[發明專利]一種用于鋅電池的新型凝膠電解質及其制備方法

在審

• 申請號: 202110552322.7
• 申請日: 2021-05-20
• 公開（公告）號: CN113437360A
• 公開（公告）日: 2021-09-24
• 發明（設計）人: 劉小瑜;崔瑾;易金
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: H01M10/0565
• 分類號: H01M10/0565;H01M10/36
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 顧勇華

本發明公開了一種用于鋅電池的新型凝膠電解質及其制備方法，選用生物可降解的、具有生物相容性的植物滲出膠——阿拉伯樹膠粉作為鋅離子電池凝膠電解質的基底，通過物理交聯的方式，制備可自支撐的阿拉伯膠凝膠電解質。此凝膠電解質可以穩定鋅的剝離/沉積過程，抑制鋅枝晶的生長和鋅負極的腐蝕，提高鋅負極與電解質之間的界面穩定性，顯著提升鋅離子電池的電化學性能。

技術領域

本發明屬于能源材料技術領域，具體涉及一種用于鋅電池的新型凝膠電解質及其制備方法。

背景技術

鋅電池由于具有較低的電極電勢(–0.7618Vvs.SHE)、較高的比容量(820mAhg^–1)、低成本、資源豐富和環境友好而廣泛受到研究者的關注。但鋅電池中鋅負極目前還面臨巨大的挑戰，如枝晶、腐蝕等。由于這些問題的存在，鋅負極循環壽命相對較差。因此，提升鋅負極的循環性能成為國內外的研究熱點。

在鋅電池的不斷充放電過程中，電極表面不均勻的成核位點和電流密度分布使得初始的鋅沉積變得不均勻，從而導致后續更加不均勻的鋅沉積和溶解，造成鋅枝晶的形成。隨著反應的進行，由于“尖端效應”，鋅離子在凸起部位繼續沉積，最終會形成能夠刺穿隔膜的鋅枝晶，導致電池的短路失效。并且由于鋅的電極電勢相對于析氫反應的電極電勢較低，因而在鋅電極表面，水中的氫離子優先于鋅離子得到電子，生成氫氣。析氫反應導致鋅電極的利用率大大降低，同時也影響了電池的循環壽命。此外，水系電解液中的鋅離子在化學熱力學作用下會自發與水中的OH^–結合形成堿式硫酸鋅等副產物，阻礙鋅離子的傳輸，損害電池的整體性能。因此，如何降低自由水的含量來拓寬電解質的電化學穩定窗口，抑制鋅枝晶生長和金屬鋅腐蝕成為目前改善鋅負極循環穩定性的重點和難點。

發明內容

為了解決現有技術問題，本發明的目的在于克服已有技術存在的不足，提供一種用于鋅電池的新型凝膠電解質及其制備方法，使用阿拉伯膠作為基底制備鋅離子電池凝膠電解質，從根源上減少水的含量，抑制由溶劑水帶來的析氫、腐蝕等問題，從而提升鋅負極的可逆性，有效緩解了鋅電極的枝晶和腐蝕問題，大大提升了鋅電極的循環性能。

為達到上述發明創造目的，本發明采用如下技術方案：

一種用于鋅電池的凝膠電解質及其制備方法，通過物理交聯的方式形成凝膠，主要包括以下步驟：

(1)將ZnSO₄·7H₂O和Li₂SO₄溶解在去離子水中，在磁力攪拌下溶解至澄清透明，然后將溶液轉移到容量瓶中定容，得到摩爾濃度為0.5-2molL^–1的ZnSO₄和摩爾濃度為0.5-1mol L^–1的Li₂SO₄混合溶液；

(2)量取10mL已配制好的ZnSO₄和Li₂SO₄混合溶液，按照阿拉伯樹膠和所述混合溶液的固液混合比例，稱取比例不低于100g L^–1的阿拉伯樹膠粉；

(3)將稱量好的阿拉伯樹膠粉加入到已配制好的ZnSO₄和Li₂SO₄混合溶液中，在80-90℃的水浴加熱下，將阿拉伯樹膠粉充分溶解在混合溶液中，形成均一的溶液；

(4)將所獲得的均一溶液澆鑄在玻璃模具中，在不高于25℃的溫度下靜置冷卻直至形成凝膠，得到凝膠電解質；

(5)將玻璃模具中的凝膠電解質使用圓沖沖下來，得到一定厚度的自支撐的凝膠電解質，所述自支撐的凝膠電解質用作鋅離子電池的隔膜和電解質使用。