CN113097518A - 柔性中性锌锰电池用电解液及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种柔性中性锌锰电池用电解液及其制备方法，属于电池加工技术领域。该柔性中性锌锰电池用电解液的制备方法包括以下步骤：S1，先将粘结剂加入蒸馏水中，边加边搅拌，直至完全溶解，得到粘结剂分散液；S2，再将电解质、缓蚀剂先后加入步骤S1制得的粘结剂分散液中，边加边搅拌，至完全溶解，得到电解液；S3，最后通过涂布、丝网印刷或凹版印刷的方法将步骤S2制得的电解液加注到柔性电池中，用于电池组装。本发明能够为柔性中性锌锰电池提供0.5～10mAh/cm2容量所需的电解质及水分，解决柔性中性锌锰电池制造及使用过程中因挤压、弯曲导致的密封失效、漏液及电解液质量损失。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种电池加工处理领域的技术，具体是一种柔性中性锌锰电池用电解液及其制备方法。
背景技术
近年来，柔性穿戴电子设备、柔性显示屏、柔性液晶屏等需要弯折、拉伸、甚至折叠的电子产品正在医疗、消费电子、家庭护理等领域获得越来越多的关注。选择与之使用场景相匹配的柔性电池，将是对这些电子产品在使用过程中性能及品质的保障，也是提升客户满意度的关键。
目前，获得科研人员广泛关注的柔性电池包括：柔性中性锌锰电池、柔性锂离子电池、柔性燃料电池、柔性太阳能电池等。这其中的大多数，都因为安全及成本因素无法大批量的应用到柔性设备中。中性锌锰电池即勒克朗谢电池，相比其他电池，具有成本低廉、不含重金属、不含易燃的有机电解液及负极材料等优势得到广泛关注。
在中性锌锰电池的生产工艺中，电池的密封极为重要。传统圆柱状叠层锌锰电池通过沥青、石蜡、松香或高分子有机聚合物密封，从而防止空气中的氧气进入电池，避免氧气对电池负极锌箔的腐蚀。而对于柔性中性锌锰电池，为保证其挤压、弯曲状态下的电池性能，通常采用薄层状结构设计；因电解液较强的流动性，薄层状柔性中性锌锰电池装配困难，良率不高，限制了其推广应用。
为了解决现有技术存在的上述问题，本发明由此而来。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出了一种柔性中性锌锰电池用电解液及其制备方法，能够为柔性中性锌锰电池提供0.5～10mAh/cm2容量所需的电解质及水分，解决柔性中性锌锰电池制造及使用过程中因挤压、弯曲导致的密封失效、漏液及电解液质量损失。
本发明第一方面提供一种柔性中性锌锰电池用电解液的制备方法，包括以下步骤：
S1，按电解液重量比，将0.1～5wt％的粘结剂加入20～80wt％的蒸馏水中，边加边搅拌，直至完全溶解，得到粘结剂分散液；
S2，按电解液重量比，将10～70wt％的电解质、0.1～5wt％的缓蚀剂先后加入步骤S1制得的粘结剂分散液中，边加边搅拌，至完全溶解，得到电解液；
S3，通过涂布、丝网印刷、凹版印刷的方法将步骤S2制得的电解液加注到柔性电池中，用于电池组装。
步骤S1中，粘结剂选自淀粉、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯聚合物、苯乙烯—丁二烯—苯乙烯、丁苯橡胶聚丙烯酸、羧甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、聚丙烯酸钠、聚丙烯腈中的一种或多种。
步骤S2中，电解质选自氯化铵、氯化钙、氯化锌、醋酸钙、高氯酸锌中的一种或多种。
步骤S2中，缓蚀剂包括无机缓蚀剂和/或有机缓蚀剂；优选地，无机缓蚀剂为铋、汞、镉、铟、锡的氧化物、合金或氯化物中的一种或多种；有机缓蚀剂为聚乙烯氧化物、聚乙二醇、芳烃类多元醇、三乙醇胺中的一种或多种。
在一些技术方案中，步骤S1中，搅拌转速为500～4000rpm，步骤S2中，搅拌转速为200～800rpm。
分散电解质采用的分散设备，其与电解液直接接触部分优选采用304、316或317不锈钢，或表面经耐腐蚀涂层等防腐处理。
步骤S3中，加注电解液的密度为1.05～1.6g/cm3，加注电解液的量为10～100mg/cm2。
步骤S3中，丝网印刷采用目数为30～400目的网板。
本发明第二方面提供一种柔性中性锌锰电池用电解液，采用上述方法制成；按重量百分比，包括：蒸馏水20～80wt％，电解质10～70wt％，粘结剂0.1～5wt％，缓蚀剂0.1～5wt％，以上组分合计100％。
技术效果
与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：
1)制得的电解液粘度在2000～10000mpa·s范围内，具有一定粘性，能够通过涂布、印刷的方式用于柔性中性锌锰电池的制造中，并且能够为柔性中性锌锰电池提供0.5～10mAh/cm2容量所需的电解质及水分，满足穿戴电子设备等的使用需求；
2)制得的电解液能够保持一定的粘性，在柔性中性锌锰电池各组件叠合装配时，即使用力挤压也不会漏液，降低了制造过程中对密封措施的要求；相比传统中性锌锰电池将电解液加入正极搅拌一同注入电池的方法，能够确柔性中性锌锰电池在挤压、弯曲状态下的密封性能，避免密封失效、漏液及电解液质量损失等问题；
3)分散及加注工艺简单，对设备的要求低，有利于降低成本。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细描述。实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件进行。
实施例1
本实施例按以下组分制备电解液，包括：蒸馏水63wt％；氯化铵26wt％，氯化钙5wt％；淀粉2.5wt％；聚乙二醇2wt％，氯化锡1.5wt％。
具体制备过程如下：
组装好机械搅拌器，将聚四氟搅拌桨放入蒸馏水中，设置转速2000rpm，将淀粉粉末缓慢加入蒸馏水中，搅拌至完全溶解，得到粘结剂分散液；
将机械搅拌器转速调整至400rpm，将氯化铵固体和氯化钙固体依次缓慢加入粘结剂分散液中；之后再依次加入氯化锡固体粉末和聚乙二醇固体，搅拌至完全溶解，得到电解液；
使用配有50目网板的丝网印刷机加注电解液，制作柔性中性锌锰电池，电池内加注电解液的量为20.68mg/cm2。
经测试，制得的柔性中性锌锰电池的电池容量为4.57mAh/cm2。
实施例2
本实施例按以下组分制备电解液，包括：蒸馏水59wt％；氯化锌35wt％；羧甲基纤维素1wt％，聚四氟乙烯乳液2wt％；聚乙二醇2wt％，氧化铟1wt％。
具体制备过程如下：
组装好机械搅拌器，将聚四氟搅拌桨放入蒸馏水中，设置转速2000rpm，将羧甲基纤维素固体粉末、聚四氟乙烯乳液缓慢加入蒸馏水中，搅拌至完全溶解，得到粘结剂分散液；
将机械搅拌器转速调整至500rpm，将氯化锌固体缓慢加入粘结剂分散液中；之后再依次加入氧化铟固体粉末和聚乙二醇固体，搅拌至完全溶解，得到电解液；
使用配有200目网板的丝网印刷机加注电解液，制作柔性中性锌锰电池，电池内加注电解液的量为22.91mg/cm2。
经测试，制得的柔性中性锌锰电池的电池容量为5.13mAh/cm2。
实施例3
本实施例按以下组分制备电解液，包括：蒸馏水73wt％；氯化锌25wt％；羧甲基纤维素1wt％；氯化锡1wt％。
具体制备过程如下：
采用磁力搅拌器，设置转速1500rpm，将羧甲基纤维素固体粉末缓慢加入蒸馏水中，搅拌至完全溶解，得到粘结剂分散液；
将磁力搅拌器转速调整至400rpm，将氯化锌固体缓慢加入粘结剂分散液中；之后再加入氯化锡固体粉末，搅拌至完全溶解，得到电解液；
使用配有200目网板的丝网印刷机加注电解液，制作柔性中性锌锰电池，电池内加注电解液的量为18.76mg/cm2。
经测试，制得的柔性中性锌锰电池的电池容量为4.33mAh/cm2。
实施例4
本实施例按以下组分制备电解液，包括：蒸馏水65wt％；氯化铵26wt％，氯化锌8wt％；聚丙烯酸钠0.5wt％；氯化铋0.2wt％，氧化铟0.3wt％。
具体制备过程如下：
采用磁力搅拌器，设置转速1500rpm，将聚丙烯酸钠固体粉末缓慢加入蒸馏水中，搅拌至完全溶解，得到粘结剂分散液；
将磁力搅拌器转速调整至500rpm，将氯化锌固体和氯化锌固体依次缓慢加入粘结剂分散液中；之后再加入氯化铋固体粉末0.2wt％和氧化铟固体粉末0.3wt％，搅拌至完全溶解，得到电解液；
使用配有200目网板的丝网印刷机加注电解液，制作柔性中性锌锰电池，电池内加注电解液的量为21.15mg/cm2。
经测试，制得的柔性中性锌锰电池的电池容量为6.32mAh/cm2。
需要强调的是：以上仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种柔性中性锌锰电池用电解液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，按电解液重量比，将0.1～5wt％的粘结剂加入20～80wt％的蒸馏水中，边加边搅拌，直至完全溶解，得到粘结剂分散液；
S2，按电解液重量比，将10～70wt％的电解质、0.1～5wt％的缓蚀剂先后加入步骤S1制得的粘结剂分散液中，边加边搅拌，至完全溶解，得到电解液；
S3，通过涂布、丝网印刷或凹版印刷的方法将步骤S2制得的电解液加注到柔性电池中，用于电池组装。
2.根据权利要求1所述制备方法，其特征是，步骤S1中，粘结剂选自淀粉、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯聚合物、苯乙烯—丁二烯—苯乙烯、丁苯橡胶聚丙烯酸、羧甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、聚丙烯酸钠、聚丙烯腈中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述制备方法，其特征是，步骤S2中，电解质选自氯化铵、氯化钙、氯化锌、醋酸钙、高氯酸锌中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述制备方法，其特征是，步骤S2中，缓蚀剂包括无机缓蚀剂和/或有机缓蚀剂。
5.根据权利要求4所述制备方法，其特征是，无机缓蚀剂为铋、汞、镉、铟、锡的氧化物、合金或氯化物中的一种或多种。
6.根据权利要求4所述制备方法，其特征是，有机缓蚀剂为聚乙烯氧化物、聚乙二醇、芳烃类多元醇、三乙醇胺中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述制备方法，其特征是，步骤S1中，搅拌转速为500～4000rpm，步骤S2中，搅拌转速为200～800rpm。
8.根据权利要求1所述制备方法，其特征是，步骤S3中，加注电解液的密度为1.05～1.6g/cm3，加注电解液的量为10～100mg/cm2。
9.根据权利要求1所述制备方法，其特征是，步骤S3中，丝网印刷采用目数为30～400目的网板。
10.一种柔性中性锌锰电池用电解液，其特征在于，采用权利要求1-9任一项所述方法制成；按重量百分比，包括：蒸馏水20～80wt％，电解质10～70wt％，粘结剂0.1～5wt％，缓蚀剂0.1～5wt％，合计100％。
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