[发明专利]用于锌镍电池的碱性聚合物电解质薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于锌镍电池的碱性聚合物电解质薄膜及其制备方法，属于聚合物电解质薄膜的制备技术领域。

背景技术

锌镍电池具有理论比能量高，理论电压高，比功率高，工作温度范围较大、成本低廉及无污染等优点，成为二次电池开发的重要候选者之一，但目前为止，该电池尚未占据市场，主要原因是由于其充放电时锌电极易产生形变和枝晶问题而导致其使用寿命较短。

目前，锌镍电池研究工作者对锌电极存在的形变、枝晶、腐蚀等问题采用了较多的改进方法，包括电极和电解液添加剂，但成效不大，目标开始转向固体电解液，尤其是以聚合物为主体的固体电解质由于无漏液问题、易成型等优点，成为锌镍电池的电解质和电解质隔膜的一种重要选择。目前，高分子聚合物电解质的研究多集中在锂离子电池的应用，被研究的聚合物电解质主要有PEO、PVA、PAA等体系，这类研究目前主要还集中于实验室阶段，距离工业化生产和应用还有一定距离，面临的主要问题是离子电导率不够高以及高电导和良好机械性能不能同时满足。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术的不足，提供一种电导率高、机械性能好，在空气中不易失水，柔韧性好的，适用于锌镍电池的碱性聚合物电解质薄膜。

本发明的另一个目的是提供一种适用于锌镍电池的碱性聚合物电解质薄膜的制备方法，该方法易于实现工业化、自动化生产，加工成本低，制备获得的碱性聚合物电解质膜重量稳定，导电性能、机械性能优良。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

用于锌镍电池的碱性聚合物电解质薄膜，所述碱性聚合物电解质薄膜由包含下列重量份的原料经配料、成膜、烘干加工而成：去离子水1400-1600份，聚合物280-320份，表面活性剂7-9份，增塑剂28.1-32.5份，变性淀粉10-14份，消泡剂0.5-0.7份，碱280-320份，所述聚合物为PVA和PEO中的任意一种或两种，所述碱为KOH或NaOH，该碱性聚合物电解质薄膜的具体加工步骤如下：

S1：加入去离子水1200-1300份，加热至沸腾，启动搅拌，加入配方量的聚合物，消泡剂0.3份，搅拌1h以上，再加入余量的去离子水；

S2：加入配方量的增塑剂，搅拌至少10分钟；

S3：将配方量的变性淀粉加60-70℃去离子水18-20份溶解，然后将变性淀粉溶液加入S2获得的原料中，同时加入余量消泡剂和表面活性剂，搅拌至少10分钟；

S4：将配方量的碱加入S3获得的原料中，搅拌30-60min至物料充分均匀，然后关闭搅拌放料；

S4：将配好的料置于储料罐内静置36-48小时以上自然脱气，然后进入成膜机构成膜烘干获得定量为48-52g/㎡，厚度为20-150μm，含湿量小于等于10％的碱性聚合物电解质薄膜，烘干温度为108-133℃，烘干过程成膜机中相对湿度为50-60％。

本申请的发明人合理的选择、搭配原料，将去离子水、PVA或PEO聚合物、表面活性剂、增塑剂、变性淀粉、消泡剂和NaOH或KOH按本发明特定的投料顺序方式获得膜液，然后流延成膜、烘干卷膜获得用于锌镍电池的碱性聚合物电解质薄膜，由于各原料选择适当、配伍合理，加工工艺设计合理，制得的碱性聚合物电解质薄膜电导率高、机械性能好，在空气中不易失水，柔韧性好的。

优选的，所述碱性聚合物电解质薄膜由包含下列重量份的原料经配料、成膜、烘干加工而成：去离子水1500份，PVA 300份，表面活性剂8份，增塑剂28.9份，变性淀粉12份，消泡剂0.6份，KOH或NaOH 300份。

本发明中所述表面活性剂是水溶性的，具有表面活化能力的化合物，具体来说所述表面活性剂为非离子型表面活性剂、阴离子型表面活性剂、阳离子型表面活性剂和两性表面活性剂中的任意一种，具体来说，所述表面活性剂包括但不限于硬脂酸、十二烷基苯磺酸钠、卵磷脂、脂肪酸甘油酯、司盘-80或吐温-80中的任意一种。

上述所说的非离子型表面活性剂还可以在下述举例中选择：聚氧化乙烯油基醚、聚氧化乙烯月桂基醚等聚氧化乙烯烷基醚类、聚氧化乙烯辛基苯醚等聚氧化乙烯烷基苯醚类、聚氧化乙烯月桂酸酯等聚氧化乙烯烷基酯类、聚氧化乙烯月桂氨基醚等聚氧化乙烯烷基胺类、聚氧化乙烯月桂酰胺等聚氧化乙烯烷基酰胺类、油酸二乙醇酰胺等烷醇酰胺类、聚氧化烯烃烯丙基苯基醚等聚氧化烯烃烯丙基苯基醚类等。另外，作为阴离子型表面活性剂，可以举出例如，月桂酸钾等羧酸类、硫酸辛酯等硫酸酯类、十二烷基苯磺酸盐等磺酸类。另外，作为阳离子型表面活性剂，可以举出例如，月桂胺盐酸盐等胺类、月桂基三甲基氯化铵等季铵盐类等。