一种聚合物电解质及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种聚合物电解质及其制备方法和应用，所述聚合物电解质包括锌盐和溶剂；所述聚合物电解质中还包括聚合物或者聚合物的制备原料；所述聚合物的制备原料包括单体和交联剂。本发明专利技术提供的聚合物电解质为中性聚合物电解质，避免了由于电解质与空气中的二氧化碳发生而碳酸化损伤阴极问题的发生，进而提高了电池的使用寿命；同时，制备得到的聚合物电解质具有较好的电学性能。解质具有较好的电学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种聚合物电解质及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及电化学
，具体涉及一种聚合物电解质及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]近年来，随着新型化学电源的研究不断发展，各种电化学储能技术不断涌现。其中，锌
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空气电池由于其高能量密度和功率密度、高安全性、低成本、低污染等优点，成为了最具有前景的电池体系之一，因此锌
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空气电池受到了人们的广泛关注，越来越多的方法也被应用于制备锌
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空气电池。
[0003]受到水系电解液的固有限制，锌
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空气二次电池一般都采用高浓度的碱性电解液来抑制析氢副反应。然而，作为半开放体系，空气中的二氧化碳很容易进入电池体系，并与电解液反应生成碳酸根，导致电池寿命的衰减。因此，锌空气动力电池通常被设计成机械更换式，即电池放电结束后，通过更换其中的锌电极以达到电池的“充电”效果。
[0004]CN106887648A公开了一种锌/空气电池组。所述锌/空气电池组，包括N节依次层状堆叠的平板状单体电池，单体电池包括单体电池壳体、空气阴极、锌阳极以及空气阴极和锌阳极之间的电解液腔，N为≥2的整数，N节单体电池间的电解液腔通过一注液连通器串联连通，每个连通器分流道上均设有与一个单体电池的电解液腔相连通的连通器流道口，连通器流道口从电解液腔的下方伸入到电解液腔内；锌阳极外包覆有隔膜袋或于锌阳极的电解液腔一侧设有隔膜层。该技术方案提供的锌/空气电池组方便电池阳极的二次更换；单电池间的连通器流道不易堵塞，但是易发生电池漏液问题的发生。
[0005]为了避免电池漏液问题的发生，现有技术中常使用聚合物电解质代替液态电解质。聚合物电解质是将电解液溶胀在聚合物的结构骨架中，使其既拥有在常温下液态电解液体系的高离子电导率和低界面阻抗，又具有能缓解电解液的挥发的优点。因此，使用聚合物电解质制备锌
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空气电池成为人们的研究热点。
[0006]CN110098448A公开了一种高性能复合锌空气二次电池。所述高性能复合锌空气二次电池包括由负极、浸润电解液的隔膜材料、正极构成的三明治结构，且三明治结构置于电池壳体中，隔膜材料中电解液所占的质量百分比为浸润电解液的隔膜材料总质量的40
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80％；电池壳体与正极的接触面上均布设有透气孔，用于锌空气电池运行段氧气的吸收和释放；透气孔面积之和占正极接触面的50
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90％。在放电过程中，高价态的氧化物或者氢氧化物将发生还原反应，使得电池输出高于1.6V的电压，表现为二次锌电池的放电特性；在反应结束后活性物质恢复原始状态，继续作为氧还原反应的催化剂，电池输出1.0V左右的电压。
[0007]CN109921154A公开了一种基于聚合物电解质的柔性锌空气电池。所述聚合物电解质是将聚合物体系浸入氢氧化钾水溶液中制备而得的多孔纳米二氧化硅复合聚合物电解质；所述聚合物体系以聚乙烯醇或聚丙烯酸作为半固态电解质的聚合物骨架，以聚乙二醇作为造孔剂使聚合物基体呈现孔状结构，以纳米二氧化硅作为交联剂、保水剂和增塑剂引入体系。
[0008]由上述内容可知，无论是使用聚合物电解质还是普通的电解液，其均为碱性，但是在锌
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空气电池工作中，空气中的氧气参与电化学反应中产生电能。问题在于，空气中不仅仅有电池反应需要的氧气，也含有对电池反应不利的二氧化碳。尤其是碱性工作环境中，二氧化碳进人电池，使碱性电解质碳酸化，形成碱金属的碳酸盐或亚碳酸盐。当碳酸盐在阴极中结晶时，阴极会受到损坏，并会堵塞空气的通路，从而影响到电池的使用寿命和供电能力。
[0009]因此，如何提供一种中性聚合物电解质，延长锌
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空气电池的使用寿命，已成为目前亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0010]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种避免二氧化碳损伤阴极、提高电池使用寿命、具有较好电学性能的聚合物电解质及其制备方法和应用。
[0011]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0012]本专利技术中通过对聚合物电解质的组分的设计，进一步通过锌盐制备得到了中性的聚合物电解质，避免了由于空气中的二氧化碳与碱性聚合物电解质发生反应，使电解质碳酸化，影响电池的使用寿命；同时，本专利技术中制备得到的聚合物电解质具有较高的保水性和高离子电导率，适用于制备锌
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空气电池，具体方案如下：
[0013]一种聚合物电解质，该聚合物电解质包括锌盐和溶剂，还包括聚合物或者聚合物的制备原料；
[0014]所述聚合物的制备原料包括单体和交联剂。
[0015]现有技术中，制备聚合物电解质时通常是将聚合物体系浸入碱液中，得到呈现碱性的聚合物电解质，但是该碱性聚合物电解质在使用过程中会和空气中的二氧化碳反应，电解质将发生碳酸化，形成碱金属的碳酸盐或亚碳酸盐。当碳酸盐在阴极中结晶时，阴极会受到损坏，并会堵塞空气的通路，从而影响到电池的使用寿命和供电能力。
[0016]本专利技术中，通过锌盐代替碱液，制备得到的聚合物电解质呈中性，避免了由于电解质与空气中的二氧化碳发生而碳酸化损伤阴极问题的发生，进而提高了电池的使用寿命；同时，本专利技术制备得到的聚合物电解质具有较高的保水性和高离子电导率以及较好的柔韧性，可用于柔性可穿戴电池的制备。
[0017]进一步地，所述的锌盐为含氟烃类衍生物锌盐；
[0018]本专利技术中，通过选用含氟烃类衍生物锌盐制备得到的聚合物电解质呈中性，可避免空气中二氧化碳对聚合物电解质的影响，且制备得到的聚合物电解质具有较高的保水性和电学性能；同时，本专利技术中通过带有强疏水基团(三氟甲磺酸根)的锌盐在正极构建缺水
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富锌的内亥姆霍兹层(IHL)，实现了具有快速动力学的电子的氧还原过程(ORR)，保证了锌
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空气电池的可逆性，由此制备得到的聚合物电解质具有较好的电学性能。
[0019]所述的含氟烃类衍生物锌盐包括三氟甲烷磺酸锌、双(三氟甲基磺酰亚胺)锌、三(三氟甲基磺酰甲基)锌或双(氟磺酰)亚胺锌中的一种或多种；
[0020]所述的锌盐在锌盐和溶剂混合物中的质量摩尔浓度为0.1
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10mol/kg，优选0.3
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5mol/kg；例如可以是0.1mol/kg、0.2mol/kg、0.5mol/kg、1mol/kg、2mol/kg、3mol/kg、4mol/kg、5mol/kg、6mol/kg、7mol/kg、8mol/kg、9mol/kg或10mol/kg等。
[0021]本专利技术中，通过控制锌盐的质量摩尔浓度在特定的范围内，制备得到的聚合物电解质既具有较高的离子电导率，又可以使锌盐在聚合物电解质中有较好的溶解性。若锌盐的质量摩尔浓度过小，则制备得到的聚合物电解质的离子电导率较低，若锌盐的质量摩尔浓度过大，则锌盐在聚合物电解质中的溶解度较差，易析出，制备得到的聚合物电解质的电学性能较差。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚合物电解质，其特征在于，该聚合物电解质包括锌盐和溶剂，还包括聚合物或者聚合物的制备原料；所述聚合物的制备原料包括单体和交联剂。2.根据权利要求1所述的一种聚合物电解质，其特征在于，所述的锌盐为含氟烃类衍生物锌盐；所述的含氟烃类衍生物锌盐包括三氟甲烷磺酸锌、双(三氟甲基磺酰亚胺)锌、三(三氟甲基磺酰甲基)锌或双(氟磺酰)亚胺锌中的一种或多种；所述的锌盐在锌盐和溶剂混合物中的质量摩尔浓度为0.1
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10mol/kg；所述的溶剂选自去离子水和/或有机溶剂；所述的有机溶剂选自乙醇、异丙醇、乙二醇、甘油、乙腈、N,N
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二甲基乙酰胺、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、乙酸乙酯或二甲亚砜中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的一种聚合物电解质，其特征在于，所述的聚合物包括聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、黄原胶或明胶中的一种或多种；所述聚合物的质量百分含量为聚合物电解质的5～90％。所述的单体包括丙烯酸、丙烯酰胺、丙烯酸钠、丙烯腈、乙酸乙烯酯或羧甲基纤维素钠中的任意一种或多种；所述的交联剂包括N,N
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亚甲基双丙烯酰胺、聚乙二醇二丙烯酸酯、硼酸、二氧化硅或氧化铝中的任意一种或多种；所述的交联剂和单体的质量比为(0.0001
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0.01):1。4.根据权利要求1所述的一种聚合物电解质，其特征在于，所述聚合物的制备原料还包括引发剂；所述的引发剂包括过硫酸铵、过硫酸钾或过硫酸钠中的一种或多种；所述的引发剂和单体的质量比为(0.001
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0.025):1。5.根据权利要求1所述的一种聚合物电解质，其特征在于，所述聚合物电解质中还包括添加剂；所述的添加剂包括硫代硫酸盐、碘化物或酚醌类化合物中的一种或多种；所述添加剂的质量百分含量为聚合物电解质的0.1
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10％。6.一种如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：王飞，裘科，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：