[发明专利]一种铝空气电池用电解液及其制备方法

说明书

本发明公开了一种铝空气电池用电解液及其制备方法，其由碱性溶液、可溶性共价有机框架聚合物(COFs)、增稠剂、无机盐组成。本发明中将可溶性共价有机框架聚合物添加至电解液中，可溶性共价有机框架聚合物由于其自身的刚性的共轭骨架连接会形成二维平面结构，其表面含有丰富的氮配位金属原子中心以及丰富的孔道结构，丰富的孔道结构具有较强的溶剂吸纳和金属吸附作用，且金属原子中心与OH^‑等溶剂分子能够形成较强的相互作用，因而COFs可溶于碱性溶液并形成溶液体系；在碱性铝空气电池电解液中，溶解的二维平面状COFs可通过强吸附能力吸附在铝负极表面，形成覆盖膜阻止部分自由水在电极上析氢。

技术领域

本发明属于空气电池技术领域，具体涉及一种铝空气电池用电解液及其制备方法。

背景技术

新能源汽车和电子产品的不断发展，对于电源能量密度的要求越来越高，传统的锂离子电池受电极材料限制已难以满足迫切需求。金属-空气电池是以金属为负极，空气中氧气为正极反应物的新一代高能量密度电池，其中铝-空气电池因具有高安全性、低成本、环境友好和理论比能量高(8100Wh/kg)等优点，受到广泛关注。铝空气电池电解液由中性水溶液或碱性水溶液组成，在中性电解液中铝负极反应为Al+3OH^-→Al(OH)₃↓+3e^-(E⁰＝-1.66V)，生成的氢氧化铝为絮状沉淀，随电池放电产物不断累积，使得铝负极钝化严重，电池电压低且放电稳定性差。因此目前铝空气电池多采用NaOH或KOH的强碱电解液体系，该体系下负极反应为Al+4OH^-→Al(OH)₄^-+3e^-(E⁰＝-2.34V)，产物易溶解且电池开路电压明显高于中性体系。然而，强碱体系下，铝负极易腐蚀产生氢气，导致电池极化增大、内阻增加、放电效率低，使其性能难以发挥且铝的利用率低。

针对强碱性电解液体系中铝负极易腐蚀析氢的问题，目前的研究多采用铝负极合金化和添加电解液添加剂的方式加以减缓。铝负极合金化需对铝进行高温熔化处理并加入多种元素复合，能耗高且制备过程繁琐。而直接向电解液中加入添加剂，简单有效地提高了铝空气电池的电化学性能。

单一的无机或有机添加剂可以一定程度上抑制析氢腐蚀，但大多为成膜型的无机添加剂，虽能其一定程度作用，但其在电极表面得到的沉积膜层不致密而疏松多孔，易脱落使得抑制效果不佳；而有机添加剂虽具有紧密覆盖电极表面的作用，但加入量增大易降低电极的活性，钝化增大，降低电池电化学性能。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的是提供了一种铝空气电池用电解液及其制备方法，该电解液的组成可以有效的抑制析氢腐蚀，从而提高电池的电化学性能。

本发明这种铝空气电池用电解液，由碱性溶液、可溶性共价有机框架聚合物(COFs)、增稠剂、无机盐组成；可溶性共价有机框架聚合物在碱性溶液中的浓度为0.05～5g/L，增稠剂在电解液中的质量浓度为0.1～5wt％，无机盐需要加入两类无机盐A和无机盐B，无机盐在碱性溶液中的浓度0.1～20g/L，无机盐B占无机盐总量的0～40wt％。

所述的可溶性共价有机框架聚合物(COFs)的制备方法，包括以下步骤：

(1)取金属氯化物MCl_x和单体1,2,4,5-苯四甲腈并溶解于乙二醇中，得到混合体系；

(2)向步骤(1)中的混合体系中，加入催化剂，混合均匀后，置于微波反应器中进行反应，反应结束后，将反应液进行冷却、过滤、洗涤并干燥后，得到可溶性共价有机框架聚合物。