[发明专利]一种琼脂糖凝胶电解质、其制备方法及其在电池中的应用

说明书

本发明公开了一种琼脂糖凝胶电解质、其制备方法及其在电池中的应用，琼脂糖或琼脂糖凝胶与溶剂混合后，搅拌同时加热至高温，当混合均匀后，放入低压环境中或静置，排除气泡；在适当温度将液体制作为所需形状，降低温度时，随着液体的凝胶化就可以获得适当形状的凝胶。将凝胶放置在电池所需电解液中长时间浸泡，即可获得所需的凝胶电解质。并将得到的凝胶电解质用于铝空气电池、锌空气电池中。本发明创造性地将琼脂糖凝胶应用到电池电解质中，具有大范围可调节的固液比例，可以抑制开放式铝空气电池与锌空气电池中的漏液问题；铝负极的利用率可以达到67.1%，达到了目前小型铝空气电池最高的容量密度。

技术领域

本发明涉及一种电解质及其制备方法和应用，具体涉及一种凝胶电解质及其在金属空气电池中的应用。

背景技术

随着人们对新能源汽车需求的提升，对动力电池的性能也提出了更高的要求。锂离子电池的原料成本较高，并且其能量密度也制约了其在电动汽车上的应用，研发具有更低成本、更高能量密度的电池成为了现在新能源材料研发的重点。

金属空气电池的负极材料是金属单质，正极材料是催化剂和空气中的氧气。金属单质具有高理论比容量（Al 2.98 Ah g ^-1， Li 3.86 Ah g ^-1，Mg 2.20 Ah g ^-1， Zn 0.82Ah g ^-1），远高于现有锂离子电池负极石墨的理论比容量（0.372 Ah g ^-1），并且其主要正极材料（氧气）可以从空气中获得，因此，金属空气电池可以获得超高的理论质量能量密度。

碱性铝空气电池的理论电压达到2.7 V，理论质量能量密度为8.1 kWh kg ^-1，远高于现有的锂离子电池（0.31 kWh kg ^-1）。并且，由于金属铝在地壳中的储量在所有金属中最高，具有低成本、高理论比容量以及安全无毒等特点，使其在金属-空气电池中受到特别关注。而锌空气电池也因为其具有较高的理论比容量，以及一定程度的充放电循环性能被许多研发人员寄予希望。

但是，铝在碱性与酸性条件下均会发生不可逆自腐蚀反应，这就导致铝空气电池会出现液体电解质漏液、自腐蚀产生的氢气破坏电池结构、无法进行充电等问题，在低功率放电时自腐蚀变得更加严重。为了克服这些问题，提出了采用凝胶电解质的方案，这对于抑制铝的自腐蚀起到了显著的作用，但是，碱性铝空气电池仍然难以在低功率（5-10mW cm^-2）、小型化的条件下达到较高的容量利用率。

目前，被报道的小型非液体电解质的铝空气电池，其铝极的容量利用率都没有达到50%以上，其主要原因就在于电解质对于抑制铝腐蚀的作用还不够强。如果能使用一种凝胶电解质，其拥有高储电解液能力，可以防止电池漏液，并能抑制铝在碱性或酸性电解液中的自腐蚀，使铝负极的利用率达到60%以上，那么再配合不同类型的抑制自腐蚀添加剂以及将铝负极合金化，就可以将铝负极的利用率提升至85%以上。当铝负极的利用率高于60%时，电池总体容量密度约为650 Ah kg ^-1、能量密度约为1000 Wh kg ^-1（平均放电电压为1.55V），远高于现有的锂离子电池310 Wh kg ^-1。在这种情况下，即使铝空气电池只作为一次电池使用，也能在例如无人机等对能量密度有高要求的领域发挥作用。并且，铝负极利用率的提高，将为可充电铝空气电池提供支持。

所以，寻求一种新的具有抑制自腐蚀能力以及防漏液的凝胶电解质，对于铝空气电池的性能提升有重要意义，具有明显的经济价值。

发明内容

本发明的发明目的是提供一种琼脂糖凝胶电解质，获得适合铝空气电池、锌空气电池的特性，以达到抑制自腐蚀及防漏液的作用；本发明的另一发明目的是提供这种琼脂糖凝胶电解质的制备方法；本发明的再一发明目的是实现这种琼脂糖凝胶电解质在电池中的应用。