[發明專利]一種用于鋅鎳電池的水凝膠電解質、鋅鎳電池及制備方法

有效

• 申請號: 202110271617.7
• 申請日: 2021-03-12
• 公開（公告）號: CN113054262B
• 公開（公告）日: 2023-03-10
• 發明（設計）人: 鐘澄;李斯文;宋永江;胡文彬
• 申請（專利權）人: 湖南源達新材料有限公司
• 主分類號: H01M10/26
• 分類號: H01M10/26;H01M10/30
• 代理公司: 上海段和段律師事務所 31334
• 代理人: 李佳俊;郭國中

本發明公開了一種用于鋅鎳電池的水凝膠電解質、鋅鎳電池及制備方法。所述水凝膠電解質包括以下組分：水系電解質：87～99wt％；以及聚丙烯酸鉀：1?13wt％；其中，所述聚丙烯酸鉀的聚合度≥90萬，粒徑為30?60目。此外，本發明還公開了一種制備上述的用于鋅鎳電池的水凝膠的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：步驟S1：按各物質組分稱取獲得水系電解液；步驟S2：將制備所得的水系電解液與聚丙烯酸鉀混合制備獲得所述的用于鋅鎳電池的水凝膠電解質。再者，本發明還公開了一種鋅鎳電池及其制備方法。本發明所述的水凝膠電解質可以有效提高鋅鎳電池的循環壽命。

技術領域

本發明涉及電化學領域，尤其涉及一種用于電池的電解質及其制備方法。

背景技術

鋅鎳電池負極鋅資源豐富、價格便宜，電池生產過程操作簡單，使用過程不會對環境產生污染，是一種廉價實用具有高性能的綠色水系電池。但是鋅鎳電池低循環壽命制約其發展和工業應用，尤其是在高倍率下電池的循環壽命問題更為突出，主要限制因素可被總結為以下三點：

1.鋅負極變形，鋅電極在堿液中的電化學活性較大，而且熱力學性質不穩定，充電產物鋅酸鹽在強堿性水溶液中溶解度較高，經過一定的充放電循環之后，活性物質在電極表面分布不均勻，在頂部和邊部的負極活性物質逐漸減少，而在電池底部和中部逐漸增厚，這就導致了電極有效表面積減少，電流密度分布不均，過電位升高，氧化鋅的利用率降低，電池容量下降。

2.鋅枝晶，鋅負極表面的活性物質鋅酸鹽在充電過程中會溶解在堿性水溶液中，溶解在電解液中的鋅酸鹽沉積在電極表面形成一種針狀物質，這種針狀物質會刺穿電池的隔膜，引發正、負極接觸，從而造成電池短路。有研究表明，鋅鎳電池在高倍率充放電時，電極表面活性離子擴散不均勻，濃差極化嚴重，鋅電極表面容易產生枝晶。

3.析氫，鋅負極與一些電位較正的物質形成原電池，會發生自腐蝕，在此過程中有氫氣產生。氫氣的長期積累會增加電池的內壓，使得電池出現電解液泄漏等現象。

基于此，期望獲得一種水凝膠，所述水凝膠通過改變介質的物理狀態，從而克服現有技術中所存在的不足。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種用于鋅鎳電池的水凝膠電解質、鋅鎳電池及制備方法。所述水凝膠克服了現存的技術難題，具有以下五點優點：1本案水凝膠電解質及其制備得到的水凝膠相對于現有技術的水系電解質的克服了低流動性的不足，使得其能夠均勻活性物質的分布，減少負極的溶解，并且抑制枝晶的形成；2.本案水凝膠電解質及其制備得到的水凝膠中，電解質分子間的力的相互作用大于水分子之間的相互作用，因此能夠有效減少因產氣而引起的電解液爬出問題；3.本案水凝膠電解質及其制備得到的水凝膠能夠緩解水系電解質；4.本案的水凝膠可以解決水系電解液易揮發問題；5.本案水凝膠電解質及其制備得到的水凝膠中的水系電解質能夠透氧，當電池的正極發生副反應產生氧氣時，氧氣會透過水系電解質與負極的鋅結合形成氧化鋅，使得電池電壓一直不能升高，從而造成電池產生一直虛充電的現，而現有技術中的水凝膠電解質中很難傳遞氧氣，會抑氧氣與O₂結合，電壓會上升，不會使電池一直虛充電，有效的保護了電池，避免發生電解質因重力因素而積累在電極片下方從而產生的活性物質分布不均勻的現象。

為了實現上述目的，本發明通過以下幾個方面實現：

第一方面，本發明提出了一種用于鋅鎳電池的水凝膠電解質，所述水凝膠電解質包括以下組分：

水系電解質：87～99wt％；

以及聚丙烯酸鉀：1-13wt％；

其中，所述聚丙烯酸鉀的聚合度≥90萬，粒徑為30-60目。

優選地，所述水系電解質包括以下組分：

KOH：20-40wt％，LiOH：0.05-0.5wt％以及ZnO：2％～5％wt，余量為水。