一种半互穿网络结构的锌离子凝胶电解质的制备方法及其应用

1.本发明涉及锌离子电化学装置技术领域，尤其涉及一种水系锌离子凝胶电解质的制备方法及其应用。


背景技术：

2.可充电水系锌离子电池(zibs)因其低成本、高安全性和环境友好性，以及金属锌的高理论比容量(820mahg-1
)，低氧化还原电位(-0.762v vs.she)和高丰度等优点，被认为是替代锂离子电池很有前景的储能器件。然而，在充放电过程中，水溶液电解质中的水分子往往会发生分解，伴随h2或o2析出并生成副产物(zn4(oh)6so
4 xh2o)，以及严重的锌枝晶生长都造成zibs电池寿命缩短。改善电池循环性能的策略有很多，包括涂层修饰、界面改性、凝胶电解质等，凝胶电解质因其离子电导率高，柔韧性好备受关注，但由于现在的凝胶电解质离子电导率差，锌沉积不均匀的问题，解决锌枝晶的效果较差。所以合成一种水系锌离子电池凝胶电解质解决离子电导率差，增强抑制枝晶效果是很有必要的。


技术实现要素：

3.针对上述背景技术中指出的不足，本发明提供了一种水系锌离子电池凝胶电解质制备方法及其应用，旨在解决水系锌离子电池枝晶严重的问题。
4.为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
5.一种水系锌离子电池凝胶电解质，其通式表示如下：pcs
6.该水系锌离子电池凝胶电解质的制备方法如下：
7.(1)使用聚乙烯醇、磺化纤维素、无机黏土配置成水溶液，搅拌均匀，充分混合，倒入模具中。
8.(2)将倒入模具中的混合液，冷冻-解冻数次，合成凝胶。
9.(3)将该凝胶泡入znso4电解液中数小时，形成凝胶电解质。
10.此处，需要说明的是，本发明中的磺化纤维素可以为在使用前利用现有技术中任何一种可行的方式制备得到的，也可以是直接通过购买得到。
11.优选的，所述合成凝胶电解质使用的聚乙烯醇为60-80份；
12.优选的，所述合成凝胶电解质使用的磺化纤维素为10-20份；
13.优选的，所述合成凝胶电解质使用的无机黏土为10-20份；
14.优选的，所述合成凝胶电解质使用的温度－10摄氏度-－20摄氏度。
15.经测试，上述水系锌离子电池凝胶电解质能提高水系锌离子电池的循环稳定性和电池容量；根据其功能和效果，上述水系锌离子电池也可用在锌离子电化学储能装置中。
16.本发明的优点在于：本发明提供的凝胶电解质一种半互穿网络结构，聚乙烯醇担任聚合物骨架的作用，磺化纤维素为凝胶电解质提供离子电导率，利用无机黏土的层状多孔结构，提高凝胶的保水性能。该凝胶电解质离子电导率和离子迁移数很大程度得到提高，
凝胶中的-so
3-的能够有效的降低脱溶过程的活化能，并指导锌离子均匀沉积，从而提高电池的循环稳定性和电池器件寿命；并且该凝胶电解质机械性能优良，可以弯折，扭曲，能应用于各种柔性电池，柔性器件，对于智能穿戴也可以表现良好的性能。
附图说明
17.图1是本发明实施例1提供的凝胶电解质的sem图。
18.图2是本发明实施例1提供的凝胶电解质与液体电解质的在电流密度为1ma cm-2
,容量为1mah cm-2
的对称电池性能。
19.图3是本发明实施例1提供的凝胶电解质与液体电解质的zn/i2在5a g-1
的电流密度下全电池性能。
具体实施方式
20.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
21.实施例1：
22.(1)凝胶电解质的制备：
23.使用1.25g聚乙烯醇溶解在10ml的90摄氏度热水中，加入0.3g磺化纤维素，搅拌均匀，加入0.3g海泡石，把混合溶液搅拌均匀，倒入模具中，放入-15摄氏度中冷冻12小时，解冻3小时，重复3-4次。使用2m znso4浸泡6小时得到该凝胶电解质。
24.(2)i2正极的制备：
25.采用i2升华法制备了i2@ac复合阴极。简单地说，将0.5gi2和0.5g活性炭(ac)通过研磨彻底混合。将混合后的粉末密封在水热反应器中，在90摄氏度下加热4h，加热过程中i2热升华并注入到活性炭的孔隙中。自然冷却后得到多孔碳包覆i2(i2@ac)复合材料
26.(3)正极极片的制备:
27.将i2:乙炔黑:ptfe＝7:2:1用水分散均匀，擀压制膜后涂覆在钛网上，烘干得到极片，同时制备若干份，备用。
28.事例1结合图1可以看出，该凝胶电解质的孔径较大，有利于储存电解液，该凝胶形成半互穿网络状结构，可以一直锌枝晶的生长，图2可以看出，pcs凝胶电解质电流密度在1ma cm-2
，容量在1mah cm-2
下可以循环2000小时不发生短路，而对比样液体电解质仅仅循环几十就发生了短路。根据图3可以看出zn/i2全电池在凝胶电解质中循环稳定性好，循环10000次后容量保持率达82.9％，液体电解质循环稳定性差，循环10000次容量保持仅达到71％。
29.实施例2：
30.(1)凝胶电解质的制备：
31.使用1.5g聚乙烯醇溶解在10ml的90摄氏度热水中，加入0.2g磺化纤维素，搅拌均匀，加入0.2g埃洛石，把混合溶液搅拌均匀，倒入模具中，放入-15摄氏度中冷冻12小时，解冻3小时，重复3-4次。使用2m znso4浸泡6小时得到该凝胶电解质。
32.(2)i2正极的制备：
33.采用i2升华法制备了i2@ac复合阴极。简单地说，将0.5gi2和0.5g活性炭(ac)通过研磨彻底混合。将混合后的粉末密封在水热反应器中，在90摄氏度下加热4h，加热过程中i2热升华并注入到活性炭的孔隙中。自然冷却后得到多孔碳包覆i2(i2@ac)复合材料
34.(3)正极极片的制备:
35.将i2:乙炔黑:ptfe＝7:2:1用水分散均匀，擀压制膜后涂覆在钛网上，烘干得到极片，同时制备若干份，备用。
36.使用实施例2所制备的凝胶电解质，组装的锌对称电池在1ma cm-2
的电流密度下，1mah cm-2
的容量下循环1600小时依然很好，而液体电解质仅仅循环几十小时就发生短路。
37.实施例3：
38.(1)凝胶电解质的制备：
39.使用1.0g聚乙烯醇溶解在10ml的90摄氏度热水中，加入0.2g磺化纤维素，搅拌均匀，加入0.3g蒙脱石，把混合溶液搅拌均匀，倒入模具中，放入-15摄氏度中冷冻12小时，解冻3小时，重复3-4次。使用2m znso4浸泡6小时得到该凝胶电解质。
40.(2)正极极片的制备:
41.将ac:乙炔黑:ptfe＝7:2:1用水分散均匀，擀压制膜后涂覆在钛网上，烘干得到极片，同时制备若干份，备用。
42.将上述凝胶组装成锌离子混合电容器，经过试验结果验证，循环性能良好，具有保持比容量稳定性的作用。
43.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。