【摘 要】
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集高安全性、低成本、高能量密度、绿色环保于一身的水基锌离子储能器件,在便携式电源和电网储能基站的应用,具有广阔的前景。然而,水基锌离子储能器件的推广使用,仍受到以下因素的束缚,如:正极活性物质的结构坍塌、负极的枝晶生长、Zn负极的不可逆副反应、传统的水溶液电解质无法在低温工作。本论文针对水基锌离子电池中存在的问题,在Zn SO4电解液中加入了N,N-二甲基甲酰胺（DMF）,制备了DMF/Zn SO
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集高安全性、低成本、高能量密度、绿色环保于一身的水基锌离子储能器件,在便携式电源和电网储能基站的应用,具有广阔的前景。然而,水基锌离子储能器件的推广使用,仍受到以下因素的束缚,如:正极活性物质的结构坍塌、负极的枝晶生长、Zn负极的不可逆副反应、传统的水溶液电解质无法在低温工作。本论文针对水基锌离子电池中存在的问题,在Zn SO4电解液中加入了N,N-二甲基甲酰胺（DMF）,制备了DMF/Zn SO4混合电解液,拓宽了水基锌离子储能器件的使用温度,使用水性粘结剂壳聚糖,代替传统的PVDF,在一定程度上抑制了正极活性物质的溶解。本文针对Zn负极枝晶生长、副反应严重、电解液电化学窗口较窄、低温性能差等问题进行了研究。通过在传统的Zn SO4电解液中加入DMF,制备DMF/Zn SO4混合电解液,并对DMF/Zn SO4混合电解液的安全性进行研究。发现在添加了体积分数50%的DMF后,电解液仍不可燃,具有较高的安全性。对混合电解液电化学窗口的研究中发现,DMF的加入可以拓宽电解液的电化学窗口,抑制电池中的析氢反应。DMF的加入可以降低溶液的冰点,因DMF/Zn SO4混合电解液在温度较低的情况下仍具有较高的离子电导率。电化学测试表明,使用了DMF/Zn SO4混合电解液的电池具有更好的循环稳定性,同时对循环后的电池进行拆解,发现DMF具有抑制Zn枝晶生长的功能。使用DMF/Zn SO4混合电解液的Zn||Zn对称电池,可以在-20℃的条件下稳定循环100 h,改善了电池的低温性能。针对正极活性物质溶解的问题,采用含有极性官能团的壳聚糖水溶液代替PVDF作为粘结剂,壳聚糖中含有大量的-OH、-NH2极性官能团,对Mn2+有着局部限域的作用,提高了正极材料表面Mn2+的浓度,在一定程度上抑制了Mn2+的溶解,从而保证了电池的循环稳定性。循环性能测试过程中发现,0.1 A/g在第50圈时,使用壳聚糖为粘结剂的Zn-Mn O2全电池放电比容量为287.47 m Ah/g,是使用PVDF为粘结剂的2倍。这说明使用壳聚糖水性粘结剂,在环保的同时,也可以提高电池的循环稳定性。
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