凝胶电解质的制备方法、凝胶电解质及锂电池与流程

本发明涉及电池，特别是涉及一种凝胶电解质及其制备方法和锂电池。

背景技术：

1、目前，如智能手环、智能耳机等柔性可穿戴电子器件的发展愈发引人关注。与传统的储能电子设备相比，柔性可穿戴电子器件更加轻便、可弯折、易穿戴。为了实现柔性可穿戴的效果，电子器件的组成部分均需要具备充分的柔韧性。而在这些组成部分中，电池体系的重要性不言而喻。

2、锌-空气电池作为一种清洁，高效和可持续的能源设备，被认为代表了解决紧迫能源问题的有前途的技术。同样地，柔性锌空电池也具有比容量大、理论能量密度高、电极材料地壳储量丰富、性能稳定、低毒性、安全性高和无污染等优点。采用全固态电解质替代传统液态锌空电池的液体电解质，可以解决锌空电池电解液易挥发和漏液的问题，并且全固态电解质具有可弯曲性和记忆性，可以实现柔性锌空电池的弯曲、穿戴效果。近年来，研究工作中使用的柔性锌空电池通常采用聚乙烯醇(pva)作为固态电解质，但聚乙烯醇在柔性电池的高浓度氢氧化钾碱性电解液中溶胀后，其机械性能大幅度降低，这使电池的稳定性不足。因此，开发在强碱电解液中仍具有优异电导率和机械性能的柔性电池水凝胶是当务之急。

技术实现思路

1、本发明实施例所要解决的技术问题在于，如何提供一种凝胶电解质的制备方法、凝胶电解质及锂电池，能够流程步骤少，且制备的凝胶电解质具有柔性互穿结构，使用其制备的电池具有良好的柔性性能。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种凝胶电解质的制备方法，所述制备方法包括：在络合剂溶液中加入钙盐溶液以获取缓冲溶液，在所述缓冲溶液中加入海藻酸钠、单体和交联剂以获取第一预备溶液，在所述缓冲溶液中加入引发剂和质子发生剂以获取第二预备溶液，将所述第一预备溶液与第二预备溶液混合均匀，并通过热处理以获取水凝胶产物；将所述水凝胶产物浸入液态电解质溶液以获取目标凝胶电解质。

3、在一个可行的实现方式中，所述络合剂溶液的温度为40℃-80℃。

4、在一个可行的实现方式中，所述络合剂溶液中的络合剂包括乙二胺四乙酸二钠、柠檬酸钠、2-甲基咪唑或葡萄糖酸钠中的至少一种。

5、在一个可行的实现方式中，所述钙盐溶液中的钙盐包括氯化钙、葡萄糖酸钙、磷酸二氢钙或硝酸钙中的至少一种。

6、在一个可行的实现方式中，所述缓冲溶液中络合剂与钙盐结合产物的浓度为0.05mol/l～3mol/l；络合剂与钙盐摩尔比为2：1；缓冲溶液浓度与海藻酸钠的比例为1：1～3：1。

7、在一个可行的实现方式中，所述单体为丙烯酰胺；所述交联剂包括n，n'-亚甲基双丙烯酰胺或双丙烯酸乙二醇酯的至少一种；所述引发剂包括过硫酸铵、过硫酸钾或氧化苯甲酰中的至少一种；所述质子发生剂为d-(+)-葡萄糖酸δ-内酯(gdl)。

8、在一个可行的实现方式中，所述第一预备溶液中海藻酸钠质量百分比≥1％，所述单体含量与海藻酸钠质量比为1：4～1：10；所述引发剂和交联剂总量与单体的摩尔比≥0.01％；所述第一预备溶液中单体与交联剂、引发剂之间的摩尔比均为≥10000：1；所述第二预备溶液中引发剂与质子发生剂之间的摩尔比为1：123104～1：2490。

9、在一个可行的实现方式中，所述热处理的热处理温度为30℃-100℃，时间为5h～20h。

10、在一个可行的实现方式中，所述液态电解质溶液中至少包括锌盐和氢氧化钾。

11、在一个可行的实现方式中，所述液态电解质溶液中的锌盐浓度为0.1mol/l～1mol/l，氢氧化钾浓度为6～18mol/l。

12、相应地，本发明还提供了一种凝胶电解质，由上述任一项所述制备方法制成。

13、相应地，本发明还提供了一种锌空电池，包括上述任一项所述的凝胶电解质置于正极片和负极片之间组装而成。

14、实施本发明，具有如下有益效果：

15、实施本申请提供的凝胶电解质的制备方法制备凝胶电解质，流程步骤少，适用工业化放大生产；此外，使用本申请制备方法制备的凝胶电解质具有柔性互穿结构，使用该互穿结构凝胶电解质组装柔性锌空电池后，电池呈现出较好的开路电位、放电极化曲线和功率密度，此柔性锌空电池也可以解决传统锌空电池中液态电解质挥发或漏液的问题，电解质水凝胶在强碱电解液溶胀后仍然具有优异的机械性能。

技术特征：

1.一种凝胶电解质的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述络合剂溶液的温度为40℃-80℃。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述络合剂溶液中的络合剂包括乙二胺四乙酸二钠、柠檬酸钠、2-甲基咪唑、氨三乙酸钠、葡萄糖酸钠或乙二胺四甲叉磷酸钠中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钙盐溶液中的钙盐包括氯化钙、葡萄糖酸钙、磷酸二氢钙、硝酸钙、碳酸氢钙、硫酸氢钙、亚硫酸氢钙、次氯酸钙、溴化钙、碘化钙、氯酸钙、高氯酸钙或高锰酸钙中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，缓冲溶液中络合剂与钙盐结合产物的浓度为0.05～3mol/l；络合剂与钙盐摩尔比为2：1；缓冲溶液浓度与海藻酸钠的比例为1：1～3：1。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述热处理的热处理温度为30℃-100℃，时间为5h～20h。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述液态电解质溶液中至少包括锌盐和氢氧化钾。

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述液态电解质溶液中的锌盐浓度为0.1mol/l～1mol/l，氢氧化钾浓度为6～18mol/l。

11.一种凝胶电解质，其特征在于，由权利要求1-10任一项所述制备方法制成。

12.一种锌空电池，其特征在于，包括权利要求11所述的凝胶电解质置于正极片和负极片之间组装而成。

技术总结
本发明公开一种凝胶电解质的制备方法，所述制备方法包括：在络合剂溶液中加入钙盐溶液以获取缓冲溶液，在所述缓冲溶液中加入海藻酸钠、单体和交联剂以获取第一预备溶液，在所述缓冲溶液中加入引发剂和质子发生剂以获取第二预备溶液，将所述第一预备溶液与第二预备溶液混合均匀，并通过热处理以获取水凝胶产物；将所述水凝胶产物浸入液态电解质溶液以获取目标凝胶电解质。实施本申请提供的凝胶电解质的制备方法制备凝胶电解质，流程步骤少，适用工业化放大生产；此外，使用本申请制备方法制备的凝胶电解质具有柔性互穿结构。

技术研发人员：代少杰,曹文卓,闫昭,李婷
受保护的技术使用者：宜宾南木纳米科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14