[发明专利]一种海藻酸钠基双网络水系电池电解质及其制备方法、应用

说明书

本发明提供一种海藻酸钠基双网络水系电池电解质及其制备方法、应用，所述海藻酸钠基双网络水系电池电解质由双网络水凝胶吸附水系电解质后制备得到；所述双网络水凝胶包括第一网络结构和第二网络结构，所述第一网络结构为以锌离子和海藻酸钠以离子键形式交联形成的网络结构，所述第二网络结构为丙烯酸及其衍生物以共价键交联形成的网络结构，所述双网络水凝胶由第一网络结构和第二网络结构顺序交联形成。本申请的海藻酸钠基双网络水系电池电解质具有良好的锌离子传输性能，应用于锌离子电池时，可以降低电池内阻，提高电池循环稳定性，具有较高的比容量又保持良好的循环稳定性和抗冻性能。

技术领域

本发明涉及水系电池电解质技术领域，特别是涉及一种海藻酸钠基双网络水系电池电解质及其制备方法、应用。

背景技术

由于化石能源的消耗和温室气体的排放问题，资源匮乏和环境污染已经成为人类社会可持续发展的两大难题。利用风能、太阳能、潮汐能等清洁能源代替传统化石能源已是当今发展趋势。虽然这些能量无处不在，但是将其转化为人类可利用的资源还有待发展，如何将这些能量高效的储存起来是亟待解决的问题，电池正是这些能源有效的储存手段。锂离子电池(LIBs)具有高能量密度、长使用寿命等优势，但锂资源矿产有限、开采难度较高、成本较大，且有机电解液造成的安全和环境问题是LIBs的一大缺陷。相比于有机电解液易燃、易挥发、环境危害大等问题，水系电解液具有高安全性、离子传导率高、成本低、易于制造等优点被广泛地研究。

在水系电池中，锌离子电池(ZIBs)具有较高的理论比容量、适当的氧化还原电位，优异的导电性，离子半径小，在空气和水中具有优越的电化学稳定性；并且水系电解质不易燃，工艺易于组装以及较好的环境友好性。因此，水系ZIBs在电池应用中具有良好的发展前景。但水系ZIBs的应用仍然面临巨大挑战，电极材料的结构稳定性、锌负极枝晶生长、腐蚀和析氢等副反应严重影响ZIBs的实际性能。

有研究表明，水凝胶电解质可以降低电解质内部水的活性，从而改善锌枝晶生长、电极腐蚀和析氢等不良情况。并且便捷式移动设备正在往柔性，可穿戴方向发展。可弯曲，折叠的性质使电子设备具有更好的环境适应性，更大的灵活性。应用横跨航天航空、消费电子、医疗保健、机器人和工业自动化等多个领域。

目前水凝胶电解质的离子传输性能差是电池性能差的重要因素。开发一种循环性能优异，可压缩，高容量的储能设备显得尤为重要。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种海藻酸钠基双网络水系电池电解质及其制备方法、应用，用于解决现有水凝胶电解质的离子传输性能差导致电池整体性能差的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种海藻酸钠基双网络水系电池电解质，所述海藻酸钠基双网络水系电池电解质由双网络水凝胶吸附水系电解质后制备得到；所述双网络水凝胶包括第一网络结构和第二网络结构，所述第一网络结构为以锌离子和海藻酸钠以离子键形式交联形成的网络结构，所述第二网络结构为以丙烯酸及其衍生物以共价键交联形成的网络结构，所述双网络水凝胶由第一网络结构和第二网络结构顺序交联形成。

海藻酸钠具有聚合条件简单，易于加工，柔韧性好，环境友好，成本低廉等优势。丙烯酸及其衍生物的加入提供更多的锌离子传输通道，降低锌离子电池的电池内阻，提高锌离子电池循环稳定性，在锌离子电池领域具有发展潜力。本申请的海藻酸钠基双网络水系电池电解质具有很好的锌离子传输性能，在实际应用可以满足柔性可穿戴器件的需求。

优选地，所述水系电解质为硫酸锌和硫酸锰的混合水溶液。更优选地，所述硫酸锌和硫酸锰的混合水溶液中硫酸锌的浓度为2mol/L，硫酸锰的浓度为0.2mol/L。

优选地，所述丙烯酸及其衍生物选自丙烯酸、丙烯酰胺和N-异丙基丙烯酰胺中的一种或多种。