用于二次锌离子电池的电解液和凝胶电解质及其制备方法技术

用于二次锌离子电池的电解液和凝胶电解质及其制备方法，属于电化学材料技术领域，涉及电池领域。本发明专利技术将氨基磺酸盐用于二次锌离子电池电解液和凝胶电解质中，既可以减缓锌负极腐蚀溶解产生氢气导致电池发生鼓胀甚至爆炸，又能减缓电池自放电导致容量损失，同时还能有效减缓锌晶枝产生，提高电池循环寿命。另外，本发明专利技术所用氨基磺酸金属盐可以直接采用氨基磺酸与相应金属或金属氧化物合成，工艺简单，成本相对低廉。

【技术实现步骤摘要】
用于二次锌离子电池的电解液和凝胶电解质及其制备方法
本专利技术属于电化学材料
，涉及电池领域，具体涉及一种二次锌离子电池用电解液和凝胶电解质及其制备方法。
技术介绍
由于石化能源是一种不可再生资源而且污染严重，目前大部分国家都在大力发展新能源电池以替代石化能源，锂离子电池在电动汽车与储能方面已经有了长足的发展，然而商业锂离子电池采用易燃的有机电解液，组装生产条件苛刻，加之锂资源的稀缺，使得锂离子电池成本高昂。金属锌(Zn)理论容量高(820mAhg-1)，由锌负极构成的锌离子电池具有高能量密度、价格低廉、制备工艺简单等特点，这使其在大型储能领域具有很高的应用价值和发展前景，发展锌离子电池技术对有效利用可再生能源具有重要意义。目前二次锌离子电池的电解液主要有硫酸盐系、三氟甲磺酸盐系和双三氟甲磺酰亚胺盐系，在高浓度的三氟甲磺酸盐和双三氟甲磺酰亚胺盐的水溶液电解液中锌离子电池具有非常好的充放电性能，但三氟甲磺酸盐体系和双三氟甲磺酰亚胺盐价格昂贵，采用这种高浓度含氟盐电解液会严重增加锌离子电池成本。硫酸盐体系电解液价格低廉，是目前研究锌离子电池常用的电解液，但目前主流采用的硫酸锌加硫酸锰的水溶液电解液充电容易产生锌枝晶，且锌在硫酸锌水溶液中会发生溶解产生氢气，虽然锌溶解产生氢气的速度比较缓慢，但对于需要长期存放的电池来说，锌负极微量的溶解也会导致电池容量衰减，而且产生的氢气可能导致电池发生鼓胀，甚至发生爆炸。因此，开发一种价格低廉，不易产生锌晶枝，不易产生气体，充放电性能好的电解液具有重要的科研和应用价值。r>
技术实现思路
由于三氟甲磺酸盐和双三氟甲磺酰亚胺盐价格高昂，用作锌离子电池电解液不利于降低成本；而硫酸盐电解液虽然价格低廉，但在硫酸盐电解液中，锌负极会发生缓慢溶解产生氢气，而且硫酸盐体系电解液中锌负极充电过程中容易产生锌晶枝导致电池短路；所以本专利技术整对上述技术问题提供一种价格相对较低，不易产生锌晶枝，不易产生气体，安全性能良好且充放电性能好的电解液和凝胶电解质及其制备方法。本专利技术技术方案如下：用于二次锌离子电池的电解液，包括溶质和溶剂；所述溶质为氨基磺酸锌，其摩尔浓度为0.5～3mol/L；所述溶剂为水或水和有机溶剂的混合溶液，水和有机溶剂混合主要作用是降低电解液的冰点，提升电池低温条件下的放电性能。上述用于二次锌离子电池的电解液中，所述溶质还包括氨基磺酸铵，其摩尔浓度为0.1～3mol/L。上述用于二次锌离子电池的电解液中，还可以加入0.05-1mol/L的氨基磺酸锰，加入氨基磺酸锰可以进一步提升电池循环性能。进一步的，所述有机溶剂是丙三醇、乙醇或二甲基亚砜以及丙三醇、乙醇和二甲基亚砜三者的任意混合物，有机溶剂与水的质量比为(0.01～0.65):1。用于二次锌离子电池的电解液的制备方法，包括以下步骤：将氨基磺酸锌溶于水或水和有机溶剂的混合溶液中，待所有溶质溶解之后过滤掉未溶残留物，然后调整氨基磺酸锌摩尔浓度至0.5～3mol/L。用于二次锌离子电池的电解液的制备方法，包括以下步骤：将氨基磺酸锌和氨基磺酸铵的混合盐按照(0.5～3):(0.1～3)的摩尔比溶于水或水和有机溶剂的混合溶液中，待所有溶质溶解之后过滤掉未溶残留物，然后调整氨基磺酸锌摩尔浓度至0.5～3mol/L、调整氨基磺酸铵摩尔浓度至0.1～3mol/L。上述用于二次锌离子电池的电解液的制备方法，包括以下步骤：所得用于二次锌离子电池的电解液中还加入了0.05～1mol/L氨基磺酸锰。所述氨基磺酸锰的加入步骤并无加入顺序或除摩尔浓度之外的其他限制。用于二次锌离子电池的凝胶电解质，包括凝胶结构，所述凝胶结构吸附了前述任意一种用于二次锌离子电池的电解液。所述凝胶结构吸附了前述任意一种用于二次锌离子电池的电解液之后可以进行烘干处理。其中，使用到的氨基磺酸锌和氨基磺酸锰可以采用氨基磺酸和氧化锌或金属锰在配制电解液时同步反应生成，也可以采用市售的氨基磺酸锌或氨基磺酸锰成品直接配制电解液。但需要注意的是，采用氧化锌或金属锰在配制电解液时同步反应生成氨基磺酸锌或氨基磺酸锰时，应当先合成氨基磺酸锰，再合成氨基磺酸锌。如果先合成了氨基磺酸锌，金属锰和锌离子会产生置换反应，导致金属锌包覆在金属锰表面从而阻止反应继续进行。本专利技术采用氨基磺酸盐配制用于二次锌离子电池的电解液或凝胶电解质，首先，氨基磺酸盐相对价格低廉，具有一定价格优势。其次，氨基磺酸对金属锌的腐蚀性较小，是唯一可以用作镀锌金属表面清洗的酸，氨基磺酸锌盐同样继承了氨基磺酸对锌腐蚀性小的特点，专利技术人通过实验对比发现，把锌片浸泡在氨基磺酸盐配制的电解液中30天后没有明显的气体产生，但把锌片浸泡在硫酸盐体系电解液中30天后会有大量气泡产生。第三，专利技术人通过实验发现，在电解液中加入一定量高导电率的铵盐，能够有效减少锌晶枝的产生，然而硫酸铵与硫酸锌会在水溶液中反应产生沉淀降低锌离子含量，对电池快速充放电不利，但氨基磺酸盐与硫酸盐不同，在氨基磺酸锌电解液中加入氨基磺酸铵不会产生沉淀，而且加入氨基磺酸铵还可以减缓锌晶枝的产生，同时还能进一步提高电解液电导率。另外，凝胶电解质能够进一步减缓锌晶枝的产生，同时还能阻止负极脱离的锌和氧化锌粉向正极移动导致电池短路，提高电池循环寿命，但凝胶电解质是通过聚合物高分子与导电盐制备形成，有机高分子并不是锌离子的良好导体，对锌离子的运动反而起阻碍作用，导致凝胶电解质一般较低的离子电导率。凝胶电解质中含有的水分和锌离子能够增强锌离子导通和质子转递，保障电池有较好的大电流放电性能，氨基磺酸锌具有强吸水性，干燥的氨基磺酸锌放置于空气中一段时间后会吸水完全变成液态，利用含有氨基磺酸锌的电解液制备的凝胶电解质具有非常好的吸液保湿特性，良好的吸液保湿性能有利于提升聚合物电解质的电导率。因此，采用含有氨基磺酸盐的凝胶电解质不仅能进一步减缓锌晶枝产生，阻止负极脱离的锌和氧化锌粉向正极移动导致电池短路，提高电池循环寿命，而且采用含氨基磺酸盐的凝胶电解质制备的锌离子电池在大电流放电下也具有较好的放电性能。综上，本专利技术的有益效果是：本专利技术将氨基磺酸盐用于二次锌离子电池电解液和凝胶电解质中，即可以减缓锌负极腐蚀溶解产生氢气导致电池发生鼓胀甚至爆炸，又能减缓电池自放电导致容量损失，同时还能有效减缓锌晶枝产生，提高电池循环寿命。另外，虽然本专利技术所用氨基磺酸盐市场上销售较少，甚至没有成品销售，但可以直接采用氨基磺酸与相应金属或金属氧化物合成，工艺简单，成本相对低廉。具体实施方式以下对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。本专利技术提供的用于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于二次锌离子电池的电解液，包括溶质和溶剂；所述溶质为氨基磺酸锌，其摩尔浓度为0.5～3mol/L；所述溶剂为水或水和有机溶剂的混合溶液。/n

【技术特征摘要】
1.用于二次锌离子电池的电解液，包括溶质和溶剂；所述溶质为氨基磺酸锌，其摩尔浓度为0.5～3mol/L；所述溶剂为水或水和有机溶剂的混合溶液。


2.根据权利要求1所述的用于二次锌离子电池的电解液，其特征在于，所述溶质还包括氨基磺酸铵，其摩尔浓度为0.1～3mol/L。


3.根据权利要求1或2所述的用于二次锌离子电池的电解液，其特征在于，所述用于二次锌离子电池的电解液中还加入了0.05-1mol/L的氨基磺酸锰。


4.根据权利要求1所述的用于二次锌离子电池的电解液，其特征在于，所述有机溶剂是丙三醇、乙醇或二甲基亚砜以及丙三醇、乙醇和二甲基亚砜三者的任意混合物，有机溶剂与水的质量比为(0.01～0.65):1。


5.用于二次锌离子电池的电解液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将氨基磺酸锌溶于水或水和有机溶剂的混合溶液中，待所有溶质溶解之后过滤掉未溶残留物，然后调整氨基磺酸锌摩尔浓度至0.5～3mo...

【专利技术属性】
技术研发人员：张韩生，
申请(专利权)人：张韩生，
类型：发明
国别省市：四川;51