CN113097574A - 一种锌离子电池固液混合电解质的制备方法 - Google Patents

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曲婕
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Abstract

本发明公开了一种锌离子电池固液混合电解质的制备方法，具体步骤为：(1)将锌盐溶解于蒸馏水中，制成锌盐溶液；(2)向锌盐溶液中加入琼脂并持续加热搅拌，直至琼脂完全溶解，制成混合溶液；(3)冷却后，混合溶液形成均匀的凝胶态电解质，将其冷冻干燥后得到固态电解质；(4)组装电池时，加入蒸馏水浸润固态电解质即得固液混合电解质。本发明的制备过程简单，原料易得，成本低。本发明添加少量的蒸馏水作为浸润剂，避免了电池的漏液，有效地阻碍了锌枝晶的生长，延长了电池的循环寿命；提高了离子导电性，增强了电解质与电极之间的接触，提高了电池容量。本发明可有效地应用于柔性锌离子电池，为锌离子电池商业化生产提供了技术保障。

Description

一种锌离子电池固液混合电解质的制备方法
技术领域
本发明涉及储能电池技术领域，具体是一种锌离子电池固液混合电解质的制备方法。
背景技术
电化学储能技术是一种清洁的储能方式。在过去的几十年，锂离子电池因其高效能、高电压、长循环寿命等优点被广泛应用于商业储能装置。但由于成本高、安全问题多，严重阻碍了锂离子电池的大规模应用。作为新兴的、极具发展前景的可替代储能技术，锌离子可充电电池因其丰富的自然资源存量、内在的安全性和成本效益而倍受关注。
水系锌离子电池使用水溶液作为电解液，具有导电性强、安全不易燃、环保、制备相对简单的特点，且其理论密度高达825mAh/g，在便携式电子应用和大规模储能系统展示出巨大潜力。但使用水系电解液避免不了漏液和枝晶产生的问题。固态电解质可以有效地防止液体泄漏，抑制锌枝晶生长和活性物质溶解。但由于固态电解质在室温下的离子导电性较低，与电极之间的接触性差，严重影响电池的容量，尤其在高倍率情况下尤为突出。同时电极-电解质界面处发生的副反应对全固态电池的性能有一定的影响。随着电压或温度的升高，副反应会进一步降低全固态电池的容量。上述问题导致全固态电池在实际应用中仍面临着严峻的挑战。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种锌离子电池固液混合电解质的制备方法，可以避免漏液和产生枝晶的同时，在室温下具有很高的离子导电性，且与电极紧密接触，提高电池的容量和性能。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种锌离子电池固液混合电解质的制备方法，具体步骤如下：
(1)将锌盐溶解于蒸馏水中，制成锌盐溶液；
(2)向锌盐溶液中加入琼脂并持续加热搅拌，直至琼脂完全溶解，制成混合溶液；
(3)冷却后，混合溶液形成均匀的凝胶态电解质，将其冷冻干燥后得到固态电解质；
(4)组装电池时，加入蒸馏水浸润固态电解质即得固液混合电解质。
优选地，所述锌盐为氯化锌，溴化锌，硫酸锌，硝酸锌，醋酸锌，柠檬酸锌，葡萄糖酸锌，双三氟甲磺酰基酰亚胺锌，六氟磷酸锌、三氟甲磺酸锌、高氯酸锌、四氟硼酸锌中的一种或以上混合而成。
优选地，所述锌盐溶液中锌盐浓度为0.1-10mol/L。
优选地，所述琼脂的质量占混合溶液的1-6％。
优选地，步骤(4)中的蒸馏水与固态电解质的用量比为0.01-3mL:1g。
相对于现有技术，本发明创造具有以下优势：
(1)本发明的制备过程简单，原料易得，成本低。
(2)本发明仅添加少量的蒸馏水作为浸润剂，避免了电池的漏液，成型的固液混合电解质有效地阻碍了锌枝晶的生长，延长了电池的循环寿命；提高了离子导电性，增强了电解质与电极之间的接触，提高了电池容量。
(3)本发明的固液混合电解质起到了电池电解质和隔膜的双重作用，可以更有效地应用于柔性锌离子电池。本发明为锌离子电池商业化生产提供了技术保障。
附图说明
图1为基于实施例1中的固液混合电解质所组装的电池在1mA/cm2的电流密度下的Zn|Zn对称电池的循环稳定性曲线；
图2为基于实施例2中的固态混合电解质所组装的电池在1mA/cm2的电流密度下的Zn|Zn对称电池的循环稳定性曲线。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细说明。
实施例1
(1)将0.5mol硫酸锌(ZnSO4)溶解于100mL蒸馏水中，制成锌盐溶液；
(2)向锌盐溶液中加入3g琼脂并持续加热搅拌，直至琼脂完全溶解，制成混合溶液；
(3)将混合溶液倒入模具自然冷却，待混合溶液形成均匀的凝胶态电解质，切片至适合大小，并冷冻干燥后得到固态电解质；
(4)组装Zn-Zn对电池，在组装电池时加入0.1mL蒸馏水浸润0.05g固态电解质制得固液混合电解质；所述固态电解质为直径16mm，厚度1mm的圆片；随后进行电化学性能测试，测试结果如图1所示。
图1为实施例1中制得的固液混合电解质所组装电池在1mA/cm2的电流密度下的循环稳定性曲线。在1mA/cm2的电流密度下，对称电池的极化电压为0.1V，可以稳定循环30小时，展现了优异的循环稳定性和动力学特性。
实施例2
(1)将0.5mol葡萄糖酸锌和0.5mol硫酸锌(ZnSO4)溶解于100mL蒸馏水中，制成锌盐溶液；
(2)向锌盐溶液中加入3g琼脂并持续加热搅拌，直至琼脂完全溶解，制成混合溶液；
(3)将混合溶液倒入模具自然冷却，待混合溶液形成均匀的凝胶态电解质，切片至适合大小，并冷冻干燥后得到固态电解质；
(4)组装Zn-Zn对电池，在组装电池时加入0.1mL蒸馏水浸润0.05g固态电解质制得固液混合电解质；所述固态电解质为直径16mm，厚度1mm的圆片；随后进行电化学性能测试，测试结果如图2。
图2为基于实施例2中的固态混合电解质所组装的电池在1mA/cm2的电流密度下的Zn|Zn对称电池的循环稳定性曲线。在1mA/cm2的电流密度下，对称电池的极化电压为0.2V，可以稳定循环27小时，展现了优异的循环稳定性和动力学特性。

Claims (5)

1.一种锌离子电池固液混合电解质的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)将锌盐溶解于蒸馏水中，制成锌盐溶液；
(2)向锌盐溶液中加入琼脂并持续加热搅拌，直至琼脂完全溶解，制成混合溶液；
(3)冷却后，混合溶液形成均匀的凝胶态电解质，将其冷冻干燥后得到固态电解质；
(4)组装电池时，加入蒸馏水浸润固态电解质即得固液混合电解质。
2.根据权利要求1所述的一种锌离子电池固液混合电解质的制备方法，其特征在于，所述锌盐为氯化锌，溴化锌，硫酸锌，硝酸锌，醋酸锌，柠檬酸锌，葡萄糖酸锌，双三氟甲磺酰基酰亚胺锌，六氟磷酸锌、三氟甲磺酸锌、高氯酸锌、四氟硼酸锌中的一种或以上混合而成。
3.根据权利要求1所述的一种锌离子电池固液混合电解质的制备方法，其特征在于，所述锌盐溶液中锌盐浓度为0.1-10mol/L。
4.根据权利要求1所述的一种锌离子电池固液混合电解质的制备方法，其特征在于，所述琼脂的质量占混合溶液的1-6％。
5.根据权利要求1所述的一种锌离子电池固液混合电解质的制备方法，其特征在于，步骤(4)中的蒸馏水与固态电解质的用量比为0.01-3mL:1g。
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