[发明专利]一种锌银二次电池隔膜及其制备方法和锌银二次电池

说明书

本申请公开了一种锌银二次电池隔膜及其制备方法和锌银二次电池，所述锌银二次电池隔膜由多孔填料嵌入季铵化聚合物阴离子交换膜而成，所述多孔填料包括无机氧化物和金属‑有机框架中的至少一种；所述多孔填料的用量为所述季铵化聚合物阴离子交换膜重量的0.5%‑20%，且所述多孔填料孔径小于2nm。本申请的锌银二次电池隔膜，不仅能抑制正极活性物质的流失，同时也避免银离子穿过隔膜在负极还原形成枝晶而发生短路，从而可以提高电池循环稳定性，延长电池的使用寿命；同时，还能够整流氢氧根的离子流，使其均匀化传输，确保电极平面上氧化锌向Zn(OH)₄^2‑转化均匀进行，抑制其在局部聚集，从而抑制锌枝晶的生长，保证电池正常工作。

技术领域

本发明涉及锌银二次电池领域，具体涉及一种锌银二次电池隔膜及其制备方法和锌银二次电池。

背景技术

水系锌离子电池直接将金属锌作为对电极，具有无毒、价格低、比容量高（820 mAhg^-1）等特点，故目前国际上对锌离子电池的研究越来越多。目前研究的锌离子电池主要有锌银二次电池、锌镍电池、锌钴电池、锌铜电池等。其中，锌银二次电池由于其能量密度高（350Wh kg^-1、750 Wh L^-1）、输出电压平稳、功率密度高、安全、可靠等特点而广泛应用于军事、航天等一些特殊领域。但锌银二次电池也存明显的缺点，如寿命短、成本高。锌银二次电池寿命较短，其应用造成极大的资源浪费。

如何延长锌银二次电池的使用寿命是研发锌银二次电池的难点。

发明内容

本申请的目的是提供一种锌银二次电池隔膜及其制备方法和锌银二次电池。

为了实现上述目的，本申请采用了以下技术方案：

本申请的第一方面公开了一种锌银二次电池隔膜，所述锌银二次电池隔膜由多孔填料嵌入季铵化聚合物阴离子交换膜而成，所述多孔填料包括无机氧化物和金属-有机框架中的至少一种；所述多孔填料的用量为所述季铵化聚合物阴离子交换膜重量的0.5%-20%，且所述多孔填料孔径小于2nm。

值得说明的是，本申请的锌银二次电池隔膜是由多孔无机材料和阴离子交换膜形成的无机/有机复合隔膜，其中，阴离子交换膜中含有高分子基体、带正电的活性基团以及可移动的阴离子，阴离子交换膜带正电的活性基团能够和无机多孔填料表面的氧骨架通过静电力结合，使得多孔填料和阴离子交换膜可以形成致密的复合隔膜。

虽然阴离子交换膜本身具有较好的氢氧根传导能力以及耐碱性，但是其具有较多的2 nm以上的孔道，作为隔膜使用时，不能很好的抑制银离子基团和锌离子基团在膜上孔道内的穿梭；本申请的锌银二次电池隔膜，其关键在于采用孔径小于2 nm的多孔无机体填料对阴离子交换膜进行改性，不仅使得隔膜具有良好的的氢氧根传导能力和耐碱性，还能调节隔膜的孔道直径，有效抑制银离子基团和锌离子基团在隔膜孔道内的穿梭，从而抑制正极活性物质的流失，同时也避免银离子穿过隔膜在负极还原形成枝晶而发生短路，故可以提高电池循环稳定性，延长电池的使用寿命。

此外，本申请通过多孔填料和阴离子交换膜之间的相互作用，在隔膜上形成了致密均匀的孔道，能够整流氢氧根的离子流，使其均匀化传输，确保电极平面上氧化锌向Zn(OH)₄^2-转化均匀进行，抑制其在局部聚集，从而抑制锌枝晶的生长，进而保证电池正常工作。

本申请的一种实现方式中，多孔无机氧化物包括多孔硅铝氧化物颗粒、二氧化硅颗粒以及二氧化钛颗粒中的至少一种。

本申请的一种实现方式中，多孔硅铝氧化物颗粒、多孔二氧化硅颗粒或多孔二氧化钛颗粒的粒径为50-1000纳米。

本申请的一种实现方式中，季铵化聚合物阴离子交换膜包括季铵化聚苯醚膜，季铵化聚醚酮膜，季铵化聚醚醚酮膜或季铵化聚醚砜膜中的至少一种。