[发明专利]一种用于高压的可逆无枝晶的电池及其制备方法和应用

说明书

本发明属于电池技术领域，具体涉及一种用于高压的可逆无枝晶的电池。所述电池包括正极、负极、隔膜和电解液，其中，所述电解液包括硫酸、硫酸锰、硫酸锌和苯胺；所述正极包括正极集流体和位于正极集流体上的正极活性材料，所述正极活性材料为Znsubgt;0.5/subgt;MnOsubgt;2/subgt;/PANI；所述负极包括负极集流体和位于负极集流体上的负极活性材料，所述负极活性材料为Zn‑ZIF‑8‑X，其中，Znsubgt;0.5/subgt;MnOsubgt;2/subgt;/PANI是指Znsubgt;0.5/subgt;MnOsubgt;2/subgt;分布于聚苯胺中；Zn‑ZIF‑8‑X是指Zn沉积于碳化后的ZIF‑8表面或孔隙中且碳化后的ZIF‑8中含有ZnO。本发明的可逆电池能可逆性好，适用于高电压充放电，能够满足快速充放电的供应网。

技术领域

本发明属于电池技术领域，具体涉及一种用于高压的可逆无枝晶的电池。

背景技术

在便携式电子产品、电动汽车和可再生能源存储领域，对具有高安全性和低成本的先进电池技术的需求日益增长。尽管锂离子电池在能量/功率密度和寿命上都有了很大的提高，但与可燃有机电解质相关的安全问题，以及对锂资源价格和可用性的日益担忧，阻碍了锂离子电池的大规模应用。以Na⁺、K⁺、Mg²⁺、Zn²⁺在水溶液电解质中的电化学嵌入/脱出为基础的电池化学方法因其安全性、材料的丰富性和环境友好性而被认为是很有前途的替代方法。可充电锌离子电池(ZIBs)特别具有吸引力，因为锌具有比碱金属更高的水相容性和稳定性，允许多价电荷运输载体，并可以生产和重新利用成熟的工业过程。

二氧化锰的晶格结构相对复杂，但在其物理结构以及化学组成上晶格结构得以有所体现。它的化学计量式不完全合乎常理，一般含有少量的Mn₃O₄、Mn₂O₃、和化合水，所以其计量式总是少量缺氧。通常用MnO_X来表示其分子式。其中X表示含氧量，一般情况X小于2。MnO₂在酸性条件下会发生反应MnO₂+4H⁺+2e^-→Mn²⁺+2H₂O，因此其使用条件常为中性甚至偏碱性电介质。由于二氧化锰的电导率很低，为保证电子通路，一般需加入像乙炔黑或石墨等一些导电组分，CN103247781A中公开了一种二氧化锰/乙炔黑复合材料，但是由于乙炔黑和石墨等电化学活性较低，且和二氧化锰只是机械混合，二氧化锰的赝电容不能得到有效利用。

导电聚合物PANI具有电导率高、容易制备、环境稳定性好、电容性能好、原料易得等优点，由于MnO₂在聚苯胺(PANI)沉积层的保护下能稳定存在于酸性条件，使其不仅可以作为MnO₂在酸性条件下合适的沉积层材料，还可以抑制MnO₂由于被还原而在酸性溶液中溶解，因此通过形成MnO₂/PANI电极可以稳定二氧化锰于高浓度质子的酸性介质中。金属有机骨架(MOF)也就是一种多孔配位聚合物(PCPs)，它是通过将金属离子与有机配体组合而合成，用于构造MOFs结构的金属离子通常为Zn²⁺、Fe³⁺、Ru²⁺、Cu²⁺、Ni²⁺、Pd²⁺、Pt²⁺和Co²⁺等。有机配体一般为含有羧基的有机配体和含氮的杂环。MOF有明确的孔结构而且孔隙率超高，同时有着令人难以置信的高比表面积，这在功能应用中起着至关重要的作用。因此在储存和分离，传感、催化反应、质子传导以及储能器件等领域得到广泛的应用。