一种固态电解质、其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种固态电解质及其制备方法，该固态电解质包括：瓜尔豆胶和掺入所述瓜尔豆胶中的电解质；所述电解质包括锌盐。本发明专利技术实施例使用的瓜尔豆胶固态电解质具有高的离子电导率，有利于提高电池的比容量和倍率性能。这种固态电解质具有良好的柔性，有利于固态电池在弯曲下保持原有的容量。该固态电解质可以抑制负极锌枝晶的生长，有利于提高电池循环性能。本发明专利技术使用的瓜尔豆胶为食品添加剂，对人体无毒无害。这种瓜尔豆胶固态电解质制备方法简单，原材料便宜，有利于降低制造成本。本申请还提供了一种固态锌离子电池，该电池包括上述瓜尔豆胶固态电解质，在便携式可折叠的柔性电子与能源器件方面具有良好的应用发展前景。

A solid electrolyte, its preparation method and Application

The invention provides a solid electrolyte and a preparation method thereof. The solid electrolyte comprises guar gum and electrolyte doped in the guar gum, and the electrolyte comprises zinc salt. The Guar gum solid electrolyte used in the embodiment of the invention has high ionic conductivity, which is beneficial to improving the specific capacity and rate performance of the battery. The solid-state electrolyte has good flexibility, which is beneficial for the solid-state battery to maintain its original capacity under bending. The solid electrolyte can inhibit the growth of zinc dendrite and improve the cycle performance of the battery. The guar gum used in the invention is a food additive, which is non-toxic and harmless to human body. The preparation method of guar gum solid electrolyte is simple, the raw material is cheap, and the manufacturing cost is reduced. The application also provides a solid-state zinc ion battery, which includes the guar gum solid-state electrolyte, and has good application prospects in portable and foldable flexible electronic and energy devices.

【技术实现步骤摘要】
一种固态电解质、其制备方法和应用
本专利技术涉及锌离子电池的制备
，具体是一种固态电解质、其制备方法和应用，特别涉及一种以瓜尔豆胶固态电解质为电解质的全固态锌离子电池。
技术介绍
锌离子电池(例如Zn/MnO2)是近年来发展起来的一种新型二次电池，具有理论能量密度高、安全性好、成本低等优势，在高性能电子设备等器件中具有广阔应用前景。在锌离子电池中，锌离子在金属锌负极的表面快速可逆的沉积和溶解，并在正极材料中可逆的嵌入或脱出。常见的锌离子电池是以二氧化锰、五氧化二钒等为正极活性材料，以金属锌为负极活性材料，含有锌盐的水溶液作为电解液。目前，常见的锌离子电池基本都是基于水系电解液，可称为二次水系锌离子电池。二次水系锌离子电池具有高能量密度、循环性能好、使用安全等优点，未来可广泛应用于可携带的能源装置中。但是，目前投入应用的液态电解质会产生例如漏液、循环寿命差、胀气、不耐高温等问题。采用固态电解质可以避免液态电解质如上所说的问题，并且，固态电解质机械强度高，其形状可任意剪裁和变化，使得电池设计更容易。另外，固态电解质良好的机械强度也使电池具有更好的安全性和持久性。现有的应用于锌离子电池的固态电解质主要采用合成聚合物基质，但其存在着离子电导率低的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本申请提供一种固态电解质、其制备方法和应用，本申请提供的固态电解质具有较高的离子电导率，能提高电池的比容量和倍率性能。本专利技术提供一种固态电解质，包括：瓜尔豆胶和掺入所述瓜尔豆胶中的电解质；所述电解质包括锌盐。优选地，所述锌盐为硫酸锌、硝酸锌或氯化锌。优选地，所述固态电解质的最大弯曲角度为180°，离子电导率为10～50mS/cm。优选地，所述电解质还包括锰盐。优选地，所述锰盐为硫酸锰、硝酸锰或氯化锰。本专利技术提供一种固体电解质的制备方法，包括以下步骤：将电解质和瓜尔豆胶在水中混合，使其中的瓜尔豆胶凝固，得到固态电解质。优选地，所述制备方法具体为：将电解质与水混合，得到电解质水溶液；所述电解质包括锌盐，所述锌盐的浓度为1～3mol/L；将所述电解质水溶液与瓜尔豆胶混合，在室温下静置，使其中的瓜尔豆胶凝固，得到固态电解质。优选地，所述电解质水溶液的体积和瓜尔豆胶的质量之比为10mL：2g～10mL：0.6g。本专利技术提供一种固态锌离子电池，包括正极、负极和电解质，所述电解质为上文所述的固态电解质。优选地，所述正极的活性材料为α-MnO2，所述负极的活性材料为锌。与现有技术相比，本专利技术利用一种天然聚合物瓜尔豆胶和锌盐形成一种瓜尔豆胶固态电解质，所述的瓜尔豆胶固态电解质的离子电导率高，机械柔韧性佳，可以作为全固态锌离子电池的电解质材料。本专利技术这种固态电解质具有高离子电导率，有利于提高电池的比容量和倍率性能。同时，该固态电解质可以抑制负极锌枝晶的生长，有利于提高电池循环性能。此外，本专利技术这种固态电解质原料价格低廉，稳定性好，制备步骤简单，制备温度较低，实用性高。本专利技术提供的全固态锌离子电池包括上述瓜尔豆胶固态电解质，在便携式可折叠的柔性电子与能源器件方面具有良好的应用发展前景。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的瓜尔豆胶固态电解质的制备方法流程图；图2为本专利技术实施例提供的全固态锌离子电池的结构示意图；图3为本专利技术实施例2制备的瓜尔豆胶固态电解质的实物照片；图4为本专利技术实施例2制备的瓜尔豆胶固态电解质的奈奎斯特图；图5为本专利技术实施例3制备的全固态锌离子电池的倍率性能测试图；图6为本专利技术实施例3制备的全固态锌离子电池的循环性能测试图；图7为本专利技术实施例3中制备的全固态锌离子电池在正常和弯曲状态下的充放电曲线；图8为本专利技术实施例4中制备的全固态锌离子电池200次充放电循环后负极锌箔表面的扫描电镜图；图9为本专利技术比较例1中制备的水系锌离子电池200次充放电循环后负极锌箔表面的扫描电镜图；图10为本专利技术比较例2中制备的固态锌离子电池在0.3A·g-1电流密度下的放电曲线。具体实施方式下面对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术提供了一种固态电解质，包括：瓜尔豆胶和掺入所述瓜尔豆胶中的电解质；所述电解质包括锌盐。本申请提供的固态电解质具有较高的离子电导率，能提高电池的比容量和倍率性能。这种固态电解质具有很好的机械柔性，利于固态电池在弯曲下保持原有的容量。该固态电解质可以抑制负极锌枝晶的生长，有利于提高电池循环性能。在本专利技术中，所述固态电解质以瓜尔豆胶为固态基质。瓜尔豆胶(Guargum)也称古耳胶、瓜尔胶或胍胶，是从豆科植物瓜尔豆的种子中提取出来的一种多糖。瓜尔胶是一种天然的半乳甘露聚糖，是以(1-4)-β-D甘露糖为主链骨架，侧链则是由单个α-D-吡喃半乳糖组成，并以(1-6)键与主链相连。所述瓜尔豆胶的化学通式为：C10H14N5Na2O12P3，其结构式如下。瓜尔豆胶具有较好的水溶性，且在低质量分数下呈现很高的粘度，同时具有良好的无机盐兼容性能。本专利技术对所述瓜尔豆胶的来源没有特殊限制，采用市售产品即可。本专利技术利用瓜尔豆胶这种天然聚合物形成固态电解质，利于提高固态电池的机械柔性、倍率性能以及循环性能。所用的瓜尔豆胶为天然聚合物，常应用于食品添加剂，对人体无毒无害。本专利技术所述瓜尔豆胶固态基质中掺有电解质，所述电解质包括锌盐，优选还包括锰盐。所述的锌盐是指金属离子锌与酸根离子构成的化合物；在本专利技术的实施例中，所述锌盐可为硫酸锌(ZnSO4)、硝酸锌(Zn(NO3)2)和氯化锌(ZnCl2)中的任意一种，优选为硫酸锌。所述锰盐可为硫酸锰(MnSO4)、硝酸锰(Mn(NO3)2)和氯化锰(MnCl2)中的任意一种，优选为硫酸锰。例如，本专利技术某些实施例中的固态电解质包括ZnSO4和MnSO4。在本专利技术的优选实施例中，所述固态电解质的组成包括：锌盐和锰盐；瓜尔豆胶。本专利技术实施例使用的瓜尔豆胶固态电解质具有高的离子电导率，有利于提高电池的比容量和倍率性能。这种固态电解质具有良好的柔性，有利于固态电池在弯曲下保持原有的容量。该固态电解质可以抑制负极锌枝晶的生长，有利于提高电池循环性能。本专利技术使用的瓜尔豆胶为QB2246-96级食品添加剂，对人体无毒无害。在本专利技术的实施例中，所述固态电解质的颜色呈现为浅黄色，最大弯曲角度为180°；所述固态电解质可为层状，厚度范围0.25mm-0.8mm；离子电导率范围为10～50mS/cm。本专利技术提供了一种固体电解质的制备方法，包括以下步骤：将电解质和瓜尔豆胶在水中混合，使其中的瓜尔豆胶凝固，得到固态电解质。本专利技术制备的固态电解质具有高离子电导率等特点，可以作为全固态锌离子电池的电解质材料，有利于提高电池的比容量和倍率性能等。本专利技术制备方法简单，利于降低制造成本。参见图1，图1为本专利技术实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种固态电解质，包括：瓜尔豆胶和掺入所述瓜尔豆胶中的电解质；所述电解质包括锌盐。

【技术特征摘要】
1.一种固态电解质，包括：瓜尔豆胶和掺入所述瓜尔豆胶中的电解质；所述电解质包括锌盐。2.根据权利要求1所述的固态电解质，其特征在于，所述锌盐为硫酸锌、硝酸锌或氯化锌。3.根据权利要求1所述的固态电解质，其特征在于，所述固态电解质的最大弯曲角度为180°，离子电导率为10～50mS/cm。4.根据权利要求1～3中任一项所述的固态电解质，其特征在于，所述电解质还包括锰盐。5.根据权利要求4所述的固态电解质，其特征在于，所述锰盐为硫酸锰、硝酸锰或氯化锰。6.一种固体电解质的制备方法，包括以下步骤：将电解质和瓜尔豆胶在水中混合，使其中的瓜尔豆胶凝固，得到固态电解质。7.根据权利要求6所述的制备方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：周航，黄媛，张吉延，
申请(专利权)人：北京大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：广东,44