本发明属于电池技术领域， 具体涉及一种可充电锌离子电池。

背景技术

现在小型和可移动的电池主要有锌锰电池、 镍氢电池、 镍铬电池、锂离子电 池、铅酸电池和锌离子电池这六种。其中锌锰 电池主要为一次电池， 不可重复充 放电， 其它电池为二次电池， 可重复充放电。 二次电池能充分利用原材料， 故其 更经济实用， 但现存的二次电池循环寿命大多为几百次， 因此使用一段时间后， 需更换新的电池以确保放电时间不会缩短。

现有的可充电锌离子电池以二氧化锰为正极、 锌为负极， 含锌离子水溶液为 电解液的可充电锌离子电池。

这种锌 止极： 负极： Ζη <::> Ζη ^{1 +} + 2e~ 这种电池具有廉价、安全和环保的特点，但其 正极二氧化锰容量在 200 niAh g人 众所周知的是， 对于电池而言， 具有高的容量是其广泛应用的先决条件。 因 此， 寻找新的高容量电极材料是提高电池容量的最 好方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是： 弥补上述现有技术的不足，提出一种可充电 锌离子电池， 其具有 000 mAh 以上的高容量。

本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解 决：

一种可充电锌离子电池， 包括正极、 负极、 介于所述正极和负极之阆的隔离 膜以及含有阴阳离子并具有离子导电性的电解 质，所述负极中含有锌元素， 所述 正极的活性材料为纳米碳材料，所述电解质中 包含锌离子，所述电解质呈液态或 凝胶态。

发明人发现锌离子 (Zn ²⁺ )可以在纳米碳（Nanocarbon, 筒称 NC )材料的表面 进行可逆的储存和释放过程，这种以纳米碳材 料作为活性材料的正极的锌离子电 池储存电子的机理如下：

—―「 _RA ΧΖΪΥ ^Λ ' + 2;re— + NC = Zn NC 负极： Zn = Zn + 2e~

这一过程可提供超高的可逆容量， 其容量在 l OOO mAh g— ¹ 以上。 因此这种电 池具有容量高、 可快速充放电、 循环寿命长、 安全、 环保、 成本低廉等特点， 可 广泛应 于消费电子、 电动车、 通讯、 航空航天和军事等领域。

优选地，所述正极包括正极集流体和附着在所 述正极集流体上的正极膜，所 述正极膜中包括所述纳米碳材料和粘结剂，所 述纳米碳材料为具有纳米结构且其 中一维尺寸在 100纳米以下的碳材料。

优选地， 所述纳米碳材料为石墨； ϋ和碳纳米管中的一种或两种混合。

石墨烯和碳纳米管都是具有独特结构的纳米碳 材料，石墨烯是由单层或多层 碳原子层组成， 碳原子层一般在 10层以下， 碳纳米管是由单层或多层碳原子层 卷曲而成， 这两种碳材料由于其具有特殊的结构， 因此性能非常特殊， 利用石墨 烯或者碳纳米管来储存大量的锌离子可以获得 超过 1000 mAh g 的容量，为二氧 化锰容量的五倍以上， 提高了可充电锌离子电池的容量。

优选地， 所述负极是纯金属锌箔或锌的合金箔。

优选地，所述负极包括负极集流体和附着在所 述负极集流体上的负极膜，所 述负极膜中主要含有锌粉或锌的合金粉， 还含有粘结剂。

优选地，所述负极膜中还包括缓腐剂，所述缓 腐剂的添加量为所述负极膜质 量的 1 %以下。

优选地， 所述缓腐剂为锢的氧化物和铟的氢氧化物中的 至少一种。

优选地， 所述正极膜中还包括电子导电剂，所述电子导 电剂的添加量为所述 正极膜质量的 50%以下。

优选地，所述负极膜中还包括电子导电剂， 所述电子导电剂的添加量为所述 负极膜质量的 50%以下。

优选地， 所述锌离子由锌的可溶性盐提供， 所述锌的可溶性盐为 ¾肖酸锌、硫 酸锌和氯化锌中的至少一种。

跗图说明

图 1为本发明实施例一中的石墨烯的透射电镜照� �； 图 2为本发明实施例一制得的锌离子电池 Cell 1在 300 mA g ¹ 恒电流下的充 放电曲线；

图 3为本发明实施例二中的碳纳米管的扫描电镜� �片；

图 4为本发明实施例二中制得的锌离子电池 Ceii 2在 500 mA g ^f 恒电流下的 充放电曲线。

具体实施方式

下面对照附图并结合优选的实施方式对本发明 作进一步说明。

本发明提供一种可充电锌离子电池，在一种实 施方式中，该可充电锌离子电 池包括正极、负极、介于所述正极和负极之间 的隔离膜以及含有阴阳离子并具有 离子导电性的电解质， 所述负极中含有锌元素，所述正极的活性材料 为纳米碳材 料， 所述电解质中包含锌离子， 所述电解质呈液态或凝胶态。

在优选的实施倒中 ,正极包括正极集流体和附着在所述正极集流� �上的正极 膜，所述正极膜中包括所述纳米碳材料和粘结 剂，所述纳米碳材料为具有纳米结 构且其中一维尺寸在 100纳米以下的碳材料，粘结剂采用本领域公知 的用于充电 电池正极膜的粘结剂，所述纳米碳材料的质量 占所述正极膜质量的 50%以上，还 优选地， 所述正极膜中还包括电子导电剂， 电子导电剂采 ίΰ本领域常规的用于正 极的电子导电剂， 所述电子导电剂的添加量为所述正极膜质量的 50%以下。

在优选的实施例中，所述纳米碳材料为石墨烯 和碳纳米管中的一种或两种混 合， 石墨烯和碳纳米管可以采用本领域常规的方法 制备得到， 也可以直接购买获 得。

所述负极的活性材料以锌元素为主，在一优选 地的实施例中，所述负极可以 直接是纯金属锌箔或锌的合金箔。在另一优选 实施例中， 所述负极包括负极集流 体和 着在所述负极集流体上的负极膜，所述负极膜 中主要含有锌粉或锌的合金 粉， 还含有粘结剂， 粘结剂采用本领域公知的 ¾于充电电池负极膜的粘结剂， 锌 粉或锌的合金粉与粘结剂按本领域常规的配比 混合成膜； 还优选地， 负极膜中还 包括缓腐剂， 所述缓腐剂的添加量为所述负极膜质量的 1 %以下， 所述缓腐剂为 铟的氧化物和镅的氢氧化物中的至少一种， 还优选地， 所述负极膜中还包括电子 导电剂， 电子导电剂采用本领域常规的用于负极的电子 导电剂，所述电子导电剂 的添加量为所述负极膜质量的 50%以 Τ。 在优选的实施例中，所述锌离子 锌的可溶性盐提供，所述锌的可溶性盐为 硝酸锌、 硫酸锌和氯化锌中的至少一种， 电解液的 pH值在 3〜7之间。 当电解 质为液态时， 电解质以锌的可溶性盐为溶质， 以水为溶质形成溶液； 当电解质为 凝胶态 ^， 电解质中包括锌的可溶性盐水溶液和形成凝胶 态的常规的添加剂。

以下通过更具体的实施^对本发明作进一步阐� �。

实施倒一

采用市售的石墨烯为正极活性材料，石墨烯的 透射电镜照片如图 1所示。将 石墨婦粉末、 电子导电剂碳黑和粘结剂聚偏四氟乙烯按质量 比为 8: h 1的比例 混合后涂覆于正极集流体不锈钢箔上，剪裁成 一定大小， 于真空中烘千为石墨烯 电极片。 以该石墨烯电极片为正极， 以 0.1mm厚的锌箔为负极， 以 pH值为 4.5 的 Imol L' ¹ ZnS0 ₄ 水溶液为电解质组装成电池, 记为 Ceil 1。 Cell 1在 300 mA g ¹ (以石墨烯粉末质量计算）恒电流 T的充放曲线如图 2所示。 由圏 2可见制得的 Ceil 1锌离子电池可重复充放电， 为二次电池。 以石墨烯粉末质量计算， Cell 1 的容量为 2500 mAh g— ¹ .,

实施例二

采用市售的碳纳米管为正极活性材料，其扫描 电镜照片如图 3所示，此飼使 用的是多壁碳纳米管。将碳纳米管粉末、导电 剂碳黑和粘结剂聚偏四氟乙烯按质 量比为 8: 1 : 1的比例混合后涂覆于正极集流体不锈钢箔上� � 剪裁成一定大小， 于真空中烘干为碳纳米管电极片。 以该碳纳米管电极片为正极， 以 0.】mm厚的 锌箔为负极， 以 pH值为 4,5的 Inid I：； ¹ 0 ₄ 水溶液为电解液组装成电池， 记 为 Cei! 2。 Cell 2在 500 mA g ^j (以碳纳米管质量计算）恒电流下的充放曲线� �图 4所示。 由图 4可见制得的 Cell 2锌离子电池可重复充放电， 为二次电池。 以碳 纳米管质量计算， Cell 2的容量为 1450 mA g

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明 所作的进一歩详细说明，不能 认定本发¾！的具体实施只局限于这些说明。� ��于本发明所属技术领域的技术人员 来说， 在不脱离本发明构思的前提下， 还-可以做出若干等同替代或明显变型， 而 且性能或用途相同， 都应当视为属于本发明的保护范围。