锌离子电池固态电解质

399 编辑：中冶有色技术网来源：杭州高烯科技有限公司

2024-03-13 15:10:53

权利要求书： 1.一种锌离子电池固态电解质，其特征在于，由氯化锌?溴化锌?醋酸锌三元体系经高温处理得到；所述氯化锌?溴化锌?醋酸锌三元体系通过以下方法制备得到：将氯化锌、溴?1

化锌和醋酸锌到分散水中，加热溶解后冷却，得到盐总浓度为60 100molkg 的氯化锌?溴~?1

化锌?醋酸锌三元体系；其中，氯化锌的浓度范围为20 30molkg ，溴化锌的浓度范围为20~

?1 ?1

30molkg ，醋酸锌的浓度范围为20 40molkg ；所述高温处理为在160 200℃下加热1~ ~ ~ ~

10min。

2.一种锌离子电池，其特征在于，包括权利要求1所述的固态电解质，且锌离子电池正极为碳材料，负极为金属锌、含锌合金或金属锌、含锌合金或其它可负载锌的惰性导电基底。

3.根据权利要求2所述的锌离子电池，其特征在于，所述碳材料包括碳纳米管、天然石墨、膨胀石墨、石墨烯及其它具有石墨晶格结构的碳材料。

说明书：一种锌离子电池固态电解质技术领域[0001] 本发明涉及一种锌离子电池固态电解质，以及使用该电解质的锌离子固态电池。背景技术[0002] 固态电解质是一类具有离子导电性的固体材料，可作为电解质应用在电池中。与传统的液态电解质相比，固态电解质不易燃，不易短路，具有安全性更高的优势。通常采用

的固态电解质为无机盐，其导电性来源于较小离子(如锂离子)在晶格间隙的穿梭。

[0003] 锌离子电池是一类具有潜力的电池。金属锌具有高理论比容量(820mAhg?1)和丰富的来源。目前未见锌离子电池使用固态电解质(不包括凝胶电解质)的报道。

发明内容[0004] 本发明研制了一种锌离子电池固态电解质，由氯化锌?溴化锌?醋酸锌三元体系经高温处理得到。所述氯化锌?溴化锌?醋酸锌三元体系通过以下方法制备得到：将氯化锌、溴

?1

化锌和醋酸锌到分散水中，加热溶解后冷却，得到盐总浓度为60～100molkg 的氯化锌?溴

?1

化锌?醋酸锌三元体系。其中，氯化锌的浓度范围为20～30molkg ，溴化锌的浓度范围为20

?1 ?1

～30molkg ，醋酸锌的浓度范围为20～40molkg 。所述高温处理为160～180℃加热处

理。

[0005] 进一步的，锌离子电池正极为碳材料，负极为金属锌、含锌合金或金属锌、含锌合金或其它可负载锌的惰性导电基底。

[0006] 进一步的，所述碳材料包括碳纳米管、天然石墨、膨胀石墨、石墨烯、石墨烯组装体及其它具有石墨晶格结构的碳材料。

[0007] 本发明的有益效果在于，本发明提供了一种锌离子电池固态电解质，其电导率达?6 ?1

10 Sm 。解决了锌离子固态电池的技术瓶颈，使得锌离子固态电池成为可能。相比于其他

固态电池，基于本发明电解质的锌离子固态电池具有成本低，制备简单的特点。

附图说明[0008] 图1为由总浓度为60molkg?1的氯化锌?溴化锌?醋酸锌水系凝胶经180℃处理所得的固态电解质照片。

具体实施方式[0009] 本发明以来源广泛的氯化锌、溴化锌、醋酸锌和去离子水为原料，先制备三元体系，再通过对其高温处理制备固态电解质。

[0010] 其中，高浓度三元体系的制备是获得固态电解质的基础，本发明基于“封端”作用，抑制结晶过程并使体系内的无机离子形成三维无机高分子，得到的胶状体具有类似水凝胶

的性质，将该三元体系置于菌种瓶中，倒扣后该三元体系不会流动。

[0011] 本发明中，除特别说明，浓度均采用溶质溶剂比表示，60～100molkg?1指的是每千克水所溶解的溶质的物质的量为60～100mol。

[0012] 下面通过实施例对本发明进行具体描述，本实施例只用于对本发明做进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据上述发明的内容做出一

些非本质的改变和调整，均属于本发明的保护范围。

[0013] 实施例1：[0014] (1)将0.2mol氯化锌、0.2mol溴化锌和0.2mol醋酸锌依次加入到10g去离子水中，?1

加热至120℃溶解，自然冷却至室温得到总浓度为60molkg 的氯化锌?溴化锌?醋酸锌水系

胶状体。

[0015] (2)将步骤1得到的胶状体在180℃条件下加热5分钟，冷却可得固态电解质，见图1。

[0016] (3)将步骤1得到的胶状体在180℃条件下加热5分钟，浇在聚四氟乙烯膜上，其上覆盖第二层聚四氟乙烯膜，压铁块，冷却以获得厚度为0.1mm的薄片。

[0017] (4)测得薄片电导率为10?6Sm?1。测试方法为：将钛箔、固态电解质薄片和钛箔依次叠加到Swaglok电池模具中加压热封。使用交流阻抗方法测得其电阻，通过计算可得其电

导率。

[0018] (5)将锌负极、固态电解质薄片和石墨烯膜正极依次叠加到电池模具中加压热封。?1 ?1

得到的电池单体在0.1Ag 的电流密度下，其质量比容量为40mAhg (基于正极活性物质

计算)。

[0019] 本实施例的步骤3中，也可以将步骤2得到的固态进行重新加热至160～200摄氏度，熔化后进行浇筑成型。

[0020] 实施例2：[0021] (1)将0.3mol氯化锌、0.3mol溴化锌和0.4mol醋酸锌依次加入到10g去离子水中，?1

加热至130℃溶解，自然冷却至室温得到总浓度为100molkg 的氯化锌?溴化锌?醋酸锌水

系胶状体。

[0022] (2)将步骤1得到的胶状体在180℃条件下加热5分钟，浇在聚四氟乙烯膜上，其上覆盖第二层聚四氟乙烯膜，压铁块，冷却以获得厚度为0.1mm的薄片。

[0023] (3)测得其电导率为8×10?7Sm?1。[0024] (4)将锌负极、固态电解质薄片和膨胀石墨正极依次叠加到电池模具中加压热封。?1 ?1

得到的电池单体在0.1Ag 的电流密度下，其质量比容量为30mAhg (基于正极活性物质

计算)。

[0025] 实施例3：[0026] (1)将0.2mol氯化锌、0.2mol溴化锌和0.2mol醋酸锌依次加入到10g去离子水中，?1

加热至120℃溶解，自然冷却至室温得到总浓度为60molkg 的氯化锌?溴化锌?醋酸锌水系

胶状体。

[0027] (2)将步骤1得到的胶状体在160℃条件下加热10分钟，浇在聚四氟乙烯膜上，其上覆盖第二层聚四氟乙烯膜，压铁块，冷却以获得厚度为0.1mm的薄片。

[0028] (3)测得其电导率为10?6Sm?1。[0029] (4)将锌负极、固态电解质薄片和石墨烯膜正极依次叠加到电池模具中加压热封。?1 ?1

得到的电池单体在0.1Ag 的电流密度下，其质量比容量为38mAhg (基于正极活性物质

计算)。

[0030] 实施例4：[0031] (1)将0.3mol氯化锌、0.3mol溴化锌和0.4mol醋酸锌依次加入到10g去离子水中，?1

加热至120℃溶解，自然冷却至室温得到总浓度为100molkg 的氯化锌?溴化锌?醋酸锌水

系胶状体。

[0032] (2)将步骤1得到的胶状体在200℃条件下加热1分钟，浇在聚四氟乙烯膜上，其上覆盖第二层聚四氟乙烯膜，压铁块，冷却以获得厚度为0.1mm的薄片。

[0033] (3)测得其电导率为6×10?7Sm?1。[0034] (4)将锌负极、固态电解质薄片和天然石墨正极依次叠加到电池模具中加压热封。?1 ?1

得到的电池单体在0.1Ag 的电流密度下，其质量比容量为2mAhg 。