一種鋅系電池用電解液添加劑的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電解液添加劑，特別涉及鋅系電池用電解液添加劑。
【背景技術(shù)】
[0002] 鋅系電池采用比容量極高的鋅作為負(fù)極，是一類(lèi)高性能電池，是電動(dòng)車(chē)等的理想 電源。同時(shí)，由于該類(lèi)電池的負(fù)極采用鋅電極，貯藏量豐富，價(jià)格便宜，且電池的生產(chǎn)和使用 過(guò)程對(duì)環(huán)境不產(chǎn)生任何污染，被譽(yù)為真正的"綠色電池"。但是該類(lèi)電池也存在著一些迫切 需要解決的問(wèn)題：首先，堿性溶液中的鋅負(fù)極，在熱力學(xué)上是不穩(wěn)定的，鋅負(fù)極自放電不僅 損失容量，同時(shí)，還產(chǎn)生了氫氣，造成內(nèi)壓上升，電解液失水、干涸；其次，鋅負(fù)極放電產(chǎn)物在 氫氧化鉀、氫氧化鈉之類(lèi)的電解液中有較大的溶解度，制約了其在電池領(lǐng)域的應(yīng)用；再次， 鋅系二次電池在充電時(shí)候，會(huì)發(fā)生不均勻的鋅沉積，使得鋅負(fù)極在多次充放電后形狀發(fā)生 改變，電極的四周變薄，中間增厚，有時(shí)則表現(xiàn)為上部變薄、下部增厚，最終使電極活性表面 積減小，電池容量下降；而且，鋅電極在充電后期，還會(huì)產(chǎn)生枝晶，即像樹(shù)枝狀的沉淀物，這 種樹(shù)枝狀沉淀物有時(shí)可戳穿隔膜，引起電池內(nèi)部短路，使電池壽命終止。
[0003] 因此，解決鋅負(fù)極上述問(wèn)題，將成為鋅系電池及其產(chǎn)業(yè)化的重點(diǎn)與難點(diǎn)所在。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，提供了一種電解液添加劑，可以有效的 減少鋅電極的溶解及自放電，應(yīng)用到鋅系二次電池后，可以有效的延長(zhǎng)電池循環(huán)使用壽命。
[0005] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題提供了一種技術(shù)方案：
[0006] -種鋅系電池用電解液添加劑，所述的添加劑包括堿土金屬氧化物和/或堿土金 屬氫氧化物。
[0007] 優(yōu)選所述的堿土金屬氧化物為氧化鈣，堿土金屬氫氧化物為氫氧化鈣、氫氧化鋇。
[0008] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述的的添加劑為氧化鈣，為氫氧化鈣，為氫氧化鋇；在另外一 個(gè)事實(shí)例中，所述的添加劑為氧化鈣、氫氧化鈣混合物，為氧化鈣、氫氧化鋇混合物，為氫氧 化鈣、氫氧化鋇混合物；在另外一個(gè)實(shí)施例中，所述的的添加劑為氧化鈣、氫氧化鈣、氫氧化 鋇混合物，其中氧化鈣的重量份為10~40,氫氧化鈣重量份為0~10、氫氧化鋇的重量比 為0~7. 5。
[0009] 本發(fā)明還提供了一種鋅系電池用電解液，所述的電解液中除了基礎(chǔ)溶液還含有上 述的添加劑。
[0010] 所述的基礎(chǔ)溶液為本領(lǐng)域公知的鋅系電池用電解液，例如含有堿金屬氫氧化物的 水溶液，所述的堿金屬氫氧化物優(yōu)選為氫氧化鉀、氫氧化鈉、氫氧化鋰中的一種或多種。優(yōu) 選，所述的KOH、NaOH、LiOH在電解液中的濃度分別是3~8mol/L、0. 03~3mol/L、 0? 02 ~2mol/L;更優(yōu)選K0H濃度為 5 ~5. 5mol/L、NaOH為 0? 5 ~2mol/L、LiOH為 0. 5~1. 5mol/L。在一個(gè)實(shí)施例中，所述的基礎(chǔ)溶液為含有20重量份氫氧化鉀、6重量份 氫氧化鈉、1重量份氫氧化鋰，100份水的水溶液。
[0011] 又例如基礎(chǔ)溶液為含有緩蝕劑的上述堿液，所述的緩蝕劑可以為本領(lǐng)域公知的化 合物，只要能適用于鋅系電池即可。緩蝕劑可以為無(wú)機(jī)物，例如銦、鉍、鈰、鉛、錫的氧化物或 氫氧化物中的一種或多種。緩蝕劑可以為有機(jī)物，例如1，3,5_苯基三磺酸鉀、四丁基澳化 按、二甲胺基環(huán)氧丙烷、吐溫20、纖維素基或淀粉基的衍生物中的一種或多種。在一個(gè)實(shí)施 例中，所述的基礎(chǔ)溶液為含有緩蝕劑的堿液，所述的緩蝕劑為銦、鉍、鈰、鉛、錫的氧化物或 氫氧化物中的一種或多種，重量百分比為〇~4. 5%，更優(yōu)選為0~2%，去離子水重量計(jì)， 混合物混合比例任意。在一個(gè)實(shí)施例中，所述的基礎(chǔ)溶液為含有緩蝕劑的堿液，所述的緩蝕 劑為1，3, 5-苯基三磺酸鉀、四丁基澳化按、二甲胺基環(huán)氧丙烷、吐溫20、纖維素基或淀粉基 的中的一種或多種，重量百分比為〇~4. 5%，更優(yōu)選為0~2%，去離子水重量計(jì)，混合物 混合比例任意。
[0012] 又例如基礎(chǔ)溶液為含有能提高電解液離子導(dǎo)電性能的導(dǎo)電添加劑的上述堿液，所 述的導(dǎo)電添加劑可以為本領(lǐng)域公知的化合物，只要能適用于鋅系電池即可。導(dǎo)電添加劑可 以為氟化鉀、碳酸鉀、氟化鋰鹽中的一種或多種。在一個(gè)實(shí)施例中，所述的基礎(chǔ)溶液為含有 導(dǎo)電添加劑的堿液，所述的導(dǎo)電添加劑為氟化鉀、碳酸鉀、氟化鋰一種或多種，濃度分別為 0~5mol/L，更優(yōu)選分別為氟化鉀0~2. 3mol/L、碳酸鉀0~2. 3mol/L、氟化鋰0~ lmol/L。
[0013] 優(yōu)選，所述的添加劑在電解液中占電解液總重量的5~50%。
[0014] 本發(fā)明還公開(kāi)了一種鋅系電池用電解液的制備方法，先將添加劑分別按比例稱(chēng)取 加入水中制成懸浮液，水與添加劑的重量比為2 : 1~5 : 1，然后將基礎(chǔ)溶液的組分，添加 到懸浮液中攪拌均勻即得所述的電解液。添加劑在電解液中占電解液總重量的5~50%， 攪拌均勻即得所述的電解液。
[0015] 本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，電解液的制備也可以是將添加劑分別按比例稱(chēng)取 后直接添加到事先制備好的基礎(chǔ)溶液中。
[0016] 在基礎(chǔ)溶液中加入CaO,CaO與水熟化反應(yīng)后，可以形成Ca(0H)2并使得溶液成懸 浮液。這種乳液狀或類(lèi)似于膠體的電解液形態(tài)有很強(qiáng)的水分保持能力，從而抑制了電池失 水；同時(shí)，由于沒(méi)有可以自由流動(dòng)的電解液，故而電極結(jié)構(gòu)在循環(huán)、使用過(guò)程中更為穩(wěn)定，電 池壽命更長(zhǎng)；另外，該電解液中的CaO、Ca(0H)2等在鋅系電池的充放電過(guò)程中，可以與Zn 形成難溶于堿的鋅酸鹽，從而保持電極結(jié)構(gòu)、減少鋅自放電、阻止失水，提高電池的循環(huán)壽 命。具體而言，液中大量CaO、Ca(0H)2的存在，使得Zn負(fù)極在充放電過(guò)程中可以與周?chē)?Ca(0H)2反應(yīng)形成溶解度更小的Ca(0H)2 ? 2Zn(0H)2 ? 2H20,從而抑制Zn(0H)2_4的遷移，增 加了電極的穩(wěn)定性，并提高電極的循環(huán)壽命。同時(shí)，配置電解液時(shí)，還加入少量的添加劑如 Ba(0H)2、Ca(0H)2以促進(jìn)形成鋅酸鋇、鋅酸鈣的形成，共同減少鋅電極的自放電與形變，提高 循環(huán)壽命。
【附圖說(shuō)明】
[0017] 圖1電解液配制工藝示意圖；
[0018] 其中：1、配膠容器A; 2、配膠容器B; 3、攪拌器；4、鋅鎳二次電池；5、注液口；
【具體實(shí)施方式】
[0019] 以下結(jié)合實(shí)施例與附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體實(shí)施說(shuō)明，但非限制本發(fā)明。
[0020] 實(shí)施例1
[0021] 結(jié)合附圖1，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在一只1. 6V120AH規(guī)格鋅鎳二次電池中加 入膠態(tài)電解液，另一只同規(guī)格鋅鎳電池中加入普通的電解液，進(jìn)行對(duì)比測(cè)試。膠態(tài)電解液的 具體配制方法為：
[0022] 如圖1，在配膠容器A(l)中將5份（重量份，下同）氧化鈣、5份氫氧化鋇、10份 氫氧化鈣加入到1〇〇份去離子水中，通過(guò)攪拌器（3)攪拌均勻形成懸浮液。將20份氫氧化 鉀、6份氫氧化鈉、1份氫氧化鋰置于配膠容器B(2)中。在攪拌器（3)的強(qiáng)烈攪拌條件下， 將容器1中的溶膠緩慢加入到配膠容器B(2)中，充分?jǐn)嚢枞芙夂蟮玫剿璧哪z態(tài)電解液， 然后，將所得的膠體型電解液通過(guò)電池注液口（5)加入到鋅鎳二次電池（4)中，為了使得膠 體充分浸潤(rùn)電池（4)的內(nèi)部，此時(shí)可以通過(guò)抽真空，分次加入電解液，電池編號(hào)為膠體1#。 同上所述，配置普通電解液，其唯一區(qū)別在于未加入氧化鈣，電解液成溶液狀，并將普通電 解液加入到同規(guī)格電池中，電池編號(hào)為普通1#。
[0023] 最后將所得的膠體電池和普通電池進(jìn)行內(nèi)阻、化成、循環(huán)、存儲(chǔ)性能等測(cè)試。詳細(xì) 結(jié)果如下表所示：
[0024]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種鋅系電池用電解液添加劑，其特征在于，所述的添加劑包括堿土金屬氧化物 和/或堿土金屬氫氧化物。
2. 權(quán)利要求1所述的電解液添加劑，其特征在于，所述的添加劑為氧化鈣、氫氧化鈣、 氫氧化鋇中一種或多種。
3. 權(quán)利要求2所述的電解液添加劑，其特征在于，所述的添加劑為氧化鈣、氫氧化鈣、 氫氧化鋇混合物，其中氧化鈣的重量份為10~40,氫氧化鈣重量份為O~10、氫氧化鋇的 重量比為0~7. 5。
4. 一種鋅系電池用電解液，其特征在于，所述的電解液包含權(quán)利要求1~3所述的添加 劑。
5. 權(quán)利要求4所述的電解液，其特征在于，所述的添加劑在電解液中占電解液總重量 的5~50%。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種鋅系電池用電解液添加劑，包括堿土金屬氧化物和／或堿土金屬氫氧化物。添加本發(fā)明添加劑的電解液具有較強(qiáng)的水分保持能力，即保水性好，從而抑制了鋅系電池的失水和析氫；同時(shí)電解液中的CaO、Ca(OH)2等在鋅系電池的充放電過(guò)程中，可以與Zn形成難溶于堿的鋅酸鹽，從而保持電極結(jié)構(gòu)、減少鋅自放電、阻止失水，提高電池的循環(huán)壽命。本發(fā)明還公開(kāi)了一種含有上述添加劑的電解液。
【IPC分類(lèi)】H01M10-0567
【公開(kāi)號(hào)】CN104868166
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410063278
【發(fā)明人】宋永江, 羅云峰
【申請(qǐng)人】常州優(yōu)特科新能源科技有限公司
【公開(kāi)日】2015年8月26日
【申請(qǐng)日】2014年2月25日