CN113097518B - 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

柔性中性锌锰电池用电解液及其制备方法
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 (9)

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0.5~3wt%的粘结剂加入63~73wt%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25~35wt%的电解质、0.5~3.5wt%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;电解液粘度在2000~10000mpa·s范围内;
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;
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。
2.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。
3.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。
4.根据权利要求3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。
5.根据权利要求3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。
6.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。
7.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
8.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。
9.一种柔性中性锌锰电池用电解液,其特征在于,采用权利要求1-8任一项所述方法制成;按重量百分比,包括:蒸馏水63~73wt%,电解质25~35wt%,粘结剂0.5~3wt%,缓蚀剂0.5~3.5wt%,合计100%。
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