一种离子电池功能化纺织棉布隔膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种离子电池功能化纺织棉布隔膜及其制备方法和应用，属于离子电池技术领域，解决现有水系锌离子电池在循环过程中容易形成枝晶和副产物造成电池短路及金属锌利用率低等的技术问题。所述离子电池功能化纺织棉布隔膜的制备方法，采用普通的纺织棉布为基础，采用简单的溶液浸渍法，得到了氟化物和全氟磺酸树脂协同修饰的功能化纺织棉布隔膜，能改变锌金属生长的方向使其沿平行于锌片表面的方向生长，有效抑制锌枝晶的形成，还能有效抑制反复循环过程中副产物的生成；该制备方法操作简单、环保节能、成本低廉，有利于实现大规模工业化生产。模工业化生产。模工业化生产。

An ion battery functional textile cotton diaphragm and its preparation method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种离子电池功能化纺织棉布隔膜及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于离子电池
，具体涉及一种离子电池功能化纺织棉布隔膜及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池虽然已经广泛应用于各类电子产品，但是由于其固有缺陷限制了其在大规模储能系统的应用。例如，有机电解液易燃、成本高及锂资源匮乏等缺陷，都满足不了大规模储能系统追求的高安全性、低成本的目标。而水系锌离子电池因使用水系电解液，因而具有高安全性、低成本的优势，同时锌金属资源丰富、体积能量密度高，被认为是最具有希望成功应用于大规模储能系统的电化学体系。尽管锌金属负极具有巨大的潜力，但由于存在枝晶形成、副产物生成及电镀/剥离库仑效率(CE)不足等问题，在一定程度上阻碍了其实际大规模应用。到目前为止，有两个主要的策略来解决这些问题。第一种策略是调整电解液配方，例如引入添加剂和调整锌盐的组成和浓度。第二种策略是对锌负极本身进行改造，其原则是确保负极表面锌金属均匀沉积。这些策略通常是通过添加外来物种/构建额外的保护层来实现的，这增加了成本和/或破坏整个器件的能量密度。

技术实现思路

[0003]为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种离子电池功能化纺织棉布隔膜及其制备方法和应用，用以解决现有水系锌离子电池在循环过程中容易形成枝晶和副产物造成电池短路及金属锌利用率低等的技术问题。
[0004]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0005]本专利技术公开了一种离子电池功能化纺织棉布隔膜的制备方法，包括以下步骤：
[0006]S1：对纺织棉布进行预处理，随后将预处理后的纺织棉布放置在锌盐溶液中浸泡，得到前处理纺织棉布；
[0007]S2：将前处理纺织棉布放置在氟化盐溶液中浸泡，得到中间处理纺织棉布；
[0008]S3：将中间处理纺织棉布放置在功能高分子溶液里浸润，然后冲洗、烘干后，得到水系锌离子电池功能化纺织棉布隔膜。
[0009]进一步地，S1中，所述对纺织棉布进行预处理是将纺织棉布放入盐酸溶液中浸泡，然后进行冲洗、烘干，得到预处理后的纺织棉布。
[0010]进一步地，所述盐酸溶液的浓度为1mol/L～3mol/L；所述浸泡时间为3h～5h。
[0011]进一步地，S1中，所述锌盐溶液包括硫酸锌溶液、氯化锌溶液、三氟甲基磺酸锌溶液和乙酸锌溶液中的一种或多种；所述锌盐溶液的浓度为1mol/L～3mol/L；所述浸泡时间为3h～10h。
[0012]进一步地，S2中，所述氟化盐溶液包括氟化锂溶液、氟化钠溶液和氟化钾溶液中的一种或多种；所述氟化盐溶液的浓度为1mol/L～3mol/L；所述浸泡时间为3h～10h。
[0013]进一步地，S3中，所述功能高分子溶液包括全氟磺酸树脂溶液、聚三氟苯乙烯磺酸
溶液、聚四氟乙烯溶液。
[0014]进一步地，其特征在于，所述冲洗是采用水和乙醇分别进行冲洗；所述烘干温度为70℃～90℃。
[0015]进一步地，所述功能高分子溶液使用时需要稀释，稀释的倍数为1～5倍。
[0016]本专利技术还公开了采用上述一种离子电池功能化纺织棉布隔膜的制备方法制备得到的离子电池功能化纺织棉布隔膜。
[0017]本专利技术还公开了上述离子电池功能化纺织棉布隔膜的应用，所述离子电池功能化纺织棉布隔膜作为水系锌离子电池正负极之间的隔膜材料。
[0018]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0019]本专利技术公开了一种离子电池功能化纺织棉布隔膜的制备方法，采用普通的纺织棉布为基础，采用简单的溶液浸渍法，将纺织棉布浸渍在氟化盐溶液以及功能高分子溶液中，得到了氟化物和功能高分子协同修饰的功能化纺织棉布隔膜，能的NaZnF3可以有效抑制Zn枝晶的生长，加速Zn
2+
的迁移和沉积动力学，所以该功能化隔膜不仅能改变锌金属生长的方向使其沿平行于锌片表面的方向生长，有效抑制锌枝晶的形成，还能有效抑制反复循环过程中副产物的生成。本专利技术公开的制备方法，操作简单、环保节能、成本低廉，有利于实现大规模工业化生产。
[0020]进一步地，所述功能高分子溶液包括全氟磺酸树脂溶液、聚三氟苯乙烯磺酸溶液、聚四氟乙烯溶液，通过氟化物和全氟磺酸树脂(Nafion)的协同修饰，使得具有高界面能的NaZnF3可以有效抑制Zn枝晶的生长，加速Zn
2+
的迁移和沉积动力学，所以该功能化隔膜不仅能改变锌金属生长的方向使其沿平行于锌片表面的方向生长，有效抑制锌枝晶的形成，还能有效抑制反复循环过程中副产物的生成。
[0021]本专利技术还公开了采用上述制备方法制备得到的离子电池功能化纺织棉布隔膜，所述离子电池功能化纺织棉布隔膜由普通纺织棉布、氟化物和功能高分子构成，纺织棉布作为原始隔膜，起到防止正负极直接接触、提供一定机械强度并传导金属离子的作用；根据相关实验结果表明，所述氟化物作为功能化层，主要作用是在反复充放电过程层中防止锌枝晶及副产物的生成，有效抑制锌负极枝晶和副产物生成，具有广阔的应用前景。
[0022]本专利技术还公开了上述离子电池功能化纺织棉布隔膜的应用，所述离子电池功能化纺织棉布隔膜可作为水系锌离子电池正负极之间的隔膜材料，相关实验结果表明，所述离子电池功能化纺织棉布隔膜可以有效提高水系锌离子电池正极材料的实际比容量和倍率性能，具有优异的应用性能。
附图说明
[0023]图1为对比例2、对比例1和实施例2制备得到的膈膜的XRD图；
[0024]图2为应用实施例3中组装的水系Zn//Zn对称电池的时间
‑
电压图和循环300h后的锌金属电极的SEM图；
[0025]图3为应用实施例4中组装的水系Zn//Zn对称电池的时间
‑
电压图和循环300h后的锌金属电极的SEM图；
[0026]图4为应用实施例2中组装的水系Zn//Zn对称电池的时间
‑
电压图和循环300h后的锌金属电极的SEM图；
[0027]图5为应用实施例1中组装的水系Zn//Zn对称电池的时间
‑
电压图和循环300h后的锌金属电极的SEM图；
[0028]图6为应用实施例3、应用实施例4、应用实施例2和应用实施例1中的水系Zn//Zn对称电池循环300h后的锌金属电极的非原位XRD衍射图；
[0029]图7为应用实施例3、应用实施例4、应用实施例2和应用实施例1中的水系Zn//V2O5电池的循环性能图。
[0030]其中：a
‑
时间
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电压图；b
‑
扫描图。
具体实施方式
[0031]为使本领域技术人员可了解本专利技术的特点及效果，以下谨就说明书及权利要求书中提及的术语及用语进行一般性的说明及定义。除非另有指明，否则文中使用的所有技术及科学上的字词，均为本领域技术人员对于本专利技术所了解的通常意义，当有冲突情形时，应以本说明书的定义为准本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种离子电池功能化纺织棉布隔膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：对纺织棉布进行预处理，随后将预处理后的纺织棉布放置在锌盐溶液中浸泡，得到前处理纺织棉布；S2：将前处理纺织棉布放置在氟化盐溶液中浸泡，得到中间处理纺织棉布；S3：将中间处理纺织棉布放置在功能高分子溶液里浸润，然后冲洗、烘干后，得到水系锌离子电池功能化纺织棉布隔膜。2.根据权利要求1所述的一种离子电池功能化纺织棉布隔膜的制备方法，其特征在于，S1中，所述对纺织棉布进行预处理是将纺织棉布放入盐酸溶液中浸泡，然后进行冲洗、烘干，得到预处理后的纺织棉布。3.根据权利要求2所述的一种离子电池功能化纺织棉布隔膜的制备方法，其特征在于，所述盐酸溶液的浓度为1mol/L～3mol/L；所述浸泡时间为3h～5h。4.根据权利要求1所述的一种离子电池功能化纺织棉布隔膜的制备方法，其特征在于，S1中，所述锌盐溶液包括硫酸锌溶液、氯化锌溶液、三氟甲基磺酸锌溶液和乙酸锌溶液中的一种或多种；所述锌盐溶液的浓度为1mol/L～3mol/L；所述浸泡时间为3h～10h。5.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：张皝，谈小平，郭高丽，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：