本申請實施例涉及水系鋅離子電池，特別是涉及一種固態(tài)電解質及其制備方法和應用。

背景技術：

1、水系鋅離子電池具有環(huán)保、安全、成本低、容量大等優(yōu)點，是一種正在蓬勃發(fā)展的電化學儲能器件。然而，水系鋅離子電池的實際應用受到由水性電解液引起的鋅金屬負極枝晶、析氫、腐蝕和正極材料溶解導致電池性能低等問題。減少活性水分子是解決正、負極存在問題的關鍵，目前對已有的水系電解質通常通過電解液添加劑或建立正、負極sei保護層來抑制活度水的侵蝕作用，但無法真正解決活度水對正、負極的侵蝕問題。所以，開發(fā)新型具有優(yōu)異導鋅離子的固態(tài)電解質是實現(xiàn)無枝晶鋅負極和抑制正極材料溶解的有效方法。另外，釩基正極在低電流密度循環(huán)過程中釩的嚴重溶解，往往會導致晶格結構的破壞和容量保持率的下降，這限制了釩基正極的實際應用。減少電解液中自由水分子的含量，避免自由水分子與釩基正極之間的直接接觸是抑制釩基溶解的有效方法。

技術實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本申請實施例提供一種固態(tài)電解質及其制備方法和應用，該固態(tài)電解質具有導鋅離子能力，能允許鋅離子的可逆穿梭以及引導鋅離子的均勻沉積，并能抑制正極材料的溶解，能夠有效解決現(xiàn)有鋅離子電池的實際應用受到由水性電解液引起的鋅金屬負極枝晶、析氫、腐蝕和正極材料溶解導致電池性能低等問題。

2、本申請實施例第一方面提供一種固態(tài)電解質的制備方法，包括以下步驟：

3、將離心清洗雜質后的天然無機礦物質與鋅鹽電解液混合進行離子交換，經(jīng)離心清洗、干燥后得到固態(tài)電解質。

4、本實施例以應用廣泛的天然無機礦物質高嶺土或海泡石粉為原料，制備了具有電子絕緣體和鋅離子導體固有性能的固體電解質。得益于固體電解質的二維層狀結構、無水狀態(tài)和本征鋅離子導體，它不僅有效地提供了便捷的鋅離子傳輸途徑，引導了鋅離子的均勻沉積，減少了負極/電解質界面的副反應，而且有效地抑制了釩的溶解，穩(wěn)定了釩基的晶體結構，確保了鋅離子在正極/電解質界面的可逆嵌插行為，使得電池具有高穩(wěn)定性、高倍率性能和長循環(huán)壽命等優(yōu)點。

5、在可以包括上述實施例的一些實施例中，具體包括以下步驟：。

6、(1)將高嶺土/海泡石粉經(jīng)去離子水離心清洗、干燥后得到無雜質粉末，備用；

7、(2)將所述無雜質粉末與鋅鹽電解液混合，充分攪拌，得到混合物，將所述混合物離心清洗、干燥后得到固態(tài)電解質。

8、在可以包括上述實施例的一些實施例中，步驟(2)具體包括如下過程：

9、將所述無雜質粉末和鋅鹽電解液置于燒杯中，加入攪拌磁子，以400-600r/min充分攪拌混合2-14h，得到混合物，再將混合物使用去離子水離心清洗、干燥后得到固態(tài)電解質。

10、在可以包括上述實施例的一些實施例中，所述無雜質粉末和鋅鹽電解液的用量比為(1g-5g):(15ml-75ml)；或

11、所述無雜質粉末和鋅鹽電解液的用量比為(2g-4g):(25ml-50ml)。

12、在可以包括上述實施例的一些實施例中，所述鋅鹽電解液為硫酸鋅電解液、三氟甲烷磺酸鋅電解液、氯化鋅電解液、醋酸鋅電解液中的至少一種；優(yōu)選地，鋅鹽電解液為硫酸鋅電解液；或

13、所述鋅鹽電解液濃度為1.5-3mol/l。

14、在可以包括上述實施例的一些實施例中，還包括以下步驟：

15、(3)稱取所述固態(tài)電解質，使用壓片機壓片，即可制得穩(wěn)定的片狀固態(tài)電解質。

16、優(yōu)選地，步驟(3)具體為：稱取0.1-0.2g固態(tài)電解質，使用壓片機壓片，即可制得穩(wěn)定的片狀固態(tài)電解質，固態(tài)電解質的厚度為1mm-8mm；優(yōu)選為2mm-6mm；或

17、在可以包括上述實施例的一些實施例中，所述壓片機的壓片壓力為800-1200pa；優(yōu)選為900-1000pa。

18、本申請實施例第二方面還提供上述的制備方法制備得到的固態(tài)電解質。

19、本申請實施例第三方面還提供上述的固態(tài)電解質在制備水系鋅離子電池和水系鋅碘電池中的應用。

20、本申請實施例第四方面還提供一種水系鋅離子電池，所述水系鋅離子電池包括電池殼體和位于電池殼體內的正極、隔膜和負極，其中，所述隔膜為上述的固態(tài)電解質；或

21、所述正極為釩基材料、錳基材料和固碘高活性碳中的至少的一種。

22、優(yōu)選地，釩基材料為nvo；錳基材料為mno2；固碘高活性碳為upc@i2。

23、需要說明的是，固態(tài)電解質扮演隔膜與電解質的雙重角色，進一步節(jié)約了成本。

24、本申請實施例與現(xiàn)有技術相比，具有如下有益效果：

25、1、本申請實施例中的電解質由低成本的天然礦物質高嶺土組成，利用高嶺土及其獨特的二維層狀結構引導均勻的鋅沉積，使其具有優(yōu)異的導鋅離子的能力，可以解決鋅金屬負極的枝晶及腐蝕問題，高嶺土固態(tài)電解質幾乎不含水分子，又可以在小電流下抑制釩基正極的溶解，解決釩基正極溶解問題。從而提高電池長循環(huán)穩(wěn)定性，使得電池具有高穩(wěn)定性、高倍率性能和長循環(huán)壽命等優(yōu)點，另外，本申請的固態(tài)電解質也可抑制錳正極的溶解。

26、2、本申請制備工藝簡單，重復性好，可大面積制備，批量生產；選取高嶺土作為固態(tài)電解質，其制作工藝簡單，資源豐富，成本低廉，性能優(yōu)異，且可大面積應用的水系鋅離子電池與鋅碘電池，具有廣闊的電池體系適用性；本申請實施例為天然礦物基固體電解質的設計提供參考，為固體電解質在水基二次電池中的大規(guī)模制備和應用鋪平道路，具有廣闊的工業(yè)化應用前景。

技術特征：

1.一種固態(tài)電解質的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權利要求1所述的固態(tài)電解質的制備方法，其特征在于，具體包括以下步驟：。

3.根據(jù)權利要求2所述的固態(tài)電解質的制備方法，其特征在于，步驟(2)具體包括如下過程：

4.根據(jù)權利要求1所述的固態(tài)電解質的制備方法，其特征在于，所述無雜質粉末和鋅鹽電解液的用量比為(1g-5g):(15ml-75ml)；或

5.根據(jù)權利要求1所述的固態(tài)電解質的制備方法，其特征在于，所述鋅鹽電解液為硫酸鋅電解液、三氟甲烷磺酸鋅電解液、氯化鋅電解液、醋酸鋅電解液中的至少一種；或

6.根據(jù)權利要求2所述的固態(tài)電解質的制備方法，其特征在于，還包括以下步驟：

7.根據(jù)權利要求6所述的固態(tài)電解質的制備方法，其特征在于，所述壓片機的壓片壓力為800-1200pa。

8.權利要求1-7任一項所述的制備方法制備得到的固態(tài)電解質。

9.權利要求8所述的固態(tài)電解質在制備水系鋅離子電池和水系鋅碘電池中的應用。

10.一種水系鋅離子電池，其特征在于，所述水系鋅離子電池包括電池殼體和位于電池殼體內的正極、隔膜和負極，其中，所述隔膜為權利要求8所述的固態(tài)電解質；或

技術總結
本申請實施例涉及一種固態(tài)電解質及其制備方法和應用，屬于水系鋅離子電池技術領域。本申請實施例旨在解決現(xiàn)有鋅離子電池的實際應用受到由水性電解液引起的鋅金屬負極枝晶、析氫、腐蝕和正極材料溶解導致電池性能低的技術問題。本申請實施例的一種固態(tài)電解質的制備方法，包括以下步驟：將離心清洗雜質后的天然無機礦物質與鋅鹽電解液混合進行離子交換，經(jīng)干燥后制得固態(tài)電解質。本申請實施例所提供的固態(tài)電解質具有導鋅離子能力，能允許鋅離子的可逆穿梭以及引導鋅離子的均勻沉積，并能抑制正極材料的溶解。

技術研發(fā)人員：田新龍,史曉東,周傳聰,邢振月,南晴,李富龍,高亞婷,張杰
受保護的技術使用者：海南大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/9/9