[發明專利]一種全固態鋅空氣電池及其凝膠電解質

有效

• 申請號: 201810116040.0
• 申請日: 2018-02-06
• 公開（公告）號: CN108539330B
• 公開（公告）日: 2020-05-01
• 發明（設計）人: 苗鶴;袁金良;王洲航;王甫
• 申請（專利權）人: 寧波大學
• 主分類號: H01M12/06
• 分類號: H01M12/06
• 代理公司: 寧波浙成知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 33268
• 代理人: 洪松

本發明涉及一種鋅空氣電池領域，尤其涉及一種全固態鋅空氣電池及其凝膠電解質的制備方法。本發明所提供的一種全固態鋅空氣電池，包括：凝膠電解質、空氣正極、金屬鋅負極。有機凝膠支撐體由丙烯酰胺(AM)和N,N’?亞甲基雙丙烯酰胺(MBAM)反應交聯而成。有機凝膠支撐體將堿性水溶液和陽極緩蝕劑包裹在其中，形成凝膠電解質。空氣正極是將集流層、疏水透氣層和催化層三個功能層壓合而成。金屬鋅負極采用金屬集流體與活性鋅負極的一體結構。最后將凝膠電解質置于金屬鋅負極和空氣正極中間，采用特制絕緣裝夾，將凝膠電解質、空氣正極和金屬鋅負極進行緊固，組裝成為全固態鋅空氣電池。與現有技術相比，采用該發明方法制備的有機凝膠電解質具有更高的電導率，應用上述有機凝膠電解質的全固態鋅空氣電池具有更高的功率密度和循環穩定性。

技術領域

本發明涉及一種鋅空氣電池領域，尤其涉及一種全固態鋅空氣電池及其凝膠電解質的制備方法。

背景技術

鋅是地殼中最為豐富的金屬元素之一，加之其具有較強的電負性，因此鋅一直被廣泛應用于各類電池負極中。其中，鋅空氣電池具有能量密度高、輸出功率大、綠色無污染、安全性好、資源豐富、成本低等特點，被認為是最有前景的電池技術之一。然而，當前開發和商業化的鋅空氣電池為開放體系，加之其一般采用高濃度堿性電解液，因此存在電解液泄露帶來的安全隱患，這就導致此類電池的應用領域受到較大限制。另一方面，空氣中的二氧化碳易與水系可充電鋅空氣電池的電解液反應，而大幅度降低電解液的電導率。為解決這一問題，需要在可充電鋅空氣電池中添加電解液循環系統和二氧化碳阻隔系統，這就使得電池系統的設計變得非常復雜，進而增加了電池成本。全固態鋅空氣電池能夠徹底解決電解液泄露和二氧化碳侵蝕這兩個問題，成為近年來鋅空氣電池的研究熱點。

全固態鋅空氣電池的核心部件之一為全固態電解質。為滿足全固態鋅空氣電池的性能需求，全固態電解質需具備如下特性：較高離子電導率、較寬的電化學窗口、較好的化學相容性和較高的機械性能。然而，目前所開發的全固態電解質的電導率普遍低于水系電解液，導致全固態柔性鋅空氣電池的功率密度偏低，極化電阻較大。在各類固態電解質中，有機凝膠電解質是當前全固態柔性鋅空氣電池的研究熱點，其原理是將堿性水溶液包裹在有機凝膠體中。因此，有機凝膠電解質不僅具有水系電解液的離子擴散性能，還具有固態電解質的粘度、柔韌性和機械強度。從目前的研究現狀來看，有機凝膠電解質主要包括PVA基電解質、PEO基電解質與PAA基電解質三大類。

在各類凝膠電解質中，PAA(聚丙烯酸)基電解質具有最高的吸水能力和離子電導率(可達0.46S/cm)，在PAA基電解質中添加交聯劑MBA還能進一步提高其柔韌性。然而，PAA呈現弱酸性，與堿性電解液的化學相容性較差。丙烯酰胺(AM)法制備有機凝膠被廣泛應用于凝膠注模法制備陶瓷部件中。AM法制備的有機凝膠與PAA基凝膠具有相似的物理性能，如吸水能力強、電導率高、機械性能好等。與PAA不同之處在于，AM為弱堿性，與堿性電解液的化學相容性好。

發明內容

有鑒于此，本發明要解決的技術問題在于提供一種全固態鋅空氣電池的電解質及其制備方法、全固態鋅空氣電池。本發明設計和制備的全固態電解質，制備方法簡單、易于批量制備、可重復性能好，而且采用本發明提供的固態電解質的全固態鋅空氣電池具有更好的電化學性能。

本發明首先提供了一種全固態鋅空氣電池的固態電解質，包括：

有機凝膠支撐體、包裹在凝膠內部的堿性水溶液、包裹在有機凝膠中的陽極緩蝕劑。

所述固態電解質的厚度優選0.2～10mm。