[发明专利]一种碱性电池胶体电解质及其制备方法

说明书

本发明公开了一种碱性电池胶体电解质，包括碱溶液、硼酸和/或硼酸盐、负极缓蚀剂、有机凝胶剂、无机凝胶剂以及水；本发明还公开了该碱性电池胶体电解质的制备方法，包括碱性电解液的配置、有机凝胶剂的配制以及碱性胶体电解质的配制等步骤；通过本发明制得的电解质应用至蓄电池后能够有效改善其循环性能，并且寿命较长，具有较高的商用价值。

技术领域

本发明涉及碱性电池技术领域，尤其涉及一种碱性电池胶体电解质及其制备方法。

背景技术

目前，电动汽车发展取得了很大进展。由于锂离子电池具有较高的比能量、较长的循环寿命，无重金属污染等优点，电动汽车普遍采用锂离子电池，而锂离子电池是采用有机溶剂作为电解液，容易出现燃烧爆炸的危险。并且，由于锂电池采用有机电解液，锂离子在低温条件下迁移速度比较低，导致低温充放电性能不佳。另外，锂离子电池回收利用率非常低，仅仅有部分高价元素得到回收利用。安全问题、低温充放电问题以及回收利用等问题一直困扰着新能源电动汽车的发展。寻找一种不燃烧且比能量高的蓄电池，对电动汽车具有非常重大的意义。

锌镍电池一般采用碱液作为电解液，是一种水系电解液，不燃烧不爆炸，具有热容量大的特点，安全性能极高。由于采用水系电解液，离子迁移速率非常大，低温充放电性能十分优良。锌镍电池正极采用镍材料，负极采用锌材料，回收技术十分成熟，因此，锌镍电池的残值很高，回收利用率可以与铅酸蓄电池媲美。

传统的锌镍电池一般采用8M以下由KOH配制的强碱水溶液。如果电解液浓度较大，则导电性好，容易提高正负极利用率，但是同时会增加锌负极的自腐蚀行为；如果电解液浓度较低，可以直接减小氧化锌的溶解度，但是电解液导电能力差，致使Ni(OH)₂不能正常工作，正负极不能充分反应。因此，要降低电解液浓度，就必须同时加入支持电解质以增加电解液离子导电率。目前研究比较多的支持电解质是KF、NaF、K₂CO₃等，如在15％(wt)KOH.15％(wt)KF的电解液中氧化锌的溶解度下降了1/4。并且由于氧化锌饱和的3.2,-4.5M KOH+1.8MKF+1.8M K₂CO₃+0.5MLiF溶液为最佳电解液配比。在这类电解液中，充放电循环时锌负极的变形被明显抑制，电池的循环寿命有明显延长。

此外，为减小锌活性物质在电解液中的溶解，通常在电解液中加入各种缓蚀剂，基本分为无机缓蚀剂和有机缓蚀剂两种类型。无机缓蚀剂一般是氧化物、氢氧化物或金属盐等。In₂0₃、In(OH)₃、SnO、PbO及HgO等常用来做负极缓蚀剂，它们能够在氧化锌被还原之前先被还原，形成导电网络，改善电流密度分布，并且这些金属能够提高析氢过电位，抑制氢气的产生，在一定程度上减小锌负极的自溶解速率。研究表明：稀土无机缓蚀剂REM盐可在锌负极表面形成水化REM氧化物膜，此类氧化物膜主要是在电极表面的阴极活性格点上形成一个势垒，阻止电子的得到，抑制析氢反应的发生，提高反应的电阻，降低双电层电容，从而降低锌腐蚀速率。有机缓蚀剂方面，Doddapaneni等报道了使用1,3,5苯磺酸钾(KPTS)添加剂的两种电解液的电导率可以与30％KOH的电导率相比拟，而且KPTS作为添加剂能吸附在锌负极表面，提高电极的极化，使锌的沉积较为均匀，显著减小了氧化锌的溶解度，同时抑制了电极自放电。

专利号为US004224391的美国专利公开了一种锌镍电解液配方，在碱溶液中加入硼酸、磷酸或砷酸中的一种或多种，最终制得的锌镍电池的循环寿命大大提高。

专利号为CN201510604420中公开了一种锌镍电池电解液配方，在电解液中加入了一定量的铋化合物，铋离子溶解在电解液体系内，在与锌电极接触后，能够在锌电极表面沉积并形成一层含铋的致密的保护膜，这层保护膜能够将锌电极上的锌固定在电极表面，从根本上阻止其溶解在电解液中，使锌电极的溶解降到了最低。其次，在电解液中添加一定的氟离子，能够进一步减小锌电极的溶解为了降低电解液中锌的溶解度。