[发明专利]一种锌离子电池的凝胶电解质及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种锌离子电池的凝胶电解质及其制备方法与应用，其包括如下步骤：S1、在加热条件下，将聚乙烯醇溶于水中，接着依次加入锌盐、锰盐、氯化锂完全溶解，得聚乙烯醇混合溶液；S2、将交联剂、锌盐、锰盐、氯化锂溶于水中，得凝固液。S3、将电池隔膜浸入步骤S1所得到的聚乙烯醇混合溶液中，取出后，再浸入步骤S2所得的凝固液中，最后得到凝胶电解质。本发明克服现有固态凝胶电解质种类太少、制备工艺较为复杂的问题。

技术领域

本发明涉及一种凝胶电解质及其制备方法与应用，具体涉及一种锌离子电池的凝胶电解质及其制备方法与应用，化学电源技术领域。

背景技术

二次电池因其高效的能量转换和存储特性，而被广泛应用于手持式电子设备，电动交通工具，航空航天，以及其它日常生活和工业领域，其中应用最为广泛的当属锂离子电池。目前，商品化的锂离子电池普通使用有机体系的电解液，即将锂盐溶解到有机溶剂中，如碳酸酯类、醚类、砜类、腈类等。有机电解液体系的锂离子电池的优点是电压高，能量密度大。但是，有机电解液也存在致命的缺陷：沸点低，易燃、易爆，毒性大等。此外，锂资源的紧缺未来也将是锂离子电池巨大挑战。寻求锂离子电池替代产品是解决上述问题最有效的方法。地壳中蕴藏着众多金属元素，其中具有良好电化学活性的锌(电极电势则为-0.763Vvs.NHE)的丰度高达1.5％，由其组成的锌离子电池属于水系二次电池，环境友好，不存在安全问题。它还可以直接在开放环境中封装(无需在手套箱中操作)，工艺简单，成本更低。

另一方面，由于极大的灵活和便利性，柔性/可穿戴锌离子电池的研究与开发正逐步受到关注。此外，固态电解液不仅可以组装柔性、可穿戴锌离子电池，而且还可以阻碍锌枝晶的生长，有利于延长电池的使用寿命。据报道了一种交联聚丙烯酰胺水凝胶，并将其作为柔性锌锰电池的固态电解质。电池不仅具有良好的电化学性能，还展现了可高度压缩和柔性/可穿戴的特点。此后，现有技术中的一种纳米纤维素/聚丙烯酰胺复合水凝胶，并将其作为柔性锌锰电池的固态电解质，进一步提高了力学强强度。对于柔性/可穿戴锌离子电池而言，目前的技术难点在于可供选择的固态凝胶电解质种类太少、制备工艺较为复杂。

发明内容

为解决现有技术不足，本发明提供了一种锌离子电池的凝胶电解质及其制备方法与应用，本发明克服现有固态凝胶电解质种类太少、制备工艺较为复杂的问题。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

一种锌离子电池的凝胶电解质的制备方法，包括如下步骤：

S1、在加热条件下，将聚乙烯醇溶于水中，接着依次加入锌盐、锰盐、氯化锂，待完全溶解，得聚乙烯醇混合溶液；

S2、将交联剂、锌盐、锰盐、氯化锂溶于水中，得凝固液。

S3、将电池隔膜浸入步骤S1所得到的聚乙烯醇混合溶液中，取出后，再浸入步骤S2所得的凝固液中，最后得到凝胶电解质。

基于上述技术方案，所述锰盐用于提供锌离子电池正极材料的循环稳定性，所述氯化锂为助溶剂，促进聚乙烯醇的盐溶液的溶解，由于凝胶电解质在凝固液中被交联固化，凝胶电解质体系中保留了大量的水，故离子导电率高。

进一步的，所述锌盐选自氯化锌、醋酸锌、硝酸锌、高氯酸锌、三氟甲烷磺酸锌或氟硼酸锌一种或者多种的混合。

进一步的，步骤S1中，所述聚乙烯醇溶于水中的质量浓度为1～300mg/mL。

进一步的，步骤S1中，加热温度为30～120℃。

进一步的，所述金属盐的浓度为0.1～10mol/L，所述锰盐的浓度为0.01～10mol/L，所述氯化锂的浓度为0.01～10mol/L。

进一步的，所述交联剂选自硼砂、硼酸、戊二醛或环氧氯丙烷一种或者多种的混合。

进一步的，所述锰盐选自硫酸锰、硝酸锰或醋酸锰中的一种或者多种的混合。