[发明专利]一种水系锌离子电池凝胶电解质的制备及其应用

说明书

本发明公开了一种水系锌离子凝胶电解质的制备及其应用，所述水系锌离子电池凝胶电解质的通式表示为：丙烯酰胺‑烯丙基磺酸钠(AM‑SAS)。含有所述凝胶电解质的水系锌离子电池能提高水系锌离子电池的循环稳定性和电池容量；该凝胶电解质还可用在锌离子电化学储能装置中。本发明提供的凝胶电解质中的氨基与锌具有良好的配位作用，磺酸基团具有优异粘附力的优点，锌离子在氨基和磺酸基团之间交替传递，对于锌沉积具有引导和限制作用，有效抑制枝晶和“死锌”的生成，从而提高电池的循环稳定性和电池器件寿命。

技术领域

本发明属于二次电池技术领域，尤其涉及一种水系锌离子电池凝胶电解质的制备及其应用。

背景技术

随着电子科技的发展，电子设备的应用领域不断扩展，近年来锂离子电池作为重要的储能器件，在智能手机、可穿戴设备、电动汽车等领域大规模应用。随之而来的是锂电材料价格的不断上涨，但锂在地球上的丰度有限，甚至面临枯竭，并且有机电解质的锂离子电池易燃、有毒，安全性能较低。而基于水系电解液的水系锌离子电池是有极高的安全性、经济性和环保特性，是一种新型储能系统，锌离子储量丰富，锌离子电池具有比容量高、功率密度大、便宜易得等特点，但目前水系锌离子电池仍面临着巨大的挑战。水系锌离子电池中，锌枝晶生长严重，可能会导致水系锌离子电池容量衰减，大大制约了锌离子电池商业化的发展。从电镀/剥离的角度来说，凝胶电解质的使用能够很好的抑制枝晶，引导和限制锌沉积，是解决枝晶问题的关键思路，但目前常用的电解质主要为液态电解质，和一些盐包水，离子液体，这些电解质会有离子电导率差，锌沉积不均匀的问题，解决锌枝晶的效果较差。

发明内容

针对上述背景技术中指出的不足，本发明提供了一种水系锌离子电池凝胶电解质及其应用，旨在解决水系锌离子电池枝晶严重的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种水系锌离子电池凝胶电解质，其通式表示如下：

AM-SAS

具体而言，上述凝胶电解质可以是不同比例的丙烯酰胺和烯丙基磺酸钠聚合等。

含有上述凝胶电解质的水系锌离子电池电解质，由不同物质的量比的丙烯酰胺和烯丙基磺酸钠构成，分别为1/1，1.5/1，2/1，3/1。

经测试，上述水系锌离子电池凝胶电解质能提高水系锌离子电池的循环稳定性和电池容量；根据其功能和效果，上述水系锌离子电池也可用在锌离子电化学储能装置中。

本发明的优点在于：本发明提供的凝胶电解质有氨基和磺酸基团，对锌具有良好的配位作用，能够引导和限制锌离子的沉积，磺酸根提供优异粘附力的能力，使锌箔与凝胶电解质有优异的界面接触，使锌沉积更加均匀，从而提高电池的循环稳定性和电池器件寿命；并且该凝胶电解质机械性能优良，可以弯折，扭曲，能应用于柔性电池，对于智能穿戴柔性器件也可以表现良好的性能。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一种水系锌离子电池添加剂，其通式表示如下：

AM-SAS

含上述凝胶电解质的水系锌离子电池电解液，由丙烯酰胺和烯丙基磺酸钠不同比例的聚合，加入MBAA，APS等粘结剂，引发剂聚合而成，分别形成4个不同的比例，丙烯酰胺/烯丙基磺酸钠为1/1,，1.5/1，2/1，3/1。

实施例1

(1)AM-SAS的制备：

硫酸锌溶液：用超纯水机制取电阻为18MΩ的超纯水作为溶剂，将七水合硫酸锌加入超纯水中搅拌溶解，配制成2M的硫酸锌水溶液；