[发明专利]一种抗锌枝晶的固态锌基电池电解质及其制备方法

说明书

本发明涉及一种抗锌枝晶的固态锌基电池电解质及其制备方法，具体涉及一种基于深共晶溶剂的固态锌基电池复合凝胶电解质，所述复合凝胶电解质包括：有机凝胶增强相、以及分散于有机凝胶增强相中的导通相；所述导通相包括水和深共晶溶剂，所述深共晶溶剂是由氢键供体和氢键受体组成；所述氢键供体选自氯化胆碱、乙酰胺中的至少一种，所述氢键受体选自高氯酸锌、氯化锌、溴化锌中的至少一种。

技术领域

本发明涉及一种抗锌枝晶的固态锌基电池电解质及其制备方法，具体涉及一种基于深共晶溶剂的固态锌基电池复合凝胶电解质及其制备方法，属于水系可充锌电池领域。

背景技术

太阳能、风能等新能源受限于随机性和间歇性的缺点而无法完全替代传统能源，因此，急需开发高效、廉价、清洁和安全的储能技术。水系金属基储能电池为近几年出现的新型安全型、高比能量化学储能电池。大多数金属负极在水中形成钝化膜而表现出较差的电化学性能，锌是少数能在水系电解质溶液成功循环的金属之一，并且低的平衡电位，高体积比能量和低成本优势使基于锌金属的低水含量固态锌基电池成为了研究热点。

水系电解质中的自由水对固态锌基电池电池正负极的循环稳定性具有显著影响，众多研究者对如何降低电解质的自由水的影响展开研究。中国发明专利(公开号CN108630458 A)公开了一种添加高浓度的乙酸钾来固定自由水分子的方法，其中乙酸钾含量占电解液总重量40％～85％，大量乙酸钾的添加减小了电解液的使用效率，降低了电池的比能量；中国发明专利(公开号CN 110544797 A)公开了一种含水固体电解质，但该固体电解质受限于离子固相传导能垒而表现出较差的离子电导率。

发明内容

在在现有水系锌电池中，由于受限于溶解度，锌盐需溶于大量水，因此采用普通锌盐，电解液体系自由水含量无法有效降低等技术问题。为此，本发明的目的在于提供一种基于深共晶溶剂的低水含量固态锌基电池复合凝胶电解质及其制备方法，该复合凝胶电解质采用在室温下的低水含量固态锌基深共晶溶剂作为离子导通相，高浓度锌离子盐保证了该凝胶质良好的电导率。

一方面，本发明提供了一种基于深共晶溶剂的固态锌基电池复合凝胶电解质，所述复合凝胶电解质包括：有机凝胶增强相、以及分散于有机凝胶增强相中的导通相；所述导通相包括深共晶溶剂和水，所述深共晶溶剂是由氢键供体和氢键受体组成；所述氢键供体选自氯化胆碱、乙酰胺中的至少一种，所述氢键受体选自高氯酸锌、氯化锌、溴化锌中的至少一种。

在本公开中，通过在上述低水含量的锌基导通相中，加入有机凝胶增强相后，一方面极性水分子的加入降低了锌离子与其他阴离子的键能，提高了电解质的电导率，另一方面有机凝胶增强相的固态化，改善电极材料溶解以及电池漏液等问题。通过上述协同作用，该复合凝胶电解质改变了传统凝胶电解质高含水量、易失水干裂的通病，并显著减缓了由自由水导致的锌负极自腐蚀和正极材料溶解问题。

较佳的，所述导通相的总含量为90～96wt％，其中导通相含量过多或少分别会导致电解质力学性能较低和电导率较低。

较佳的，所述氢键供体和氢键受体的摩尔比为(5～0.5)：1。当氢键供体或氢键受体过量时，都会导致无法形成均一稳定的深共晶溶剂。

较佳的，所述水占导通相的含量为3～9wt％，优选为4～9wt％。

较佳的，所述有机凝胶增强相选自聚丙烯酰胺、聚丙烯酸和聚乙烯醇中的至少一种。

另一方面，本发明还提供了一种上述的复合凝胶电解质的制备方法，包括：

(1)将氢键供体和氢键受体混合，得到深共晶溶剂；

(2)将有机凝胶单体水溶液滴加到所得深共晶溶剂中，得到混合溶液；

(3)将引发剂和交联剂中的至少一种加入至混合溶液中后，进行固化，得到所述复合凝胶电解质。