[發明專利]一種堿性電池膠體電解質及其制備方法

有效

• 申請號: 202010198545.3
• 申請日: 2020-03-20
• 公開（公告）號: CN111463501B
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發明（設計）人: 劉孝偉;馬永泉;陳經寧;王江林;趙磊
• 申請（專利權）人: 山東合泰新能源有限公司
• 主分類號: H01M10/26
• 分類號: H01M10/26;H01M10/28
• 代理公司: 寧波甬致專利代理有限公司 33228
• 代理人: 李迎春

本發明公開了一種堿性電池膠體電解質，包括堿溶液、硼酸和/或硼酸鹽、負極緩蝕劑、有機凝膠劑、無機凝膠劑以及水；本發明還公開了該堿性電池膠體電解質的制備方法，包括堿性電解液的配置、有機凝膠劑的配制以及堿性膠體電解質的配制等步驟；通過本發明制得的電解質應用至蓄電池后能夠有效改善其循環性能，并且壽命較長，具有較高的商用價值。

技術領域

本發明涉及堿性電池技術領域，尤其涉及一種堿性電池膠體電解質及其制備方法。

背景技術

目前，電動汽車發展取得了很大進展。由于鋰離子電池具有較高的比能量、較長的循環壽命，無重金屬污染等優點，電動汽車普遍采用鋰離子電池，而鋰離子電池是采用有機溶劑作為電解液，容易出現燃燒爆炸的危險。并且，由于鋰電池采用有機電解液，鋰離子在低溫條件下遷移速度比較低，導致低溫充放電性能不佳。另外，鋰離子電池回收利用率非常低，僅僅有部分高價元素得到回收利用。安全問題、低溫充放電問題以及回收利用等問題一直困擾著新能源電動汽車的發展。尋找一種不燃燒且比能量高的蓄電池，對電動汽車具有非常重大的意義。

鋅鎳電池一般采用堿液作為電解液，是一種水系電解液，不燃燒不爆炸，具有熱容量大的特點，安全性能極高。由于采用水系電解液，離子遷移速率非常大，低溫充放電性能十分優良。鋅鎳電池正極采用鎳材料，負極采用鋅材料，回收技術十分成熟，因此，鋅鎳電池的殘值很高，回收利用率可以與鉛酸蓄電池媲美。

傳統的鋅鎳電池一般采用8M以下由KOH配制的強堿水溶液。如果電解液濃度較大，則導電性好，容易提高正負極利用率，但是同時會增加鋅負極的自腐蝕行為；如果電解液濃度較低，可以直接減小氧化鋅的溶解度，但是電解液導電能力差，致使Ni(OH)₂不能正常工作，正負極不能充分反應。因此，要降低電解液濃度，就必須同時加入支持電解質以增加電解液離子導電率。目前研究比較多的支持電解質是KF、NaF、K₂CO₃等，如在15％(wt)KOH.15％(wt)KF的電解液中氧化鋅的溶解度下降了1/4。并且由于氧化鋅飽和的3.2,-4.5M KOH+1.8MKF+1.8M K₂CO₃+0.5MLiF溶液為最佳電解液配比。在這類電解液中，充放電循環時鋅負極的變形被明顯抑制，電池的循環壽命有明顯延長。

此外，為減小鋅活性物質在電解液中的溶解，通常在電解液中加入各種緩蝕劑，基本分為無機緩蝕劑和有機緩蝕劑兩種類型。無機緩蝕劑一般是氧化物、氫氧化物或金屬鹽等。In₂0₃、In(OH)₃、SnO、PbO及HgO等常用來做負極緩蝕劑，它們能夠在氧化鋅被還原之前先被還原，形成導電網絡，改善電流密度分布，并且這些金屬能夠提高析氫過電位，抑制氫氣的產生，在一定程度上減小鋅負極的自溶解速率。研究表明：稀土無機緩蝕劑REM鹽可在鋅負極表面形成水化REM氧化物膜，此類氧化物膜主要是在電極表面的陰極活性格點上形成一個勢壘，阻止電子的得到，抑制析氫反應的發生，提高反應的電阻，降低雙電層電容，從而降低鋅腐蝕速率。有機緩蝕劑方面，Doddapaneni等報道了使用1,3,5苯磺酸鉀(KPTS)添加劑的兩種電解液的電導率可以與30％KOH的電導率相比擬，而且KPTS作為添加劑能吸附在鋅負極表面，提高電極的極化，使鋅的沉積較為均勻，顯著減小了氧化鋅的溶解度，同時抑制了電極自放電。

專利號為US004224391的美國專利公開了一種鋅鎳電解液配方，在堿溶液中加入硼酸、磷酸或砷酸中的一種或多種，最終制得的鋅鎳電池的循環壽命大大提高。

專利號為CN201510604420中公開了一種鋅鎳電池電解液配方，在電解液中加入了一定量的鉍化合物，鉍離子溶解在電解液體系內，在與鋅電極接觸后，能夠在鋅電極表面沉積并形成一層含鉍的致密的保護膜，這層保護膜能夠將鋅電極上的鋅固定在電極表面，從根本上阻止其溶解在電解液中，使鋅電極的溶解降到了最低。其次，在電解液中添加一定的氟離子，能夠進一步減小鋅電極的溶解為了降低電解液中鋅的溶解度。