[發(fā)明專利]一種應用于鋅離子電池的自保護凝膠電解質(zhì)及其制備方法

有效

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• 申請日: 2022-08-29
• 公開（公告）號: CN115133146B
• 公開（公告）日: 2022-11-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 羅強;項求平
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇展鳴新能源有限公司
• 主分類號: H01M10/38
• 分類號: H01M10/38
• 代理公司: 深圳峰誠志合知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44525
• 代理人: 何耀平

本發(fā)明屬于鋅離子電池技術(shù)領(lǐng)域，針對鋅離子電池水凝膠電解質(zhì)在高溫下促進了水與電極發(fā)生源自電解的副反應，大大減少使用壽命的問題，提供了一種應用于鋅離子電池的自保護凝膠電解質(zhì)及其制備方法，通過將竹纖維經(jīng)過硅氧烷改性后再利用光引發(fā)劑促進改性竹纖維與N?異丙基丙烯酰胺交聯(lián)得到多孔凝膠，再經(jīng)過洗滌干燥得到脫水的多孔凝膠，并將其浸入氯化鋅和硅油的混合乳液中進行循環(huán)控溫膨脹得到自保護凝膠電解質(zhì)，本發(fā)明利用少量硅油與氯化鋅溶液性乳液作為電解液，一方面能夠配合多孔凝膠的熱敏感應在“水包油”和“油包水”形態(tài)中轉(zhuǎn)換達到高溫自保護作用，另一方面阻礙電解質(zhì)老化速度，進一步延長電池使用壽命。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋅離子電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種應用于鋅離子電池的自保護凝膠電解質(zhì)及其制備方法。

背景技術(shù)

水系鋅離子電池因其價格低廉、安全性能高、易于組裝、離子電導率高、理論比容量高、環(huán)境友好等優(yōu)點而成為最有潛力的鋰離子電池替代品。但同時，水系鋅離子電池也存在諸多的問題，如正極的溶解、副產(chǎn)物的生成以及負極的鋅枝晶生長、腐蝕和鈍化。最近，人們采用了許多策略來提高鋅溶解/沉積過程的可逆性并延長鋅金屬電極的循環(huán)壽命。

目前，在水系鋅離子電池領(lǐng)域研究較多的水凝膠電解質(zhì)的種類包括聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚乙二醇、聚環(huán)氧乙烷、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯等，水凝膠電解質(zhì)中的水分子增強了電極與電解質(zhì)之間的固-固界面的接觸，。但現(xiàn)存的水凝膠電解質(zhì)存在水凝膠中鋅離子電池快速充/放電過程中易造成局部高溫，若這時的電池還是快速運轉(zhuǎn)，在長期循環(huán)過程中，高溫促進了水與電極發(fā)生源自電解的副反應，從而加快了電池性能永久性的下降速率，大大減少使用壽命。因此，開發(fā)一種能夠適應鋅離子電池充放電溫度變化時的自保護凝膠電解質(zhì)，對于延長鋅離子使用壽命具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

（一）解決的技術(shù)問題

本發(fā)明的目的是提供一種應用于鋅離子電池的自保護凝膠電解質(zhì)及其制備方法，解決了鋅離子電池水凝膠電解質(zhì)在高溫下促進了水與電極發(fā)生源自電解的副反應，大大減少使用壽命的問題。

（二）技術(shù)方案

為解決上述問題，本發(fā)明提供一種應用于鋅離子電池的自保護凝膠電解質(zhì)，由竹纖維經(jīng)過硅氧烷改性后再利用光引發(fā)劑促進改性竹纖維與N-異丙基丙烯酰胺交聯(lián)得到多孔凝膠，再將多孔凝膠浸入25-30℃的去離子水中洗滌除去殘留的單體和聚合物，然后在30℃烘箱中干燥，得到脫水的多孔凝膠，將其浸入氯化鋅和硅油的混合乳液中進行循環(huán)控溫膨脹得到自保護凝膠電解質(zhì)。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過如下方案實現(xiàn)的：

一種應用于鋅離子電池的自保護凝膠電解質(zhì)的制備方法，包括以下步驟：

S1、將全纖維素置于75-80℃的氫氧化鉀溶液中2-3h，用去離子水洗滌，過濾，烘干得到竹纖維；

S2、配置乙醇和水的混合物，并用乙酸將混合物調(diào)至目標pH，加入甲基三乙氧基硅烷水解3h，得到硅烷溶液，將竹纖維浸入硅烷溶液中，浸泡時間為3小時。隨后，用蒸餾水洗滌纖維以除去未反應的硅烷分子，最后干燥，得到改性竹纖維；

S3、將改性竹纖維浸入二苯甲酮溶液3-5min，用乙醇和水徹底沖洗干凈后，將N-異丙基丙烯酰胺、NaIO₄、苯甲醇、去離子水配置成混合溶液，將吸收了二苯甲酮的改性竹纖維浸入混合溶液中，施加強紫外光照射進行反應，得到多孔凝膠，浸入25-30℃的去離子水中洗滌除去殘留的單體和聚合物，然后在30℃烘箱中干燥18-24h，得到脫水的多孔凝膠；

S4、將氯化鋅溶液和硅油混合后超聲分散均勻制成乳液，將脫水的多孔凝膠浸入乳液中，在超聲分散機中超聲分散并且進行循環(huán)控溫，直到多孔凝膠完全膨脹得到自保護凝膠電解質(zhì)。

進一步的，所述步驟S1中的全纖維素是從3-4年的毛竹中提取的，提取方法步驟如下：