本發(fā)明涉及新能源材料，尤其涉及一種海藻酸鈉凝膠電解質(zhì)膜及其制備方法與海藻酸鈉基鋅復(fù)合材料、水系鋅離子電池。

背景技術(shù)：

1、便攜式設(shè)備的蓬勃發(fā)展主要是由可穿戴設(shè)備推動(dòng)的，例如可穿戴健身追蹤器、可穿戴心電圖檢測(cè)儀、智能手表和可穿戴血壓監(jiān)測(cè)儀等。目前鋰離子電池因其高能量密度、長(zhǎng)循環(huán)穩(wěn)定性和高能效，在可穿戴設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用，然而鋰離子電池所使用的有機(jī)電解質(zhì)具有生物毒性且易燃易爆，在使用過(guò)程中容易出現(xiàn)起火甚至爆炸，而穿戴設(shè)備緊貼人體皮膚使用，當(dāng)出現(xiàn)危險(xiǎn)情況時(shí)難以擺脫，具有嚴(yán)重的安全隱患。

2、鋅離子電池因其綠色、安全、環(huán)保以及可使用水基電解質(zhì)，在可穿戴電子設(shè)備領(lǐng)域逐漸替代鋰離子電池，然而鋅陽(yáng)極材料在水基電解質(zhì)中熱力學(xué)穩(wěn)定性較差，當(dāng)鋅陽(yáng)極與水接觸后會(huì)自發(fā)發(fā)生副反應(yīng)，導(dǎo)致金屬鋅的利用率和電池容量顯著下降，此外鋅陽(yáng)極在水基電解質(zhì)內(nèi)還會(huì)出現(xiàn)枝晶生長(zhǎng)，嚴(yán)重影響了鋅離子電池的使用壽命和庫(kù)倫效率。

3、現(xiàn)有技術(shù)中為了構(gòu)建穩(wěn)定的鋅陽(yáng)極結(jié)構(gòu)，基于固體鋅電極和液體電解質(zhì)等各種策略，通過(guò)在鋅陽(yáng)極表面構(gòu)建固體/電解質(zhì)界面(sei)層及優(yōu)化電解質(zhì)組分，以期提高鋅離子電池的電化學(xué)性能。然而在長(zhǎng)時(shí)間循環(huán)過(guò)程中附著在鋅陽(yáng)極表面的層結(jié)構(gòu)容易出現(xiàn)分離，這導(dǎo)致鋅離子的長(zhǎng)循環(huán)性能收到影響，亟需提供一種方案改善上述問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種海藻酸鈉基凝膠電解質(zhì)膜及其制備方法與海藻酸鈉基鋅復(fù)合材料、水系鋅離子電池。

2、第一方面，本發(fā)明提供的一種海藻酸鈉凝膠電解質(zhì)膜的制備方法，在海藻酸鈉凝膠溶液內(nèi)采用電化學(xué)電鍍?cè)阡\表面原位生長(zhǎng)摻雜有鋅離子的海藻酸鈉凝膠電解質(zhì)膜。

3、本發(fā)明提供的制備方法無(wú)需特殊設(shè)備，易于進(jìn)行工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)，此外所制備得的海藻酸鈉凝膠電解質(zhì)膜通過(guò)電鍍的方式與鋅進(jìn)行緊密結(jié)合，從而在長(zhǎng)效循環(huán)過(guò)程中保持電池的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和電化學(xué)性能穩(wěn)定性。同時(shí)，本發(fā)明所使用的原料廉價(jià)、制備工藝簡(jiǎn)單，通過(guò)控制電化學(xué)電鍍時(shí)的參數(shù)，能夠有效控制海藻酸鈉凝膠電解質(zhì)膜的成型厚度，具有較好的可溶性，且整體過(guò)程安全環(huán)保無(wú)污染物排放。

4、可選地，所述海藻酸鈉凝膠溶液內(nèi)還溶解有具有鏈狀分子結(jié)構(gòu)的高分子聚合物，所述高分子聚合物的分子量為25-300000。

5、可選地，所述海藻酸鈉凝膠溶液中高分子聚合物與海藻酸鈉的質(zhì)量比為(0.5-5)：1。

6、可選地，所述海藻酸鈉凝膠溶液中海藻酸鈉的濃度為2-20mg/ml。

7、可選地，所述高分子聚合物包括聚乙烯醇、聚氧化乙烯、聚丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、聚偏二氟乙烯和聚乙二醇中的一種。

8、可選地，所述海藻酸鈉凝膠溶液的溶劑包括去離子水。

9、可選地，在海藻酸鈉凝膠溶液中，將鋅箔作為陽(yáng)極、薄膜電極作為陰極，在0.5-4.0v的直流電壓下電鍍5-20min后，制得原位生長(zhǎng)在鋅箔表面的海藻酸鈉凝膠電解質(zhì)膜。

10、可選地，所述鋅箔的厚度為10-100μm。

11、可選地，所述薄膜電極的厚度為10-400μm。

12、可選地，所述薄膜電極包括鋅箔、碳紙、碳布、銅箔、鋁箔、不銹鋼箔中的一種。

13、第二方面，本發(fā)明還提供了上述任一可選制備方法中所制備的海藻酸鈉凝膠電解質(zhì)膜。

14、第三方面，本發(fā)明還提供了上述任一可選制備方法中所制備的海藻酸鈉基鋅復(fù)合材料，其中鋅與海藻酸鈉凝膠電解質(zhì)膜構(gòu)成一體化結(jié)構(gòu)。

15、可選地，所述海藻酸鈉基鋅復(fù)合材料的放電面積比容量為0.39-0.47mah/cm2。

16、第四方面，本發(fā)明還提供了一種水系鋅離子電池，具有上述任一可選制備方法所制備的海藻酸鈉凝膠電解質(zhì)膜，或具有上述任一可選的海藻酸鈉基鋅復(fù)合材料。

技術(shù)特征：

1.一種海藻酸鈉凝膠電解質(zhì)膜的制備方法，其特征在于，在海藻酸鈉凝膠溶液內(nèi)采用電化學(xué)電鍍?cè)阡\表面原位生長(zhǎng)摻雜有鋅離子的海藻酸鈉凝膠電解質(zhì)膜。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述海藻酸鈉凝膠溶液內(nèi)還溶解有具有鏈狀分子結(jié)構(gòu)的高分子聚合物，所述高分子聚合物的分子量為25-300000。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于：

4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，包括：在海藻酸鈉凝膠溶液中，將鋅箔作為陽(yáng)極、薄膜電極作為陰極，在0.5-4.0v的直流電壓下電鍍5-20min后，制得原位生長(zhǎng)在鋅箔表面的海藻酸鈉凝膠電解質(zhì)膜。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于：

6.一種如權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述制備方法所制備的海藻酸鈉凝膠電解質(zhì)膜。

7.一種如權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述制備方法所制備的海藻酸鈉基鋅復(fù)合材料，其特征在于，鋅與海藻酸鈉凝膠電解質(zhì)膜采用原位電鍍構(gòu)成一體化結(jié)構(gòu)。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的海藻酸鈉基鋅復(fù)合材料，其特征在于，所述海藻酸鈉基鋅復(fù)合材料的放電面積比容量為0.39-0.47mah/cm2。

9.一種水系鋅離子電池，其特征在于，具有如權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述制備方法所制備的海藻酸鈉凝膠電解質(zhì)膜，或，具有如權(quán)利要求7至8任一項(xiàng)所述的海藻酸鈉基鋅復(fù)合材料。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種海藻酸鈉凝膠電解質(zhì)膜及其制備方法與海藻酸鈉基鋅復(fù)合材料、水系鋅離子電池，涉及新能源材料技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明提供的凝膠電解質(zhì)膜的制備方法包括在海藻酸鈉凝膠溶液內(nèi)采用電化學(xué)電鍍?cè)阡\表面原位生長(zhǎng)摻雜有鋅離子的海藻酸鈉凝膠電解質(zhì)膜。本發(fā)明所制備得的海藻酸鈉凝膠電解質(zhì)膜通過(guò)電鍍的方式與鋅進(jìn)行緊密結(jié)合，從而在長(zhǎng)效循環(huán)過(guò)程中保持電池的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和電化學(xué)性能穩(wěn)定性。

技術(shù)研發(fā)人員：瞿國(guó)興,樊雨龍,姚昕怡,王國(guó)鑫,王清平,周耐根
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南昌大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2