专利名称：复合无机碱性凝胶电解质的制备方法
复合无机碱性凝胶电解质的制备方法
技术领域：
本发明属于电池电解质技术领域，具体涉及一种复合无机碱性凝胶电解质。背景技术：
近年来，随着人们对环境保护的日益重视，镍锌、镍氢等碱性电池作为无污染的 “绿色电池”受到越来越多人的亲睐。特别是镍氢电池，具有高比能量，大电容，耐过充，可快速充放电，记忆效应小，因此被人们广泛使用。不同类型的电解质对电池容量，放电电压，使用寿命等方面都有影响。以往的碱性二次电池通常用KOH为主体的水溶液作为电解质，然而液体电解质有易泄露，加工封闭难，寿命短等缺点，使电池的性能受到很大的影响。凝胶电解质具有电解液不流动、不易泄露、可防止活性物质脱落、减少自放电、延长电池使用寿命等优点，其研究与应用受到了重视。无机凝胶(SiO2-H2SO4)是唯一的商业应用的无机凝胶电解质，现在铅酸电池中得到很好的应用。碱性无机或复合无机凝胶电解质具有SiO2-H2SO4 电解质某些共同特性，在凝胶电解质中添加纳米无机粒子不但可以使电解质具有很好的化学稳定性和电化学稳定性，而且具备很好的机械加工性能，因此能改善碱性电池及碱性二次电池的寿命和充放电性能。例如，Chiaki IwakuraSolid，The possible use of polymer gel electrolyte in nickel/metal hydride battery, State Ionics 148(2002)487-492 中把聚丙烯酸钾溶于KOH溶液制备的凝胶电解质具有几乎和KOH—样的高电导率，但粘度和导电性之间匹配性却存在问题。
发明内容本发明的目的在于克服现有技术中凝胶电解质的机械强度不好、电导率低之不足提供的一种复合无机碱性凝胶电解质的制备方法。本发明是通过以下技术方案来实现的一种复合无机碱性凝胶电解质的制备方法，它包括以下步骤1)称取KOH溶于适量水中配制成KOH溶液；2)向所述KOH溶液中缓慢加入有机聚合物，同时进行搅拌，形成透明粘稠的凝胶；3)将步骤2得到的透明粘稠的凝胶静置数小时，再称取纳米硅酸无机盐缓慢加入到透明粘稠的凝胶内，同时进行搅拌，静置，即可得到复合无机碱性凝胶电解质。下面对以上技术方案作进一步阐述进一步地，所述有机聚合物与所述纳米硅酸无机盐的质量比为1 0.3 1 2。进一步地，所述的有机聚合物为聚丙烯酸(钠)、聚乙烯醇及羧甲基纤维素的一种或者一种以上的混合物。进一步地，所述的有机聚合物为聚丙烯酸(钠)、聚乙烯醇及羧甲基纤维素的混合物，其中，聚丙烯酸(钠)、聚乙烯醇及羧甲基纤维素的质量配比为聚丙烯酸(钠)为 80% 100%，聚乙烯醇为0% 20%，羧甲基纤维素为0% 20%。进一步地，所述的有机聚合物的分子量在400万 1000万之间。
进一步地，所述的纳米硅酸无机盐为硅酸镁锂、硅酸镁钾、硅酸镁钠及硅酸铝锂的一种或者一种以上混合物。进一步地，所述的纳米硅酸无机盐颗粒粒径在1 IOOnm之间。本发明的有益效果在于其一、该方法制作的复合无机碱性凝胶电解质是由有机聚合物和纳米硅酸无机盐及KOH复合而成，有机聚合物和纳米硅酸无机盐的组分配比为 1 0.3 1 2。有机聚合物为聚丙烯酸(钠)，聚乙烯醇，羧甲基纤维素的一种或者一种以上混合物，它们的配比为聚丙烯酸(钠)80 % 100 %，聚乙烯醇0 % 20 %，羧甲基纤维素0% 20%。纳米硅酸无机盐为硅酸镁锂，硅酸镁钾，硅酸镁钠，硅酸铝锂的一种或者一种以上混合物，它们的粒径在Inm IOOnm之间。纳米硅酸无机盐，这种材料具有良好的亲水性，微小的纳米薄片在水溶液中能自行组装成三维多孔堆积结构，纳米孔隙内能储存大量的通过氢键吸附水分子。将该材料与有机聚合物复合，制备的复合凝胶电解质同时具有较好的力学性能和保液性能。其二、本发明制备方法简单，成本低廉，也无特殊工艺要求，工艺控制容易，因此可保证产品性能可靠、质量稳定。其三、利用本发明制备方法所得的复合无机碱性凝胶电解质性能优良，质量稳定， 能够改善碱性电池寿命和充放电性能。
图1为不同质量比的复合无机碱性凝胶电解质的电导率表； 图2为本发明复合无机碱性凝胶电解质的循环寿命曲线图； 图3为1 0.6复合无机碱性凝胶电解质IC充放电不同循环次数曲线； 图4为1 0. 6复合无机碱性凝胶电解质和6MK0H溶液IC第200次循环曲线。
具体实施方式下面结合实施例进一步说明所述的复合无机碱性凝胶电解质。以下用实施例对本电解质的发明做进一步说明，将有助于对本发明的电解质有进一步理解，本发明保护范围不受实施例的限制。实施例1按m (有机聚合物)m (氢氧化钾)=1 5称取，将氢氧化钾配制成30ml的 6mol/l溶液，将有机聚合物缓慢加入氢氧化钾溶液中，边加边搅拌，形成透明粘稠的凝胶， 静置数小时，然后按m(有机聚合物)m(纳米硅酸无机盐)=1 0.6的量缓慢加入纳米硅酸无机盐，边加边搅拌，静置，即可得到所述的凝胶电解质。实施例2按m (有机聚合物)m (氢氧化钾)=1 5称取，将氢氧化钾配制成30ml的 6mol/l溶液，将有机聚合物缓慢加入氢氧化钾溶液中，边加边搅拌，形成透明粘稠的凝胶， 静置数小时，然后按m(有机聚合物)m(纳米硅酸无机盐)=1 2的量缓慢加入纳米硅酸无机盐，边加边搅拌，静置，即可得到所述的凝胶电解质。用此法制备的复合无机碱性凝胶电解质具有较高的电导率，见图1，图1的表中的比值为有机聚合物与纳米硅酸无机盐的质量比。(不锈钢电极间距离L= 1.3cm，面积S =2*2c
在拥有较高电导率的同时，要兼顾复合无机凝胶电解质的机械强度。因此选用 m (有机聚合物)m (纳米硅酸无机盐)=1 0.6组装模拟MH/Ni电池进行充放电测试， 与此对比的是用商业隔膜的6MK0H溶液作为电解质。用此法制备的复合无机碱性凝胶电解质具有较好的循环寿命，见图2。图2中KOH溶液和1 0. 6复合无机碱性凝胶电解质IC循环寿命比较由图1可知，1 0.6复合无机凝胶电解质组装的电池与用6MK0H溶液商业隔膜组装的电池都具有较好的循环寿命，经过几次活化后效率稳定在95 %以上，说明所制备的复合复合无机碱性凝胶电解质具有很好的循环寿命。用此法制备的无机凝胶电解质具有较好的充放电性能，见图3及图4。由图3及图4可知，与6M KOH溶液作电解质比较，以复合无机碱性凝胶电解质组装的模拟MH/Ni电池充放电性能稳定，其中在第200次循环中以IC充放电二者的充电电压和放电平台差别不大。
权利要求
1.一种复合无机碱性凝胶电解质的制备方法，其特征在于它包括以下步骤1)称取KOH溶于适量水中配制成KOH溶液；2)向所述KOH溶液中缓慢加入有机聚合物，同时进行搅拌，形成透明粘稠的凝胶；3)将步骤2得到的透明粘稠的凝胶静置数小时，再称取纳米硅酸无机盐缓慢加入到透明粘稠的凝胶内，同时进行搅拌，静置，即可得到复合无机碱性凝胶电解质。
2.根据权利要求1所述的复合无机碱性凝胶电解质的制备方法，其特征在于所述有机聚合物与所述纳米硅酸无机盐的质量比为1 0.3 1 2。
3.根据权利要求1所述的复合无机碱性凝胶电解质的制备方法，其特征在于所述的有机聚合物为聚丙烯酸(钠)、聚乙烯醇及羧甲基纤维素的一种或者一种以上的混合物。
4.根据权利要求3所述的复合无机碱性凝胶电解质的制备方法，其特征在于所述的有机聚合物为聚丙烯酸(钠)、聚乙烯醇及羧甲基纤维素的混合物，其中，聚丙烯酸(钠)、 聚乙烯醇及羧甲基纤维素的质量配比为聚丙烯酸(钠)为80% 100%，聚乙烯醇为 0% 20%，羧甲基纤维素为0% 20%。
5.根据权利要求1所述的复合无机碱性凝胶电解质的制备方法，其特征在于所述的有机聚合物的分子量在400万 1000万之间。
6.根据权利要求1所述的复合无机碱性凝胶电解质的制备方法，其特征在于所述的纳米硅酸无机盐为硅酸镁锂、硅酸镁钾、硅酸镁钠及硅酸铝锂的一种或者一种以上混合物。
7.根据权利要求1所述的复合无机碱性凝胶电解质的制备方法，其特征在于所述的纳米硅酸无机盐颗粒粒径在1 IOOnm之间。
全文摘要
本发明涉及一种复合无机碱性凝胶电解质的制备方法，属于电池电解质技术领域。制备方法包括先将有机聚合物缓慢溶于KOH溶液中，静置数小时，然后将纳米硅酸无机盐缓慢加入溶解了聚合物的KOH溶液中，静置数小时，即得到复合无机碱性凝胶电解质。所制备的复合无机碱性凝胶电解质化学稳定性好，具有较高的离子电导率，较长的循环寿命，安全无泄露，低污染。制备方法简单，成本低，能够改善碱性电池和碱性二次电池的寿命和充放电性能。
文档编号H01M10/28GK102569915SQ20111037931
公开日2012年7月11日 申请日期2011年11月24日 优先权日2011年11月24日
发明者黄斯华 申请人:深圳市华圣达拉链有限公司