[發明專利]一種混合凝膠聚合物電解質、其制備方法及全固態鋅離子電池

在審

• 申請號: 202011495212.3
• 申請日: 2020-12-17
• 公開（公告）號: CN112615066A
• 公開（公告）日: 2021-04-06
• 發明（設計）人: 周航;黃媛;王佳偉
• 申請（專利權）人: 北京大學深圳研究生院
• 主分類號: H01M10/36
• 分類號: H01M10/36;H01M10/38
• 代理公司: 深圳市深佳知識產權代理事務所(普通合伙) 44285
• 代理人: 夏歡

本發明提供了一種混合凝膠聚合物電解質，包括混合凝膠和摻入所述混合凝膠中的電解質；所述混合凝膠包括海藻酸鈉和瓜爾豆膠；所述電解質包括鋅鹽。所述的海藻酸鈉瓜爾豆膠(SAGG)混合凝膠聚合物電解質的離子電導率高(10～50mS/cm)，有利于提高電池整體的的循環和倍率性能，以及具有一定的機械強度，可以滿足柔性器件設計的需要，作為柔性可穿戴二次電子設備的柔性儲能器件具有良好的應用發展前景。同時所述的海藻酸鈉瓜爾豆膠(SAGG)混合凝膠聚合物電解質可以抑制負極鋅枝晶的生長，延長電池使用壽命。本發明還提供了一種混合凝膠聚合物電解質的制備方法及全固態鋅離子電池。

技術領域

本發明屬于二次電池技術領域，尤其涉及一種混合凝膠聚合物電解質、其制備方法及全固態鋅離子電池。

背景技術

隨著可充電移動設備的廣泛普及、新能源汽車技術的發展，可持續新能源技術的需求日益提升，二次電池作為新能源技術領域的代表，與其相關的科學研究工作得到了飛速發展。特別地，近年來人們對于柔性可穿戴二次電子設備的需求也是日益高漲，柔性儲能器件作為柔性可穿戴二次電子設備的重要組成部分也頗受矚目。在這些二次電池中，鋅離子電池(比如鋅錳電池、鋅釩電池)是近年來重點發展起來的一種新型二次水系電池，具有理論能量密度高、安全性好、原材料儲量豐富成本低廉等諸多優勢，特別是可以應用在水系電解液體系、在空氣環境中穩定的特點，具有較高的安全性，成為了柔性可穿戴電子設備的理想儲能技術，在高性能儲能方案中具有廣闊應用前景。

一般地，常見的鋅離子電池體系是以二氧化錳、五氧化二釩或二硫化釩等材料作為正極活性材料，以金屬鋅作為負極活性材料，以含有鋅鹽或鋅鹽和其他鹽類混合物的水溶液作為液態水系電解液；基于上述液態水系電解液的鋅離子電池稱為二次水系鋅離子電池，其電化學儲能原理一般可以認為是在上述二次水系鋅離子電池體系中，鋅離子在電池負極金屬鋅的表面可以快速可逆地沉積或溶解，同時在電池正極的活性材料上實現快速可逆地嵌入或脫嵌，最終實現二次儲能的功能。

在二次水系鋅離子電池中，以鋅錳體系為例，常見的液態水系電解液多為1-3mol/L的硫酸鋅(ZnSO₄)水溶液、1-3mol/L的硫酸鋅(ZnSO₄)與0.05-0.2mol/L的硫酸錳(MnSO₄)混合水溶液或1-3mol/L的硝酸鋅(Zn(NO₃)₂)水溶液等。將一定質量的鋅鹽或鋅鹽錳鹽混合物溶解在去離子水中，配置成上述摩爾濃度的水溶液，既可作為二次水系鋅離子電池的液態水系電解液。

如上所述，這類二次水系鋅離子電池具有諸多優勢如能量密度高、安全性好等，具有較大發展潛力。但是，其實際使用的液態水系電解質仍會帶來一定問題，比如漏液、水分蒸發而導致循環性能下降的問題、產氫脹氣問題、不耐高低溫問題、枝晶問題以及活性物質溶解等。

發明內容

本發明的目的在于提供一種混合凝膠聚合物電解質、其制備方法及全固態鋅離子電池，本發明中的混合凝膠聚合物電解質具有較高的離子電導率，能夠顯著改善一般凝膠聚合物電解質離子電導率低的缺點，進而實現提高電池循環和倍率性能的目的，并且在柔性儲能領域有一定應用性。

本發明提供一種混合凝膠聚合物電解質，包括混合凝膠和摻入所述混合凝膠中的電解質；

所述混合凝膠包括海藻酸鈉和瓜爾豆膠；所述電解質包括鋅鹽。

優選的，所述鋅鹽為硫酸鋅、硝酸鋅和氯化鋅中的一種或幾種。

優選的，所述混合凝膠聚合物電解質的最大彎曲角度為180°，離子電導率為10～50mS/cm。

優選的，所述電解質還包括錳鹽；

所述錳鹽為硫酸錳、硝酸錳和氯化錳中的一種或幾種。

優選的，所述海藻酸鈉與瓜爾豆膠的質量比為(1～5)：1。