[发明专利]一种用于锌镍电池的水凝胶电解质、锌镍电池及制备方法

说明书

本发明公开了一种用于锌镍电池的水凝胶电解质、锌镍电池及制备方法。所述水凝胶电解质包括以下组分：水系电解质：87～99wt％；以及聚丙烯酸钾：1‑13wt％；其中，所述聚丙烯酸钾的聚合度≥90万，粒径为30‑60目。此外，本发明还公开了一种制备上述的用于锌镍电池的水凝胶的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：步骤S1：按各物质组分称取获得水系电解液；步骤S2：将制备所得的水系电解液与聚丙烯酸钾混合制备获得所述的用于锌镍电池的水凝胶电解质。再者，本发明还公开了一种锌镍电池及其制备方法。本发明所述的水凝胶电解质可以有效提高锌镍电池的循环寿命。

技术领域

本发明涉及电化学领域，尤其涉及一种用于电池的电解质及其制备方法。

背景技术

锌镍电池负极锌资源丰富、价格便宜，电池生产过程操作简单，使用过程不会对环境产生污染，是一种廉价实用具有高性能的绿色水系电池。但是锌镍电池低循环寿命制约其发展和工业应用，尤其是在高倍率下电池的循环寿命问题更为突出，主要限制因素可被总结为以下三点：

1.锌负极变形，锌电极在碱液中的电化学活性较大，而且热力学性质不稳定，充电产物锌酸盐在强碱性水溶液中溶解度较高，经过一定的充放电循环之后，活性物质在电极表面分布不均匀，在顶部和边部的负极活性物质逐渐减少，而在电池底部和中部逐渐增厚，这就导致了电极有效表面积减少，电流密度分布不均，过电位升高，氧化锌的利用率降低，电池容量下降。

2.锌枝晶，锌负极表面的活性物质锌酸盐在充电过程中会溶解在碱性水溶液中，溶解在电解液中的锌酸盐沉积在电极表面形成一种针状物质，这种针状物质会刺穿电池的隔膜，引发正、负极接触，从而造成电池短路。有研究表明，锌镍电池在高倍率充放电时，电极表面活性离子扩散不均匀，浓差极化严重，锌电极表面容易产生枝晶。

3.析氢，锌负极与一些电位较正的物质形成原电池，会发生自腐蚀，在此过程中有氢气产生。氢气的长期积累会增加电池的内压，使得电池出现电解液泄漏等现象。

基于此，期望获得一种水凝胶，所述水凝胶通过改变介质的物理状态，从而克服现有技术中所存在的不足。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种用于锌镍电池的水凝胶电解质、锌镍电池及制备方法。所述水凝胶克服了现存的技术难题，具有以下五点优点：1本案水凝胶电解质及其制备得到的水凝胶相对于现有技术的水系电解质的克服了低流动性的不足，使得其能够均匀活性物质的分布，减少负极的溶解，并且抑制枝晶的形成；2.本案水凝胶电解质及其制备得到的水凝胶中，电解质分子间的力的相互作用大于水分子之间的相互作用，因此能够有效减少因产气而引起的电解液爬出问题；3.本案水凝胶电解质及其制备得到的水凝胶能够缓解水系电解质；4.本案的水凝胶可以解决水系电解液易挥发问题；5.本案水凝胶电解质及其制备得到的水凝胶中的水系电解质能够透氧，当电池的正极发生副反应产生氧气时，氧气会透过水系电解质与负极的锌结合形成氧化锌，使得电池电压一直不能升高，从而造成电池产生一直虚充电的现，而现有技术中的水凝胶电解质中很难传递氧气，会抑氧气与O₂结合，电压会上升，不会使电池一直虚充电，有效的保护了电池，避免发生电解质因重力因素而积累在电极片下方从而产生的活性物质分布不均匀的现象。

为了实现上述目的，本发明通过以下几个方面实现：

第一方面，本发明提出了一种用于锌镍电池的水凝胶电解质，所述水凝胶电解质包括以下组分：

水系电解质：87～99wt％；

以及聚丙烯酸钾：1-13wt％；

其中，所述聚丙烯酸钾的聚合度≥90万，粒径为30-60目。

优选地，所述水系电解质包括以下组分：

KOH：20-40wt％，LiOH：0.05-0.5wt％以及ZnO：2％～5％wt，余量为水。