一种锌系电池用电解液添加剂的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种电解液添加剂，特别涉及锌系电池用电解液添加剂。
【背景技术】
[0002] 锌系电池采用比容量极高的锌作为负极，是一类高性能电池，是电动车等的理想 电源。同时，由于该类电池的负极采用锌电极，贮藏量丰富，价格便宜，且电池的生产和使用 过程对环境不产生任何污染，被誉为真正的"绿色电池"。但是该类电池也存在着一些迫切 需要解决的问题：首先，碱性溶液中的锌负极，在热力学上是不稳定的，锌负极自放电不仅 损失容量，同时，还产生了氢气，造成内压上升，电解液失水、干涸；其次，锌负极放电产物在 氢氧化钾、氢氧化钠之类的电解液中有较大的溶解度，制约了其在电池领域的应用；再次， 锌系二次电池在充电时候，会发生不均匀的锌沉积，使得锌负极在多次充放电后形状发生 改变，电极的四周变薄，中间增厚，有时则表现为上部变薄、下部增厚，最终使电极活性表面 积减小，电池容量下降；而且，锌电极在充电后期，还会产生枝晶，即像树枝状的沉淀物，这 种树枝状沉淀物有时可戳穿隔膜，引起电池内部短路，使电池寿命终止。
[0003] 因此，解决锌负极上述问题，将成为锌系电池及其产业化的重点与难点所在。
【发明内容】
[0004] 本发明为了解决现有技术中存在的问题，提供了一种电解液添加剂，可以有效的 减少锌电极的溶解及自放电，应用到锌系二次电池后，可以有效的延长电池循环使用寿命。
[0005] 本发明为解决上述技术中存在的技术问题提供了一种技术方案：
[0006] -种锌系电池用电解液添加剂，所述的添加剂包括碱土金属氧化物和/或碱土金 属氢氧化物。
[0007] 优选所述的碱土金属氧化物为氧化钙，碱土金属氢氧化物为氢氧化钙、氢氧化钡。
[0008] 在一个实施例中，所述的的添加剂为氧化钙，为氢氧化钙，为氢氧化钡；在另外一 个事实例中，所述的添加剂为氧化钙、氢氧化钙混合物，为氧化钙、氢氧化钡混合物，为氢氧 化钙、氢氧化钡混合物；在另外一个实施例中，所述的的添加剂为氧化钙、氢氧化钙、氢氧化 钡混合物，其中氧化钙的重量份为10~40,氢氧化钙重量份为0~10、氢氧化钡的重量比 为0~7. 5。
[0009] 本发明还提供了一种锌系电池用电解液，所述的电解液中除了基础溶液还含有上 述的添加剂。
[0010] 所述的基础溶液为本领域公知的锌系电池用电解液，例如含有碱金属氢氧化物的 水溶液，所述的碱金属氢氧化物优选为氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化锂中的一种或多种。优 选，所述的KOH、NaOH、LiOH在电解液中的浓度分别是3~8mol/L、0. 03~3mol/L、 0? 02 ~2mol/L;更优选K0H浓度为 5 ~5. 5mol/L、NaOH为 0? 5 ~2mol/L、LiOH为 0. 5~1. 5mol/L。在一个实施例中，所述的基础溶液为含有20重量份氢氧化钾、6重量份 氢氧化钠、1重量份氢氧化锂，100份水的水溶液。
[0011] 又例如基础溶液为含有缓蚀剂的上述碱液，所述的缓蚀剂可以为本领域公知的化 合物，只要能适用于锌系电池即可。缓蚀剂可以为无机物，例如铟、铋、铈、铅、锡的氧化物或 氢氧化物中的一种或多种。缓蚀剂可以为有机物，例如1，3,5_苯基三磺酸钾、四丁基澳化 按、二甲胺基环氧丙烷、吐温20、纤维素基或淀粉基的衍生物中的一种或多种。在一个实施 例中，所述的基础溶液为含有缓蚀剂的碱液，所述的缓蚀剂为铟、铋、铈、铅、锡的氧化物或 氢氧化物中的一种或多种，重量百分比为〇~4. 5%，更优选为0~2%，去离子水重量计， 混合物混合比例任意。在一个实施例中，所述的基础溶液为含有缓蚀剂的碱液，所述的缓蚀 剂为1，3, 5-苯基三磺酸钾、四丁基澳化按、二甲胺基环氧丙烷、吐温20、纤维素基或淀粉基 的中的一种或多种，重量百分比为〇~4. 5%，更优选为0~2%，去离子水重量计，混合物 混合比例任意。
[0012] 又例如基础溶液为含有能提高电解液离子导电性能的导电添加剂的上述碱液，所 述的导电添加剂可以为本领域公知的化合物，只要能适用于锌系电池即可。导电添加剂可 以为氟化钾、碳酸钾、氟化锂盐中的一种或多种。在一个实施例中，所述的基础溶液为含有 导电添加剂的碱液，所述的导电添加剂为氟化钾、碳酸钾、氟化锂一种或多种，浓度分别为 0~5mol/L，更优选分别为氟化钾0~2. 3mol/L、碳酸钾0~2. 3mol/L、氟化锂0~ lmol/L。
[0013] 优选，所述的添加剂在电解液中占电解液总重量的5~50%。
[0014] 本发明还公开了一种锌系电池用电解液的制备方法，先将添加剂分别按比例称取 加入水中制成悬浮液，水与添加剂的重量比为2 : 1~5 : 1，然后将基础溶液的组分，添加 到悬浮液中搅拌均匀即得所述的电解液。添加剂在电解液中占电解液总重量的5~50%， 搅拌均匀即得所述的电解液。
[0015] 本领域的技术人员应该认识到，电解液的制备也可以是将添加剂分别按比例称取 后直接添加到事先制备好的基础溶液中。
[0016] 在基础溶液中加入CaO,CaO与水熟化反应后，可以形成Ca(0H)2并使得溶液成悬 浮液。这种乳液状或类似于胶体的电解液形态有很强的水分保持能力，从而抑制了电池失 水；同时，由于没有可以自由流动的电解液，故而电极结构在循环、使用过程中更为稳定，电 池寿命更长；另外，该电解液中的CaO、Ca(0H)2等在锌系电池的充放电过程中，可以与Zn 形成难溶于碱的锌酸盐，从而保持电极结构、减少锌自放电、阻止失水，提高电池的循环寿 命。具体而言，液中大量CaO、Ca(0H)2的存在，使得Zn负极在充放电过程中可以与周围的 Ca(0H)2反应形成溶解度更小的Ca(0H)2 ? 2Zn(0H)2 ? 2H20,从而抑制Zn(0H)2_4的迁移，增 加了电极的稳定性，并提高电极的循环寿命。同时，配置电解液时，还加入少量的添加剂如 Ba(0H)2、Ca(0H)2以促进形成锌酸钡、锌酸钙的形成，共同减少锌电极的自放电与形变，提高 循环寿命。
【附图说明】
[0017] 图1电解液配制工艺示意图；
[0018] 其中：1、配胶容器A; 2、配胶容器B; 3、搅拌器；4、锌镍二次电池；5、注液口；
【具体实施方式】
[0019] 以下结合实施例与附图，对本发明进行具体实施说明，但非限制本发明。
[0020] 实施例1
[0021] 结合附图1，在本发明的一个实施例中，在一只1. 6V120AH规格锌镍二次电池中加 入胶态电解液，另一只同规格锌镍电池中加入普通的电解液，进行对比测试。胶态电解液的 具体配制方法为：
[0022] 如图1，在配胶容器A(l)中将5份（重量份，下同）氧化钙、5份氢氧化钡、10份 氢氧化钙加入到1〇〇份去离子水中，通过搅拌器（3)搅拌均匀形成悬浮液。将20份氢氧化 钾、6份氢氧化钠、1份氢氧化锂置于配胶容器B(2)中。在搅拌器（3)的强烈搅拌条件下， 将容器1中的溶胶缓慢加入到配胶容器B(2)中，充分搅拌溶解后得到所需的胶态电解液， 然后，将所得的胶体型电解液通过电池注液口（5)加入到锌镍二次电池（4)中，为了使得胶 体充分浸润电池（4)的内部，此时可以通过抽真空，分次加入电解液，电池编号为胶体1#。 同上所述，配置普通电解液，其唯一区别在于未加入氧化钙，电解液成溶液状，并将普通电 解液加入到同规格电池中，电池编号为普通1#。
[0023] 最后将所得的胶体电池和普通电池进行内阻、化成、循环、存储性能等测试。详细 结果如下表所示：
[0024]
【主权项】
1. 一种锌系电池用电解液添加剂，其特征在于，所述的添加剂包括碱土金属氧化物 和/或碱土金属氢氧化物。
2. 权利要求1所述的电解液添加剂，其特征在于，所述的添加剂为氧化钙、氢氧化钙、 氢氧化钡中一种或多种。
3. 权利要求2所述的电解液添加剂，其特征在于，所述的添加剂为氧化钙、氢氧化钙、 氢氧化钡混合物，其中氧化钙的重量份为10~40,氢氧化钙重量份为O~10、氢氧化钡的 重量比为0~7. 5。
4. 一种锌系电池用电解液，其特征在于，所述的电解液包含权利要求1~3所述的添加 剂。
5. 权利要求4所述的电解液，其特征在于，所述的添加剂在电解液中占电解液总重量 的5~50%。
【专利摘要】本发明公开了一种锌系电池用电解液添加剂，包括碱土金属氧化物和／或碱土金属氢氧化物。添加本发明添加剂的电解液具有较强的水分保持能力，即保水性好，从而抑制了锌系电池的失水和析氢；同时电解液中的CaO、Ca(OH)2等在锌系电池的充放电过程中，可以与Zn形成难溶于碱的锌酸盐，从而保持电极结构、减少锌自放电、阻止失水，提高电池的循环寿命。本发明还公开了一种含有上述添加剂的电解液。
【IPC分类】H01M10-0567
【公开号】CN104868166
【申请号】CN201410063278
【发明人】宋永江, 罗云峰
【申请人】常州优特科新能源科技有限公司
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2014年2月25日