[发明专利]一种抗冻锌基电池用凝胶电解质的制备及应用

说明书

一种适用于‑20℃的锌基电池的凝胶电解质及其制备和应用。本发明公开了一种用于锌基电池的抗冻凝胶电解质的制备方法，本发明目的是通过锌盐和锂盐的协同水化作用，降低海藻酸钠‑聚丙烯酰胺为基体的凝胶电解质的冻结温度。浸入锌盐和锂盐的抗冻水凝胶作为电解质，显示出良好的抗冻性和机械性能，具有优异的低温耐受性和循环稳定性。本发明在于克服现有电解质在零度以下使用受限而无法正常工作，制备工艺繁琐，离子电导率低的问题。

技术领域

本发明涉及电化学器件储能技术领域，具体涉及一种锌基电池的抗冻凝胶电解质及其制备方法与应用。

背景技术

金属锂(Li)具有高理论比容量(3860mAh g^-1)、高能量密度和极低的电极电位等优点，被认为是一种理想的电池负极材料，锂二次电池已被广泛应用在电化学储能领域。然而，锂离子电池多为有机系电解液，存在有毒、易漏液、易燃等一系列安全隐患。新兴的水性锌离子二次电池因其固有的安全性和低成本而备受关注。水性混合锌基电池作为一种极有前途的锂离子电池替代品，近年来取得了长足的发展。锌储量丰富，成本低廉，同时水系电池装配条件温和。因此，锌和富锂材料组成的水系锌锂混合电池安全性好、环境友好，在未来储能大规模领域中应用具有极大前景。

然而，液态水基电解液在零下温度不可避免地会被冻结，因此在低温环境中使用锌离子电池受到限制。同时，使用聚合物电解质取代传统电解液是提升电池安全性的有效途径之一，开发耐低温的柔性锌离子电池成为当前研究热点。据报道了一种乙二醇-水性阴离子聚氨酯丙烯酸酯(EG-waPUA)抗冻凝胶电解质，在-20℃低温下且保有高离子电导率，应用于柔性锌锰电池具有良好的低温电化学稳定性和机械耐久性。对于柔性锌基电池而言，目前的技术难点在于锌离子电池电解质受低温条件限制而无法正常充放电，凝胶聚合物电解质种类少，离子导电率低，制备复杂。

发明内容

为解决现有柔性锌基电池无法抵抗低温而正常工作，凝胶电解质离子电导率低、制备条件苛刻的问题。本发明提供了一种锌基电池的抗冻凝胶电解质及其制备方法应用。

一种锌基电池的抗冻凝胶电解质的制备方法，包括如下步骤：

(1)海藻酸钠在一定的温度下加热溶解于去离子水中，搅拌均匀后得到海藻酸钠和水的均一的混合物；

(2)将引发剂、交联剂、单体与步骤(1)中所得混合物混合均匀，转移至聚四氟乙烯模具中，一定温度下经过一定时间进行自由基聚合反应，得到所述的抗冻水凝胶；

(3)将锌盐，锂盐溶于水中得到液态电解质；

(4)将步骤(2)中所得水凝胶浸入步骤(3)所得到的液态电解质，经过一定时间，得到了凝胶电解质。

步骤(1)中，加热温度为50～80℃,所述海藻酸钠溶于水的质量浓度为1～40mg/ml。

步骤(2)中，所述的引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾、氧化苯甲酰、叔丁基过氧化氢、安息香乙醚或光引发剂2959。所述的交联剂为N,N’-亚甲基双丙烯酰胺、双丙烯酸乙二醇酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯或二乙烯基苯。所述单体为丙烯酰胺和[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵。

步骤(2)中，所述的温度为40～80℃，时间为6h～12h。

步骤(3)中，所述的锌盐选自硫酸锌、氯化锌、醋酸锌、硝酸锌、高氯酸锌、三氟甲烷磺酸锌、氟硼酸锌或双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺锌一种或者多种的混合。

步骤(3)中，所述的锂盐选自氯化锂。

步骤(3)中，所述的锌盐浓度为0.5mol/L～10mol/L，所述的锂盐浓度为0.5mol/L～5mol/L。

步骤(4)中，浸入的时间为1～24h。

本发明提供了一种抗冻凝胶电解质。