[发明专利]一种添加剂改性的水系锌离子胶体电解质及其制备方法

说明书

本发明涉及一种添加剂改性的水系锌离子胶体电解质及其制备方法，所述胶体电解质包括：溶剂，所述溶剂为水；凝胶剂，所述凝胶剂由气相二氧化硅和/或硅溶胶构成；电解液，所述电解液为含锌离子和其他金属离子的溶液；以及添加剂，所述添加剂包括表面活性剂或结构优化剂，所述添加剂相对所述电解液的添加量为0.001wt%‑0.01 wt%。

技术领域

本发明涉及一种添加剂改性的胶体电解质及其制备方法，属于二次电池领域。

背景技术

随着经济社会的高速发展和化石能源的日渐枯竭，可再生能源的需求急剧增大。基 于太阳能、风能等可再生能源发电装机容量急剧增加。但是可再生能源发电受季节、日照强 度和风力变化等因素影响，具有随机性和间歇性的特征，因此，需要开发高效、廉价、清洁 和安全的储能技术。水系金属基储能电池为近几年出现的新型安全型、高比能量化学储能电 池。采用在中性水电解液中稳定的高比能量金属作为电池负极，高稳定性的离子嵌脱化合物 为正极，正负极通过电化学反应与氧化还原可逆存储电量。金属锌是理想的水系金属基高比 能电池的理想负极材料。2012年，Chen(Chen,L.,Gu,Q.,Zhou,X.,Lee,S.,Xia,Y.,Liu,Z., New-concept batteries based on aqueous Li+/Na+mixed-ionelectrolytes[J].Scientific reports 2013, 3:1-7)等人报道了水系锌离子电池，以LiMn₂O₄为正极，金属Zn为负极，Li⁺/Zn²⁺作为电解 质，电池的电化学窗口较宽，在2V左右的工作电压下仍具有良好的循环性能，1000次充放 电过程后，容量保持率为90％，阳离子掺杂后4000次循环，容量保持在95％左右，电池的 可逆性好。水锌电池以其高比容量、高安全性等特征成为了研究热点。水锌电池具有能量密 度高，倍率性能好，成本低，环境污染小等优点。

电解质对水系锌离子电池正负极的循环可逆性，倍率性能有重要影响，为了改善电 池性能，加速水系锌离子电池的实用化进程，众多研究者不断对电解质体系进行研究和改 进。中国发明专利文献CN 101540417A公开了一种用于可充电锌离子电池的水溶液电解液，由于采用水系盐溶液作为电解质，受水分解电压的限制，存在水分解析气和集流体腐蚀的问题；同时电池中含大量水溶液，在移动场景的使用中容易产生漏液现象，电池失水还会造成电解质析晶，极片粉化等一系列电池的不可恢复性损伤。中国发明专利文献CN102683756A公开了一种聚合物可充电锌离子电池，聚合物凝胶电解质虽然解决了水溶液电解液存在的一些弊端，但是聚合物凝胶电解质采用纤维素类物、聚丙烯酰胺类物和聚乙烯 醇高分子材料作为基体交联而成，其离子电导率远低于水溶液电解液，导致电池的倍率性能 较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种添加剂改性的水系锌离子胶体电解质及其制备方法，该 胶体电解质一方面能防止电解质析晶与电池漏液的情况，同时缓解电池失水，极片粉化等问 题；另一方面，可以有效抑制水的分解，缓解集流体腐蚀等问题。

在此，本发明提供一种胶体电解质，所述胶体电解质包括：

溶剂，所述溶剂为水；

凝胶剂，所述凝胶剂由气相二氧化硅和/或硅溶胶构成；

电解液，所述电解液为含锌离子和其他金属离子的溶液；以及

添加剂，所述添加剂包括表面活性剂或结构优化剂，所述添加剂相对所述电解液的添加量为 0.001wt％-0.01wt％。