一种二次锌锰电池用亲水复合隔膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种二次锌锰电池用亲水复合隔膜的制备方法，其特征在于，按照如下方法制备：将具有富O官能团或富N官能团的亲水高分子化合物加水溶胀，再加入粘结剂混合搅拌均匀，制得亲水性功能层涂覆浆料；将该亲水性功能层涂覆浆料刮涂在基膜上，烘干即得亲水复合隔膜。该方法直接在基膜上刮涂亲水高分子功能层，通过高分子上大量的O或N杂原子，对Zn

【技术实现步骤摘要】
一种二次锌锰电池用亲水复合隔膜及其制备方法


[0001]本专利技术属于新材料领域，具体为一种二次锌锰电池用亲水复合隔膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]水系二次锌锰电池以其高容量、高安全性、低成本、绿色友好等优势得到了人们的广泛关注，被认为是最有广阔发展潜力的大规模储能及可穿戴电子设备的电源系统之一。然而，在水系解液中锌负极表面会发生严重的金属枝晶生长、腐蚀和析氢等副反应，导致电池的库伦效率低，容量快速衰减，循环寿命大大缩短。因此，水系二次锌锰电池的大规模应用主要使用的隔膜是强度较高的玻璃纤维隔膜。但是，其作为隔膜时，对锌离子的迁移没有选择性，容易导致自放电，或者充电过程中锌离子不受控制地不均匀沉积，最终形成的金属枝晶会穿透整个隔膜，造成短路及电池失效，甚至产生安全问题。
[0003]基于此，研究人员通过改变隔膜基材或通过磁控溅射等方法对隔膜表面进行改性，来提高对锌离子迁移的选择性，调控锌的均匀沉积，抑制或抵抗枝晶生长，从而提高锌离子电池的循环能力。例如，采用功能超分子修饰的玻璃纤维隔膜(GF@SM)作为水系锌离子电池的隔膜，调控了电解液中锌离子在正负两极间的迁移行为，有效的降低了负极枝晶生长，从而大幅改善了水系锌离子电池的电化学性能。
[0004]但是，目前所采用的的超分子材料等隔膜改性方法工艺复杂、成本昂贵，且往往使用了有毒有害的有机试剂，不适于大规模制备生产。因此，亟需一种工艺简单、环保安全，且能大幅提高二次锌锰电池等水系锌离子电池使用寿命的隔膜改性方法。

技术实现思路

[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种二次锌锰电池用亲水复合隔膜的制备方法，还提供了由此制备得到的二次锌锰电池用亲水复合隔膜。该方法直接在基膜上刮涂亲水高分子功能层，通过高分子上大量的O或N杂原子，对Zn
2+
选择性相互作用，从而促进锌金属的均匀沉积，提高锌离子电池循环可逆性。
[0006]为实现以上第一目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种二次锌锰电池用亲水复合隔膜的制备方法，其特征在于，按照如下方法制备：将具有富O官能团或富N官能团的亲水高分子化合物加水溶胀，再加入粘结剂混合搅拌均匀，制得亲水性功能层涂覆浆料；将该亲水性功能层涂覆浆料刮涂在基膜上，烘干即得亲水复合隔膜。
[0007]亲水性功能层涂覆浆料部分渗透进入基膜的孔隙结构中，形成相互渗透的结构，部分没有渗透进入基膜的孔隙结构中，形成分层的结构。
[0008]上述方案中：所述富O官能团为羟基、羧基、醛基或磺酸基中的至少一种。
[0009]上述方案中：所述富N官能团的为酰胺基或氨基中的至少一种。
[0010]上述方案中：所述富O官能团或富N官能团处于亲水高分子化合物的侧链上。避免疏水性碳链破坏所述富O官能团或富N官能团形成的连续亲水网络。
[0011]上述方案中：所述亲水高分子化合物为聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、纤维素、甲壳素、壳聚糖中的一种。避免疏水性碳链破坏所述富O官能团或富N官能团形成的连续亲水网络。
[0012]上述方案中：所述亲水高分子化合物加水溶胀的浓度为40
‑
240mg
·
ml
‑1。
[0013]上述方案中：所述粘结剂为羧甲基纤维素钠、海藻酸钠、丁苯胶乳、水性聚氨酯或聚乙烯醇类水性胶黏剂中的至少一种；所述亲水高分子化合物与粘结剂的质量比为2:1
‑
100:1。
[0014]上述方案中：所述基膜为玻璃纤维隔膜、聚丙烯隔膜、聚乙烯隔膜、无纺布隔膜、聚偏氟乙烯滤膜或尼龙滤膜中的一种。
[0015]上述方案中：制得的亲水复合隔膜中的亲水性功能层平均厚度为10
‑
150μm。
[0016]所述的二次锌锰电池用亲水复合隔膜的制备方法制备得到的二次锌锰电池用亲水复合隔膜。
[0017]有益效果：
[0018]本专利技术通过功能层中大量的O或N杂原子对Zn
2+
的选择性相互作用，提高锌的形核过电势，诱导Zn
2+
的均匀沉积，抑制锌枝晶的形成与生长；并通过氢键作用争夺锌负极表面的水分子，降低了水的活性从而减少腐蚀和析氢等副反应的发生。根据测试，采用本专利技术所制备的亲水复合隔膜，组装的锌锌对称电池在1mA
·
cm
‑2的恒流充放电测试中，能稳定循环1390h。而且该复合隔膜的制备工艺简单、易于重复且成本低廉，能明显提高水性电解液中锌电极的循环寿命，可广泛适用于二次锌锰电池等水系锌离子电池。
[0019]本专利技术的二次锌锰电池用亲水复合隔膜，直接将功能层刮涂在基膜上，操作简单、经济快捷，便于重复实验与大批量生产。该复合隔膜的制备工艺简单、易于重复且成本低廉，能明显提高水性电解液中锌电极的循环寿命，可广泛适用于二次锌锰电池等水系锌离子电池。
附图说明
[0020]图1为实施例5中亲水复合隔膜的扫描电镜图。
[0021]图2为实施例5中锌锌对称电池在1mA
·
cm
‑2电流密度下恒流充放电各1h的循环寿命。
[0022]图3为对比例1中锌锌对称电池在1mA
·
cm
‑2电流密度下恒流充放电各1h的循环寿命。
具体实施方式
[0023]下面将结合实施例和附图，对本专利技术做进一步的描述
[0024]一种二次锌锰电池用亲水复合隔膜的制备方法，按照如下方法制备：将具有富O官能团或富N官能团的亲水高分子化合物加水溶胀，再加入粘结剂混合搅拌均匀，制得亲水性功能层涂覆浆料；将该亲水性功能层涂覆浆料刮涂在基膜上，烘干即得亲水复合隔膜。
[0025]富O官能团为羟基、羧基、醛基或磺酸基中的至少一种。所述富N官能团的为酰胺基或氨基中的至少一种。富O官能团或富N官能团处于亲水高分子化合物的侧链上。如聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、纤维素、甲壳素、壳聚糖中的一种。亲水高分子化合物加水溶胀
的浓度为40
‑
240mg
·
ml
‑1。粘结剂为羧甲基纤维素钠、海藻酸钠、丁苯胶乳氨、水性聚酯或聚乙烯醇类水性胶黏剂中的至少一种；所述亲水高分子化合物与粘结剂的质量比为2:1
‑
100:1。基膜为玻璃纤维隔膜、聚丙烯隔膜、聚乙烯隔膜、无纺布隔膜、聚偏氟乙烯滤膜或尼龙滤膜中的一种。亲水复合隔膜中的亲水性功能层平均厚度为10
‑
150μm。
[0026]实施例1
[0027]将18g的侧链含羟基的亲水高分子聚乙烯醇加入到100mL去离子水中溶胀，然后加入0.9g羧甲基纤维素钠粘结剂混合搅拌均匀，制得亲水性功能层涂覆浆料；将亲水性功能层涂覆浆料刮涂在玻璃纤维隔膜上，该浆料渗透进入基膜的孔隙结构中，形成相互渗透的结构，烘干即可得亲水性功能层平均厚度为60um的亲水性复合隔膜。以该隔膜、两片锌箔为正负极以及2M ZnSO4电解液，组装的锌锌对称电池，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二次锌锰电池用亲水复合隔膜的制备方法，其特征在于，按照如下方法制备：将具有富O官能团或富N官能团的亲水高分子化合物加水溶胀，再加入粘结剂混合搅拌均匀，制得亲水性功能层涂覆浆料；将该亲水性功能层涂覆浆料刮涂在基膜上，烘干即得亲水复合隔膜。2.根据权利要求1所述二次锌锰电池用亲水复合隔膜的制备方法，其特征在于：所述富O官能团为羟基、羧基、醛基或磺酸基中的至少一种。3.根据权利要求1所述二次锌锰电池用亲水复合隔膜的制备方法，其特征在于：所述富N官能团的为酰胺基或氨基中的至少一种。4.根据权利要求1所述二次锌锰电池用亲水复合隔膜的制备方法，其特征在于：所述富O官能团或富N官能团处于亲水高分子化合物的侧链上。5.根据权利要求4所述二次锌锰电池用亲水复合隔膜的制备方法，其特征在于：所述亲水高分子化合物为聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、纤维素、甲壳素、壳聚糖中的一种。6.根据权利要求1
‑
4任一项二次锌锰电池用亲水复合隔膜的制备方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：范兴，秦龙，颜福志，刘叶，郑捷，范宗波，孔令峰，
申请(专利权)人：北碳优能北京科技有限公司，
类型：发明
国别省市：