[发明专利]一种混合水系锂电池胶体电解液及制备方法

说明书

本发明属于电化学的技术领域，具体提供了一种混合水系锂电池胶体电解液及制备方法，通过将含结晶水的Li₂SO₄和.ZnSO₄溶于去离子水中，调pH值；在反应釜中加入气相二氧化硅抽真空，充氮气，形成氮氛，磁力搅拌分散，加入锂藻土和γ‑聚谷氨酸，加交联剂，得到混合水系锂电池胶体电解液。本发明一种混合水系锂电池胶体电解液，通过添加锂藻土和γ‑聚谷氨酸，使得胶体机械强度增加，长链结构形成的胶体比小分子β‑环糊精形成的胶体具有更好的电化学稳定性，在电极和电解液之间产生协同作用，同时可以抑制负极的副反应使锌光滑地沉积在负极表面，减轻锰离子溶解到电解液和减少浮充电流，得到了更好的倍率性能和循环性能，同时具有优异的稳定性。

技术领域

本发明属于三元电池电解液制备的技术领域，具体涉及一种混合水系锂电池胶体电解液及制备方法。

背景技术

自 1990 年采用锂离子嵌入化合物（碳和钴酸锂）和有机电解液的锂离子电池商品化以来，以其高比能量的优点，迅速占领小型电池市场，并已广泛用于移动电话、笔记本电脑、摄像机等各种通讯器件。然而，尽管有机系锂离子电池具有诸多优势，但其使用的有机溶剂不仅有毒而且易燃，如果使用不恰当，会带来很多安全性问题。此外生产成本也因无水操作环境而大大提高，这些不足大大限制了其在大型储能电池中的应用。为了解决锂离子电池安全性的问题，一方面可以选择高安全性的电极材料，或采用过充电保护剂，也可以加入不燃性电解液；另一个相对有效的方法是采用水溶液电解液，因为水溶液电解液比有机电解液的离子电导率提高了几个数量级，电池的比功率可望得到提高。此外，还能避免采用有机电解液所必需的苛刻的组装条件，大大降低了成本。由于水系锂离子电池具有无环境污染、价格低廉、功率高和安全性能高等优点，成为具有开发和应用潜力的新一代储能器件。对水系锂离子电池及其相关材料的研究也将成为电化学储能领域研究的热点之一。

气相二氧化硅是一种白色、无味、超细、无定形粉末，纯度高，常被添加到液体体系中，起到增稠、抗结块、控制体系流变和触变等作用。当二氧化硅被分散在介质中时，由于颗粒比表面积大、表面硅羟基和硅氧基较多，在热力学上属于不稳定体系，二氧化硅颗粒彼此之间通过氢键结合，形成一定的网络结构，使整个体系的粘度增大并具有一定的触变性。当有剪切力时，这种由氢键形成的网络结构将被破坏，介质变稀。当外力消失后，胶粒会慢慢恢复原来的结构，此过程是可逆的，这就是胶体电解液触变性的表现。胶体电解液仅有良好的触变性是不够的，还必须具有一定的强度和弹性。二氧化硅分子之间通过硅氧化学键形成稳定的三维骨架，使得胶体电解液有一定的弹性和强度，而此过程是不可逆的，形成的三维结构不易被破坏。水系锂离子电池二氧化硅胶体电解液，旨在减少电池运行中水溶液的蒸发，保护电池的正负极材料，提高电池的循环性能，减少电池的自放电率和浮充电流。

中国发明专利申请号201611064402.3公开了一种用于锂电池电解液的硫酰基改性无机物添加剂及改性方法，该添加剂采用纳米尺度的Mg、Al、Si、Ti、V、Zr、Sc、Mn、Cr、Co、Ni、Zn、Ce的氧化物作为母体材料，首先将纳米尺度的氧化物分散在浓硫酸中，经过高温处理，在氧化物表面包裹上硫酰基，由于在强氧化环境下，纳米氧化物表面被包裹致密的硫酰基，同时由于硫酰基具有亲电子的特性，在电解液中保持稳定性、均匀性的同时，能够提高电池中电荷导通通道，不影响电解液的电阻。本发明提供上述方法，克服了现有技术中锂离子电池阻燃添加剂加入以后，导致的电解液不均匀，电池内阻增加的缺点，而且本发明使用的原料普通，价格低廉，适合于锂离子电池的大规模推广和应用的需求。

中国发明专利申请号201520655735.8公开了一种快速充电锂电池，包括正极片、负极片、隔膜、有机电解液和外壳，其特征在于，所述负极片上布设有径向贯穿的有脱/嵌锂能力的材料制成的纳米管。充入电解液后，纳米管中心的纳米孔可以存储电解液，在纳米管电极之间运送电荷，每个独立的纳米管都将成为一个电池，并联起来共同供电，能够实现锂电池的快速充电，10-15分钟即可完成充满电池。