一种混合水系锂电池胶体电解液及制备方法技术

本发明专利技术属于电化学的技术领域，具体提供了一种混合水系锂电池胶体电解液及制备方法，通过将含结晶水的Li2SO4和.ZnSO4溶于去离子水中，调pH值；在反应釜中加入气相二氧化硅抽真空，充氮气，形成氮氛，磁力搅拌分散，加入锂藻土和γ‑聚谷氨酸，加交联剂，得到混合水系锂电池胶体电解液。本发明专利技术一种混合水系锂电池胶体电解液，通过添加锂藻土和γ‑聚谷氨酸，使得胶体机械强度增加，长链结构形成的胶体比小分子β‑环糊精形成的胶体具有更好的电化学稳定性，在电极和电解液之间产生协同作用，同时可以抑制负极的副反应使锌光滑地沉积在负极表面，减轻锰离子溶解到电解液和减少浮充电流，得到了更好的倍率性能和循环性能，同时具有优异的稳定性。

A colloidal electrolyte for lithium battery of mixed water system and its preparation method

The invention belongs to the technical field of electrochemistry, and specifically provides a colloidal electrolyte for lithium batteries in mixed water system and a preparation method. Li2SO4 and. ZnSO4 containing crystalline water are dissolved in deionized water to adjust the pH value; gaseous silicon dioxide is added to the reactor to vacuum and fill nitrogen gas to form nitrogen atmosphere, magnetic stirring and dispersion, and lithium is added. The colloidal electrolyte of lithium battery was obtained from algal soil and gamma glutamic acid and crosslinking agent. The colloidal electrolyte for lithium battery in mixed water system can increase the mechanical strength of colloidal by adding lithium alginate and gamma polyglutamic acid, and the colloidal formed by long chain structure has better electrochemical stability than the colloidal formed by small molecular beta cyclodextrin, which can produce synergistic effect between electrodes and electrolytes, and at the same time can suppress it. The side effect of negative electrode preparation makes zinc deposit smoothly on the surface of negative electrode, reduces the dissolution of manganese ions into electrolyte and reduces floating charge current, and achieves better rate performance and cycling performance, as well as excellent stability.

【技术实现步骤摘要】
一种混合水系锂电池胶体电解液及制备方法
本专利技术属于三元电池电解液制备的
，具体涉及一种混合水系锂电池胶体电解液及制备方法。
技术介绍
自1990年采用锂离子嵌入化合物（碳和钴酸锂）和有机电解液的锂离子电池商品化以来，以其高比能量的优点，迅速占领小型电池市场，并已广泛用于移动电话、笔记本电脑、摄像机等各种通讯器件。然而，尽管有机系锂离子电池具有诸多优势，但其使用的有机溶剂不仅有毒而且易燃，如果使用不恰当，会带来很多安全性问题。此外生产成本也因无水操作环境而大大提高，这些不足大大限制了其在大型储能电池中的应用。为了解决锂离子电池安全性的问题，一方面可以选择高安全性的电极材料，或采用过充电保护剂，也可以加入不燃性电解液；另一个相对有效的方法是采用水溶液电解液，因为水溶液电解液比有机电解液的离子电导率提高了几个数量级，电池的比功率可望得到提高。此外，还能避免采用有机电解液所必需的苛刻的组装条件，大大降低了成本。由于水系锂离子电池具有无环境污染、价格低廉、功率高和安全性能高等优点，成为具有开发和应用潜力的新一代储能器件。对水系锂离子电池及其相关材料的研究也将成为电化学储能领域研究的热点之一。气相二氧化硅是一种白色、无味、超细、无定形粉末，纯度高，常被添加到液体体系中，起到增稠、抗结块、控制体系流变和触变等作用。当二氧化硅被分散在介质中时，由于颗粒比表面积大、表面硅羟基和硅氧基较多，在热力学上属于不稳定体系，二氧化硅颗粒彼此之间通过氢键结合，形成一定的网络结构，使整个体系的粘度增大并具有一定的触变性。当有剪切力时，这种由氢键形成的网络结构将被破坏，介质变稀。当外力消失后，胶粒会慢慢恢复原来的结构，此过程是可逆的，这就是胶体电解液触变性的表现。胶体电解液仅有良好的触变性是不够的，还必须具有一定的强度和弹性。二氧化硅分子之间通过硅氧化学键形成稳定的三维骨架，使得胶体电解液有一定的弹性和强度，而此过程是不可逆的，形成的三维结构不易被破坏。水系锂离子电池二氧化硅胶体电解液，旨在减少电池运行中水溶液的蒸发，保护电池的正负极材料，提高电池的循环性能，减少电池的自放电率和浮充电流。中国专利技术专利申请号201611064402.3公开了一种用于锂电池电解液的硫酰基改性无机物添加剂及改性方法，该添加剂采用纳米尺度的Mg、Al、Si、Ti、V、Zr、Sc、Mn、Cr、Co、Ni、Zn、Ce的氧化物作为母体材料，首先将纳米尺度的氧化物分散在浓硫酸中，经过高温处理，在氧化物表面包裹上硫酰基，由于在强氧化环境下，纳米氧化物表面被包裹致密的硫酰基，同时由于硫酰基具有亲电子的特性，在电解液中保持稳定性、均匀性的同时，能够提高电池中电荷导通通道，不影响电解液的电阻。本专利技术提供上述方法，克服了现有技术中锂离子电池阻燃添加剂加入以后，导致的电解液不均匀，电池内阻增加的缺点，而且本专利技术使用的原料普通，价格低廉，适合于锂离子电池的大规模推广和应用的需求。中国专利技术专利申请号201520655735.8公开了一种快速充电锂电池，包括正极片、负极片、隔膜、有机电解液和外壳，其特征在于，所述负极片上布设有径向贯穿的有脱/嵌锂能力的材料制成的纳米管。充入电解液后，纳米管中心的纳米孔可以存储电解液，在纳米管电极之间运送电荷，每个独立的纳米管都将成为一个电池，并联起来共同供电，能够实现锂电池的快速充电，10-15分钟即可完成充满电池。中国专利技术专利申请号201610530873.2公开了一种胶体蓄电池电解液及其制备方法，属于胶体蓄电池的
，以聚乙烯吡咯烷酮为胶体稳定剂，硫酸锂为添加剂，磷酸为助电解质，通过改变各组分含量对电解液进行了性能测试，找到最合适的配比：聚乙烯吡咯烷酮占胶体蓄电池电解液总质量的0.12%，硫酸锂占胶体蓄电池电解液总质量的0.8%，磷酸占胶体蓄电池电解液总质量的0.9%。改善了胶体电池内阻较大的缺点，并提高了电池的容量和寿命。中国专利技术专利申请号201610161600.5公开了一种利用废旧锂电池电解液制备上转换发光材料的方法，包括如下步骤：获取经过除杂的废旧锂电池电解液，加入到含有有机溶剂、钙离子和稀土离子的三颈烧瓶中，充真空后通入惰性气体保护并加热到一定温度，所得产物经高温煅烧得到锂掺杂CaF2基上转换发光材料。本专利技术资源化利用废旧锂电池电解液的成本低，操作过程简单，高值利用了电解液中的氟离子和锂离子，所得锂掺杂CaF2基上转换发光材料在980nm近红外光激发下具有高效的上转换发光性能。气相二氧化硅和β-环糊精制备的胶体电解液时，在电极和电解液之间观察到了更好的协同作用。但是由于β-环糊精是七个葡萄糖分子构成的环状材料，分子量较小，使得β-环糊精和气相二氧化硅胶体体系的成胶时间过长，机械强度较弱，再加上在浮充和自放电性能上并没有改善，在商业化的过程中还面临着一些问题。
技术实现思路
针对混合水系锂离子电池胶体电解液气相二氧化硅稳定性和强度的问题，本专利技术提出一种水系锂电池电解液及制备方法。针对现有技术的不足，本专利技术提出一种混合水系锂电池胶体电解液，本专利技术采用以下技术方案：一种混合水系锂电池胶体电解液的制备方法，包括以下步骤：（1）将含结晶水的Li2SO4和ZnSO4溶于去离子水中，调节溶液pH调至3～5，得到混合溶液；（2）在反应釜中加入除氧后的超纯水，加入气相二氧化硅抽真空，充氮气，将装置中的空气充分除去后，采用磁力搅拌器在氮气氛围下充分搅拌分散6～10ｈ后，在氮气保护下加入锂藻土和γ-聚谷氨酸，搅拌混合均匀，得到混合物；超纯水占混合物质量的35%；（3）将步骤（2）制备得到的混合物和交联剂加入步骤（1）配制的混合溶液中，交联4～6h，得到混合水系锂电池胶体电解液。气相二氧化硅（气相白炭黑）是极其重要的高科技超微细无机新材料之一，具有多孔性，无毒无味无污染，耐高温。同时它具备的化学惰性以及特殊的触变性能明显改善橡胶制品的抗拉强度，抗撕裂性和耐磨性，橡胶改良后强度提高数十倍。液体系统、粘合剂、聚合物等的流变性与触变性控制，用作防沉、增稠、防流挂的助剂，HCR与RTV-2K硅酮橡胶的补强，可用来调节自由流动和作为抗结块剂来改善粉末性质等等。其粒径很小，因此比表面积大，表面吸附力强，表面能大，化学纯度高、分散性能好、热阻、电阻等方面具有特异的性能，以其优越的稳定性、补强性、增稠性和触变性，在众多学科及领域内独具特性，有着不可取代的作用。进一步的，上述一种混合水系锂电池胶体电解液的制备方法，其中步骤（1）中所述含结晶水的Li2SO4和ZnSO4的混合质量比为3～8:10～20。进一步的，上述一种混合水系锂电池胶体电解液的制备方法，其中所述混合溶液的浓度为3～8g/L。进一步的，上述一种混合水系锂电池胶体电解液的制备方法，其中步骤（1）中调节溶液pH值为4。进一步的，上述一种混合水系锂电池胶体电解液的制备方法，其中所述气相二氧化硅的粒径为5～50nm，比表面积为100～400m2/g。进一步的，上述一种混合水系锂电池胶体电解液的制备方法，其中所述磁力搅拌器搅拌速率为500～1200r/min。锂藻土具有片状结构，分散在水中形成片状晶体，晶体表面带有50～55mmol·100g-1的负电荷，晶体边缘因为粒子的部分吸收带有正电荷,正电荷一般本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种混合水系锂电池胶体电解液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将含结晶水的Li2SO4和ZnSO4溶于去离子水中，调节溶液pH调至3～5，得到混合溶液；（2）在反应釜中加入除氧后的超纯水，加入气相二氧化硅抽真空，充氮气，将装置中的空气充分除去后，采用磁力搅拌器在氮气氛围下充分搅拌分散6～10ｈ后，在氮气保护下加入锂藻土和γ‑聚谷氨酸，搅拌混合均匀得到混合物；超纯水占混合物质量的35%；（3）将步骤（2）制备得到的混合物和交联剂加入步骤（1）配制的混合溶液中，交联4～6h，得到混合水系锂电池胶体电解液。

【技术特征摘要】
1.一种混合水系锂电池胶体电解液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将含结晶水的Li2SO4和ZnSO4溶于去离子水中，调节溶液pH调至3～5，得到混合溶液；（2）在反应釜中加入除氧后的超纯水，加入气相二氧化硅抽真空，充氮气，将装置中的空气充分除去后，采用磁力搅拌器在氮气氛围下充分搅拌分散6～10ｈ后，在氮气保护下加入锂藻土和γ-聚谷氨酸，搅拌混合均匀得到混合物；超纯水占混合物质量的35%；（3）将步骤（2）制备得到的混合物和交联剂加入步骤（1）配制的混合溶液中，交联4～6h，得到混合水系锂电池胶体电解液。2.根据权利要求1所述一种混合水系锂电池胶体电解液的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述含结晶水的Li2SO4和ZnSO4的混合质量比为3～8:10～20。3.根据权利要求1所述一种混合水系锂电池胶体电解液的制备方法，其特征在于，所述混合溶液的浓度为3～8g/L。4.根据权利要求1所述一种混合水系锂电池胶体电解液的制备方法，其特征在于，步骤（1）中调节溶液pH值为4。5.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈庆，赵海林，
申请(专利权)人：成都新柯力化工科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51