]
5)二氧化锰电极制备:将8g二氧化锰粉末与1g石墨粉末,1g聚偏氟乙烯混合均匀,再加入0.4g 100g/L硫酸溶液后搅拌,烘干后作为二氧化锰电极。
[0085]
6)电池组装:按照锌电极/碱性电解质/离子交换膜/酸性电解质/二氧化锰电极的结构组合形成电池。
[0086]
所得电池开路电压在2.6V以上,工作平台电压在2.4V以上。所得电池可进行充放电,充电电压在3V以内,稳定循环次数大于100次。
[0087]
实施例4
[0088]
本实施例涉及一种高电压可充电的锌锰电池,其结构为锌电极/碱性电解质/离子交换膜/酸性电解质/二氧化锰电极;具体制备步骤如下:
[0089]
1)锌电极制备:取10g锌粉,加入4g质量分数为40wt%氢氧化钾溶液,0.04g聚丙烯酸钠粘合剂,搅拌均匀后室温放置12小时便得锌膏电极。
[0090]
2)制备碱性液体电解质:将35g氢氧化钾与4g醋酸锌溶解于100mL去离子水中,获得碱性液体电解质。
[0091]
3)离子交换膜:本实施例的高电压锌锰电池体系中离子交换膜可以选用质子交换 膜、阴离子交换膜,阳离子交换膜等等,具体到本实施例,采用了磺酸基质子交换膜。
[0092]
4)酸性液体电解质制备:将10g硫酸与15g一水合硫酸锰溶解于100mL水中,获得酸性液体电解质。
[0093]
5)电沉积二氧化锰电极制备:将20g一水合硫酸锰,20g硫酸溶解于100mL水中,使用石墨片为工作电极与对电极。使用直流电源在1.8V下沉积3600秒,将电解池中阳极片取出,冲洗烘干。便获得电沉积二氧化锰电极。
[0094]
6)电池组装:按照锌电极/碱性电解质/离子交换膜/酸性电解质/二氧化锰电极的结构组合形成电池。
[0095]
如图2所示,所得电池开路电压在2.7V以上,工作平台电压为2.65V以上。如图3所示,所得电池可进行充放电,充电电压在3V以内,稳定循环次数大于1000次。
[0096]
实施例5
[0097]
本实施例涉及一种高电压可充电的锌锰电池,其结构为锌电极/碱性电解质/离子交换膜/酸性电解质/二氧化锰电极;具体制备步骤如下:
[0098]
1)锌电极制备:取10g锌粉,加入4g质量分数为40wt%氢氧化钾溶液,0.04g聚丙烯酸钠粘合剂,搅拌均匀后室温放置12小时便得锌膏电极。
[0099]
2)取1g聚乙烯醇粉末溶解于30mL水中,95度加热搅拌3小时,随后加入0.05g过硫酸钾粉末,65度保温15分钟得溶液1。
[0100]
另取10g丙烯酸与10g质量分数为40wt%氢氧化钠溶液混合,并加入0.05g NN’-亚甲基双丙烯酰胺混合均匀得溶液2。
[0101]
将溶液1,2混合均匀,75℃水浴保温3小时得凝胶。随后将该凝胶于250g/L氢氧化钾+40g/L醋酸锌溶液中浸泡24小时,得聚丙烯酸–聚乙烯醇–氢氧化钾–醋酸锌电解质。
[0102]
3)离子交换膜:本实施例的高电压锌锰电池体系中离子交换膜可以选用质子交换膜、阴离子交换膜,阳离子交换膜等等,具体到本实施例,采用了磺酸基质子交换膜。
[0103]
4)酸性凝胶电解质制备:将3g聚乙烯醇加热溶解于24mL水中,形成均一、稳定溶液后,倒入6mL 500g/L硫酸+250g/L一水合硫酸锰溶液。继续搅拌均匀后,将所得溶液放置于冷冻室中。随后取出融化使用。得聚乙烯醇–硫酸–硫酸锰电解质,其中液相部分中的硫酸浓度为100g/L,硫酸锰浓度为50g/L。
[0104]
5)二氧化锰电极制备:将8g二氧化锰粉末与1g石墨粉末,1g聚偏氟乙烯混合均匀,再加入0.4g 100g/L硫酸溶液后搅拌,烘干后作为二氧化锰电极。
[0105]
6)电池组装:按照锌电极/碱性电解质/离子交换膜/酸性电解质/二氧化锰电极的结 构组合形成电池。
[0106]
所得电池开路电压在2.7V以上,工作平台电压在2.6V以上。所得电池可进行充放电,充电电压在3V以内,稳定循环次数大于50次。
[0107]
实施例6
[0108]
本实施例涉及一种高电压可充电的锌锰电池,其结构为锌电极/碱性电解质/离子交换膜/酸性电解质/二氧化锰电极;具体制备步骤如下:
[0109]
1)锌电极制备:取80g锌粉,10g石墨,10g聚偏氟乙烯,4mL N-甲基吡咯烷酮混合均匀,烘干后得锌粉电极。
[0110]
2)碱性凝胶电解质制备:取1g聚乙烯醇粉末溶解于30mL水中,95度加热搅拌3小时,随后加入0.05g过硫酸钾粉末,65度保温15分钟得溶液1。
[0111]
另取10g丙烯酸与10g质量分数为40wt%氢氧化钠溶液混合,并加入0.05g NN’-亚甲基双丙烯酰胺混合均匀得溶液2。
[0112]
将溶液1,2混合均匀,75℃水浴保温3小时得凝胶。随后将该凝胶于250g/L氢氧化钾+40g/L醋酸锌溶液中浸泡24小时,得聚丙烯酸–聚乙烯醇–氢氧化钾–醋酸锌电解质。
[0113]
3)离子交换膜:本实施例的高电压锌锰电池体系中离子交换膜可以选用质子交换膜、阴离子交换膜,阳离子交换膜等等,具体到本实施例,采用了磺酸基质子交换膜。
[0114]
4)酸性液体电解质制备:将10g硫酸与15g一水合硫酸锰溶解于100mL水中,获得酸性液体电解质。
[0115]
5)二氧化锰电极制备:将8g二氧化锰粉末与1g石墨粉末,1g聚偏氟乙烯混合均匀,再加入0.4g 100g/L硫酸溶液后搅拌,烘干后作为二氧化锰电极。
[0116]
6)电池组装:按照锌电极/碱性电解质/离子交换膜/酸性电解质/二氧化锰电极的结构组合形成电池。
[0117]
所得电池开路电压在2.7V以上,工作平台电压为2.6V以上。所得电池可进行充放电,充电电压在3V以内,稳定循环次数大于100次。
[0118]
实施例7
[0119]
本实施例涉及一种高电压可充电的锌锰电池,其结构为锌电极/碱性电解质/离子交换膜/酸性电解质/二氧化锰电极;具体制备步骤如下:
[0120]
1)锌电极制备:取10g锌粉,加入4g质量分数为40wt%氢氧化钾溶液,0.04g聚丙烯酸钠粘合剂,搅拌均匀后室温放置12小时便得锌膏电极。
[0121]
2)制备碱性液体电解质:将35g氢氧化钾与4g醋酸锌溶解于100mL去离子水中, 获得碱性液体电解质。
[0122]
3)离子交换膜:本实施例的高电压锌锰电池体系中离子交换膜可以选用质子交换膜、阴离子交换膜,阳离子交换膜等等,具体到本实施例,采用了磺酸基质子交换膜。
[0123]
4)酸性凝胶电解质制备:将3g聚乙烯醇加热溶解于24mL水中,形成均一、稳定溶液后,倒入6mL 500g/L硫酸+250g/L一水合硫酸锰溶液。继续搅拌均匀后,将所得溶液放置于冷冻室中。随后取出融化使用。得聚乙烯醇–硫酸–硫酸锰电解质,其中液相部分中的硫酸浓度为100g/L,硫酸锰浓度为50g/L。
[0124]
5)二氧化锰电极制备:将8g二氧化锰粉末与1g石墨粉末,1g聚偏氟乙烯混合均匀,再加入0.4g 100g/L硫酸溶液后搅拌,烘干后作为二氧化锰电极。
[0125]
6)电池组装:按照锌电极/碱性电解质/离子交换膜/酸性电解质/二氧化锰电极的结构组合形成电池。
[0126]
所得电池开路电压在2.7V以上,工作平台电压为2.6V以上。所得电池可进行充放电,充电电压在3V以内,稳定循环次数大于100次。
[0127]
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是,本发明并不局限于上述特定实施方式,本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改,这并不影响本发明的实质内容。

权利要求书

[权利要求 1]
一种高电压可充电的锌锰电池,其特征在于,所述锌锰电池的结构包含锌电极/碱性电解质/离子交换膜/酸性电解质/二氧化锰电极。
[权利要求 2]
如权利要求1所述的高电压可充电的锌锰电池,其特征在于,所述锌电极采用锌箔、锌膏或锌粉制备而得。
[权利要求 3]
如权利要求1所述的高电压可充电的锌锰电池,其特征在于,所述碱性电解质包括碱性液体电解质、碱性固态电解质、碱性聚合物电解质或碱性凝胶电解质。
[权利要求 4]
如权利要求3所述的高电压可充电的锌锰电池,其特征在于,所述碱性液体电解质包括含有或不含添加剂的氢氧化钾溶液、氢氧化锂溶液或氢氧化钠溶液;所述添加剂包括氯化锌、硫酸锌、硝酸锌、醋酸锌或氧化锌。
[权利要求 5]
如权利要求3所述的高电压可充电的锌锰电池,其特征在于,所述碱性凝胶电解质中电解质为氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化锂中的一种或几种;凝胶骨架为聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚丙烯酸钾、聚环氧乙烷中的一种或两种以上的混合物。
[权利要求 6]
如权利要求1所述的高电压可充电的锌锰电池,其特征在于,所述离子交换膜包括阳离子交换膜、阴离子交换膜或质子交换膜。
[权利要求 7]
如权利要求1所述的高电压可充电的锌锰电池,其特征在于,所述酸性电解质包括酸性液体电解质、酸性固态电解质、酸性聚合物电解质或酸性凝胶电解质。
[权利要求 8]
如权利要求7所述的高电压可充电的锌锰电池,其特征在于,所述酸性液体电解质包括含有或不含添加剂的硫酸溶液、磷酸溶液、盐酸溶液或硝酸溶液;所述添加剂包括硫酸锰、硝酸锰、氯化锰、醋酸锰。
[权利要求 9]
如权利要求7所述的高电压可充电的锌锰电池,其特征在于,所述酸性凝胶电解质包括聚乙烯醇-硫酸电解质或聚乙烯醇-磷酸电解质。
[权利要求 10]
如权利要求1所述的高电压可充电的锌锰电池,其特征在于,所述二氧化锰电极包括二氧化锰粉末电极或电沉积二氧化锰电极。

附图

[ 图 1]  
[ 图 2]  
[ 图 3]