一种混合凝胶聚合物电解质、其制备方法及全固态锌离子电池技术

本发明专利技术提供了一种混合凝胶聚合物电解质，包括混合凝胶和掺入所述混合凝胶中的电解质；所述混合凝胶包括海藻酸钠和瓜尔豆胶；所述电解质包括锌盐。所述的海藻酸钠瓜尔豆胶(SAGG)混合凝胶聚合物电解质的离子电导率高(10～50mS/cm)，有利于提高电池整体的的循环和倍率性能，以及具有一定的机械强度，可以满足柔性器件设计的需要，作为柔性可穿戴二次电子设备的柔性储能器件具有良好的应用发展前景。同时所述的海藻酸钠瓜尔豆胶(SAGG)混合凝胶聚合物电解质可以抑制负极锌枝晶的生长，延长电池使用寿命。本发明专利技术还提供了一种混合凝胶聚合物电解质的制备方法及全固态锌离子电池。

【技术实现步骤摘要】
一种混合凝胶聚合物电解质、其制备方法及全固态锌离子电池
本专利技术属于二次电池
，尤其涉及一种混合凝胶聚合物电解质、其制备方法及全固态锌离子电池。
技术介绍
随着可充电移动设备的广泛普及、新能源汽车技术的发展，可持续新能源技术的需求日益提升，二次电池作为新能源
的代表，与其相关的科学研究工作得到了飞速发展。特别地，近年来人们对于柔性可穿戴二次电子设备的需求也是日益高涨，柔性储能器件作为柔性可穿戴二次电子设备的重要组成部分也颇受瞩目。在这些二次电池中，锌离子电池(比如锌锰电池、锌钒电池)是近年来重点发展起来的一种新型二次水系电池，具有理论能量密度高、安全性好、原材料储量丰富成本低廉等诸多优势，特别是可以应用在水系电解液体系、在空气环境中稳定的特点，具有较高的安全性，成为了柔性可穿戴电子设备的理想储能技术，在高性能储能方案中具有广阔应用前景。一般地，常见的锌离子电池体系是以二氧化锰、五氧化二钒或二硫化钒等材料作为正极活性材料，以金属锌作为负极活性材料，以含有锌盐或锌盐和其他盐类混合物的水溶液作为液态水系电解液；基于上述液态水系电解液的锌离子电池称为二次水系锌离子电池，其电化学储能原理一般可以认为是在上述二次水系锌离子电池体系中，锌离子在电池负极金属锌的表面可以快速可逆地沉积或溶解，同时在电池正极的活性材料上实现快速可逆地嵌入或脱嵌，最终实现二次储能的功能。在二次水系锌离子电池中，以锌锰体系为例，常见的液态水系电解液多为1-3mol/L的硫酸锌(ZnSO4)水溶液、1-3mol/L的硫酸锌(ZnSO4)与0.05-0.2mol/L的硫酸锰(MnSO4)混合水溶液或1-3mol/L的硝酸锌(Zn(NO3)2)水溶液等。将一定质量的锌盐或锌盐锰盐混合物溶解在去离子水中，配置成上述摩尔浓度的水溶液，既可作为二次水系锌离子电池的液态水系电解液。如上所述，这类二次水系锌离子电池具有诸多优势如能量密度高、安全性好等，具有较大发展潜力。但是，其实际使用的液态水系电解质仍会带来一定问题，比如漏液、水分蒸发而导致循环性能下降的问题、产氢胀气问题、不耐高低温问题、枝晶问题以及活性物质溶解等。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种混合凝胶聚合物电解质、其制备方法及全固态锌离子电池，本专利技术中的混合凝胶聚合物电解质具有较高的离子电导率，能够显著改善一般凝胶聚合物电解质离子电导率低的缺点，进而实现提高电池循环和倍率性能的目的，并且在柔性储能领域有一定应用性。本专利技术提供一种混合凝胶聚合物电解质，包括混合凝胶和掺入所述混合凝胶中的电解质；所述混合凝胶包括海藻酸钠和瓜尔豆胶；所述电解质包括锌盐。优选的，所述锌盐为硫酸锌、硝酸锌和氯化锌中的一种或几种。优选的，所述混合凝胶聚合物电解质的最大弯曲角度为180°，离子电导率为10～50mS/cm。优选的，所述电解质还包括锰盐；所述锰盐为硫酸锰、硝酸锰和氯化锰中的一种或几种。优选的，所述海藻酸钠与瓜尔豆胶的质量比为(1～5)：1。本专利技术提供如上文所述的混合凝胶聚合物电解质的制备方法，包括以下步骤：将海藻酸钠和瓜尔豆胶与电解质的水溶液混合，凝胶稳定后，得到混合凝胶聚合物电解质。优选的，所述电解质的水溶液的摩尔浓度为1～5mol/L。优选的，所述电解质的水溶液中包括锌盐和/或锰盐；所述锌盐的浓度为1～3mol/L，所述锰盐的浓度为0.05～0.2mol/L。优选的，所述电解质的水溶液的体积与所述海藻酸钠的质量之比为10mL：(0.2～2)g；所述电解质的水溶液的体积与所述瓜尔豆胶的质量之比为10mL：(0.1～1)g。本专利技术提供一种全固态锌离子电池，包括上文所述混合凝胶聚合物电解质。本专利技术提供了一种混合凝胶聚合物电解质，包括混合凝胶和掺入所述混合凝胶中的电解质；所述混合凝胶包括海藻酸钠和瓜尔豆胶；所述电解质包括锌盐。与现有技术相比，本专利技术采用一定比例的海藻酸钠和瓜尔豆胶两种聚合物与锌盐、锰盐为主的电解质水溶液混合搅拌并凝胶化，形成一种混合凝胶聚合物电解质—海藻酸钠瓜尔豆胶(SAGG)混合凝胶聚合物电解质。所述的海藻酸钠瓜尔豆胶(SAGG)混合凝胶聚合物电解质的离子电导率高(10～50mS/cm)，有利于提高电池整体的的循环和倍率性能，以及具有一定的机械强度，可以满足柔性器件设计的需要，作为柔性可穿戴二次电子设备的柔性储能器件具有良好的应用发展前景。同时所述的海藻酸钠瓜尔豆胶(SAGG)混合凝胶聚合物电解质可以抑制负极锌枝晶的生长，延长电池使用寿命。另外，所述的海藻酸钠瓜尔豆胶(SAGG)混合凝胶聚合物电解质的原料，即海藻酸钠和瓜尔豆胶，均为工业级可食用的植物性提取物，来源广泛，价格低廉，稳定性好，安全性高；同时本专利技术中的混合凝胶聚合物电解质的制备步骤工序简单，设备与环境要求低，利于大规模工业化生产。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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本专利技术中海藻酸钠瓜尔豆胶(SAGG)混合凝胶聚合物电解质的制备方法流程图；图2为本专利技术实施例1制备的海藻酸钠瓜尔豆胶(SAGG)混合凝胶聚合物电解质的实物照片；图3为本专利技术实施例1制备的海藻酸钠瓜尔豆胶(SAGG)混合凝胶聚合物电解质的奈奎斯特图；图4为本专利技术实施例2提供的全固态锌离子电池的结构示意图；图5为本专利技术实施例2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2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2中制备的全固态锌离子电池在弯曲状态下结构示意图；图8为本专利技术实施例2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9为本专利技术实施例3中制备的全固态锌离子电池100次充放电循环后负极锌箔表面的扫描电镜SEM图；图10为本专利技术比较例1中制备的水系锌离子电池100次充放电循环后负极锌箔表面的扫描电镜SEM图。具体实施方式本专利技术提供了一种混合凝胶聚合物电解质，包括混合凝胶和掺入所述混合凝胶中的电解质；所述混合凝胶包括海藻酸钠和瓜尔豆胶；所述电解质包括锌盐。在本专利技术中，所述混合凝胶聚合物电解质以海藻酸钠和瓜尔豆胶为聚合物基质。海藻酸钠(SodiumAlginate,SA)是从褐藻类的海带或马尾藻中提取碘和甘露醇之后的副产物，分子结构示意图如式I所示，由β-D-甘露糖醛酸(β-D-mannuronic,M)和α-L-古洛糖醛酸(α-L-guluronic,G)按(1→4)键连接而成，是一种天然多糖。海藻酸钠含有大量酯基(-COO-)，在水溶液中可表现出聚阴离子行为，具有一定的黏附性。在酸性条件下，酯基转变成羧基(-COOH)，电离本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种混合凝胶聚合物电解质，包括混合凝胶和掺入所述混合凝胶中的电解质；/n所述混合凝胶包括海藻酸钠和瓜尔豆胶；所述电解质包括锌盐。/n

【技术特征摘要】
1.一种混合凝胶聚合物电解质，包括混合凝胶和掺入所述混合凝胶中的电解质；
所述混合凝胶包括海藻酸钠和瓜尔豆胶；所述电解质包括锌盐。


2.根据权利要求1所述的混合凝胶聚合物电解质，其特征在于，所述锌盐为硫酸锌、硝酸锌和氯化锌中的一种或几种。


3.根据权利要求1所述的混合凝胶聚合物电解质，其特征在于，所述混合凝胶聚合物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所述的混合凝胶聚合物电解质，其特征在于，所述电解质还包括锰盐；
所述锰盐为硫酸锰、硝酸锰和氯化锰中的一种或几种。


5.根据权利要求1所述的混合凝胶聚合物电解质，其特征在于，所述海藻酸钠与瓜尔豆胶的质量比为(1～5)：1。


6.如权利要求1～5任意一项所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：周航，黄媛，王佳伟，
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