本發(fā)明涉及到新能源領(lǐng)域，特別是涉及到一種鋁空氣電池電解液、鋁空氣電池及其制作方法。

背景技術(shù)：

金屬空氣電池是新一代綠色蓄電池，它制造成本低、比能量高、原材料可回收利用，性能優(yōu)越。目前研究較多的金屬空氣電池有鋅空氣電池、鋁空氣電池和鋰空氣電池等。在電位序中，鋁比鋅更活潑，可以獲得較高的電池電壓；一個(gè)鋁原子可以釋放出三個(gè)電子，鋁可提高電池的能量；此外，鋁儲量豐富、價(jià)格低廉，故鋁空氣電池的研究進(jìn)展十分迅速，是一種很有發(fā)展前途的空氣電池。

鋁空氣電池，是以鋁與空氣作為電池材料的一種新型電池。鋁作為空氣電池的陽極材料有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：電化學(xué)當(dāng)量高，鋁的電化學(xué)當(dāng)量為2980a·h/kg，為除鋰外最高的金屬；電極電位較負(fù)，在堿性溶液中其標(biāo)準(zhǔn)電極電位為-2.35v(vs.she)，對陽極材料來說，電位越負(fù)越好，電池能提供更大的電動勢；鋁的資源豐富，價(jià)格低廉。目前，空氣電池用鋁陽極材料存在的首要問題是：鋁在堿性溶液中自腐蝕很嚴(yán)重，造成陽極利用率大大降低，阻礙了鋁空氣電池的商業(yè)化應(yīng)用。研究人員通過微合金化開發(fā)出新型鋁陽極材料，以及添加相應(yīng)的電解液緩蝕劑，可減小鋁的自腐蝕速率。鋁空氣電池陽極材料常用的合金化元素主要有鋅、鎂、稼、銦、錫、鉛、汞、鉍等。這些元素添加到鋁中形成三元、四元等多元合金。

鋁空氣電池由鋁陽極、空氣陰極和電解液組成；在放電過程中，空氣中的氧氣通過空氣陰極進(jìn)入電解液到達(dá)反應(yīng)界面發(fā)生還原反應(yīng)而釋放出電能。電解液一般為堿性溶液，如氫氧化鉀溶液或氫氧化鈉溶液，但，因鋁在強(qiáng)堿性溶液中的自腐蝕速率很大，使陽極利用率低；亦有使用中性的氯化鈉溶液，但，其作為溶液時(shí)電導(dǎo)率低導(dǎo)致電池電壓的低。因此，為解決以上問題通常使用緩蝕劑使鋁在強(qiáng)堿性溶液中的自腐蝕速率降低?，F(xiàn)有技術(shù)中，普遍使用的多是無機(jī)緩蝕劑，如nasno3、in(oh)3、ga(oh)3、k2mno4等。大多數(shù)的無機(jī)緩蝕劑雖然能夠一定程度上減小鋁陽極所用鋁合金材料的自腐蝕速率，但往往是以犧牲陽極活性為代價(jià)的；且無機(jī)腐蝕劑多為化學(xué)合成，制備成本高，價(jià)格昂貴，某些組分可能會造成環(huán)境污染，對人類有一定的毒害作用，不符合環(huán)保要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的為提供一種鋁空氣電池電解液，以解決降低電解液堿性的同時(shí)保持電導(dǎo)率的問題。

本發(fā)明提出一種鋁空氣電池電解液，包括氫氧化鉀、無機(jī)溶劑、氫氧化鋰、緩蝕劑、穩(wěn)定劑、增稠劑，

其中，氫氧化鉀的質(zhì)量為上述電解液總質(zhì)量的1～10％，氫氧化鋰的質(zhì)量為上述電解液總質(zhì)量的0.1～5％。

進(jìn)一步地，上述的鋁空氣電池電解液，上述緩蝕劑為季銨陽離子羧甲基纖維素醚、長鏈烷基羧甲基纖維素醚、葡萄糖、錫酸鹽、硫代硫酸鈉、稀土三氯化鈰、偏釩酸鈉、油酸鈉中的一種或多種。

進(jìn)一步地，上述的鋁空氣電池電解液，上述增稠劑為甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素、羧甲基纖維素鈉、羧甲基纖維素醚、羥乙基纖維素中的一種。

進(jìn)一步地，上述的鋁空氣電池電解液，上述穩(wěn)定劑異丙醇、丁二醇、乙二醇、乙醇中的一種或多種。

進(jìn)一步地，上述的鋁空氣電池電解液，上述無機(jī)溶劑為純凈水。

進(jìn)一步地，上述的鋁空氣電池電解液，上述緩蝕劑的質(zhì)量為上述電解液總質(zhì)量的0.2～1％。

進(jìn)一步地，上述的鋁空氣電池電解液，上述穩(wěn)定劑的質(zhì)量為上述電解液總質(zhì)量的0.2～1％。

進(jìn)一步地，上述的鋁空氣電池電解液，上述增稠劑的質(zhì)量為上述電解液總質(zhì)量的0.2～1％。

本發(fā)明提供一種鋁空氣電池，包括任意一項(xiàng)上述的鋁空氣電池電解液。

本發(fā)明提供一種鋁空氣電池的制作方法，鋁空氣電池包括正極件、負(fù)極件、隔離膜、電解液和外殼，上述制作方法包括以下步驟：

制備電解液：將質(zhì)量相當(dāng)于電解液總質(zhì)量1～10％的氫氧化鉀、質(zhì)量相當(dāng)于上述電解液總質(zhì)量0.1～5％的氫氧化鋰溶于水中；然后分別將質(zhì)量相當(dāng)于上述電解液總質(zhì)量的0.2～1％的異丙醇和丁二醇混合物溶于水中；最后將質(zhì)量相當(dāng)于上述電解液總質(zhì)量的0.2～1％的羧甲基纖維素醚溶于水中；攪拌后制得上述電解液；

預(yù)處理負(fù)極件：將緩蝕劑均勻涂敷在上述負(fù)極件的表面；

制備電芯：將上述正極件、負(fù)極件和隔離膜以卷繞方式制成電芯；

組裝電池：將電芯置入外殼后灌注上述電解液，經(jīng)化成工藝制成上述鋁空氣電池。

本發(fā)明的鋁空氣電池電解液、鋁空氣電池及其制作方法，其電解液通過使用氫氧化鋰與氫氧化鉀的混合溶液降低了電解液的堿性，減低了金屬鋁電極的自腐蝕速率，還保證了電導(dǎo)率的穩(wěn)定，通過錫酸鹽和葡萄糖的混合液作為緩蝕劑，減低了無機(jī)緩蝕劑的使用，從而減低生產(chǎn)成本。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的鋁空氣電池的制作方法的流程示意圖；

圖2為本發(fā)明一實(shí)施例的鋁空氣電池的制作方法的負(fù)極件預(yù)處理流程示意圖；

圖3為本發(fā)明一實(shí)施例的鋁空氣電池與現(xiàn)有技術(shù)產(chǎn)品的的參數(shù)對比圖。

本發(fā)明目的的實(shí)現(xiàn)、功能特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)將結(jié)合實(shí)施例，參照附圖做進(jìn)一步說明。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

另外，各個(gè)實(shí)施例之間的技術(shù)方案可以相互結(jié)合，但是必須是以本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)為基礎(chǔ)，當(dāng)技術(shù)方案的結(jié)合出現(xiàn)相互矛盾或無法實(shí)現(xiàn)時(shí)應(yīng)當(dāng)認(rèn)為這種技術(shù)方案的結(jié)合不存在，也不在本發(fā)明要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。

參照圖1，在本發(fā)明實(shí)施例中，本發(fā)明提供一種鋁空氣電池電解液，包括氫氧化鉀、無機(jī)溶劑、氫氧化鋰、緩蝕劑、穩(wěn)定劑、增稠劑，

其中，氫氧化鉀的質(zhì)量為上述電解液總質(zhì)量的1～10％，氫氧化鋰的質(zhì)量為上述電解液總質(zhì)量的0.1～5％。

表1

電導(dǎo)率單位s/cm，測試溫度18度。從上述表1可以看出在相同溶質(zhì)含量的電解液中，氫氧化鉀和氫氧化鋰混合液的電導(dǎo)率均比以其余三種物質(zhì)為溶質(zhì)時(shí)的電解液高，由于氫氧化鉀和氫氧化鋰均為堿性物質(zhì)，因此，其含量越高鋁電極的自腐蝕越強(qiáng)，且上述氫氧化鉀和氫氧化鋰混合液當(dāng)含量到達(dá)15％后，電導(dǎo)率的增長趨勢明顯地放緩，因此，上述電解液中氫氧化鋰和氫氧化鉀的總含量在1.1～15％之間。

在本實(shí)施例中，上述的鋁空氣電池電解液，上述緩蝕劑為季銨陽離子羧甲基纖維素醚、長鏈烷基羧甲基纖維素醚、葡萄糖、錫酸鹽、硫代硫酸鈉、稀土三氯化鈰、偏釩酸鈉、油酸鈉中的一種或多種，其中，在本發(fā)明實(shí)施例中，優(yōu)選的為葡萄糖和錫酸鹽混合使用，葡萄糖為天然有機(jī)物獲取容易、成本低、無毒無害加工時(shí)的危險(xiǎn)性低，錫酸鹽有良好的導(dǎo)電性對鋁電極的電導(dǎo)率影響較小。

表2

從上述表2可以看出在相同溶質(zhì)含量的電解液中，稀土三氯化鈰對電導(dǎo)率的影響最小，葡萄糖和錫酸鉀的混合液、季銨陽離子羧甲基纖維素醚和長鏈烷基羧甲基纖維素醚對電導(dǎo)率的影響次之，但，在考慮生產(chǎn)成本的條件下，稀土三氯化鈰的成本非常高，季銨陽離子羧甲基纖維素醚和長鏈烷基羧甲基纖維素醚均比葡萄糖和錫酸鉀的價(jià)格高，因此，選擇葡萄糖和錫酸鉀作為本實(shí)施例的緩蝕劑。

在本實(shí)施例中，上述的鋁空氣電池電解液，上述增稠劑為甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素、羧甲基纖維素鈉、羧甲基纖維素醚、羥乙基纖維素中的一種。

表3

從上述表3可以看出在相同溶質(zhì)含量的電解液中，羧甲基纖維素醚的黏度為4200，是次一級的羥丙基甲基纖維素、羧甲基纖維素鈉黏度的3倍或以上，因此，在本發(fā)明實(shí)施例中，優(yōu)選的增稠劑為羧甲基纖維素醚。

在本實(shí)施例中，上述的鋁空氣電池電解液，上述穩(wěn)定劑異丙醇、丁二醇、乙二醇、乙醇中的一種或多種，其中，在本發(fā)明實(shí)施例中，優(yōu)選為異丙醇和丁二醇的混合液，異丙醇價(jià)格低廉，且具有比乙醇跟高的親油性物質(zhì)的溶解力，并具備抗凍的作用。

在本實(shí)施例中，上述的鋁空氣電池電解液，上述無機(jī)溶劑為純凈水，一般為。

在本實(shí)施例中，上述的鋁空氣電池電解液，上述緩蝕劑的質(zhì)量為上述電解液總質(zhì)量的0.2～1％。

在本實(shí)施例中，上述的鋁空氣電池電解液，上述穩(wěn)定劑的質(zhì)量為上述電解液總質(zhì)量的0.2～1％。

在本實(shí)施例中，上述的鋁空氣電池電解液，上述增稠劑的質(zhì)量為上述電解液總質(zhì)量的0.2～1％。

一種鋁空氣電池，包括任意一項(xiàng)上述的鋁空氣電池電解液。

參照圖1～2，一種鋁空氣電池的制作方法，鋁空氣電池包括正極件、負(fù)極件、隔離膜、電解液和外殼，上述制作方法包括以下步驟：

s1、制備電解液：將質(zhì)量相當(dāng)于電解液總質(zhì)量1～10％的氫氧化鉀、質(zhì)量相當(dāng)于上述電解液總質(zhì)量0.1～5％的氫氧化鋰溶于水中；然后分別將質(zhì)量相當(dāng)于上述電解液總質(zhì)量的0.2～1％的異丙醇和丁二醇混合物溶于水中；最后將質(zhì)量相當(dāng)于上述電解液總質(zhì)量的0.2～1％的羧甲基纖維素醚溶于水中；攪拌后制得上述電解液；

s2、預(yù)處理負(fù)極件：將緩蝕劑均勻涂敷在上述正極件的表面；

s3、制備電芯：將上述正極件、負(fù)極件和隔離膜以卷繞方式制成電芯；

s4、組裝電池：將電芯置入外殼后灌注上述電解液，經(jīng)化成工藝制成上述鋁空氣電池。

如上述步驟s1，將質(zhì)量相當(dāng)于電解液總質(zhì)量1～10％的氫氧化鉀、質(zhì)量相當(dāng)于上述電解液總質(zhì)量0.1～5％的氫氧化鋰溶于水中；然后分別將質(zhì)量相當(dāng)于上述電解液總質(zhì)量的0.2～1％的異丙醇和丁二醇混合物溶于水中；最后將質(zhì)量相當(dāng)于上述電解液總質(zhì)量的0.2～1％的羧甲基纖維素醚溶于水中；攪拌后制得上述電解液；其中，上述攪拌時(shí)間一般為3-10分鐘，優(yōu)選為4-6分鐘，攪拌溫度一般為20℃-60℃，優(yōu)選為25-35℃。

如上述步驟s2，預(yù)處理負(fù)極件：將緩蝕劑均勻涂敷在經(jīng)過預(yù)處理的上述負(fù)極件的表面，進(jìn)行減緩電池在電解液內(nèi)的自腐蝕，其中，預(yù)處理還包括以下步驟：

a1、對鋁合金棒進(jìn)行裁切至上述負(fù)極件所需目標(biāo)尺寸大小，在發(fā)明實(shí)施例中，上述負(fù)極件的尺寸優(yōu)選為；

a2、對裁切后的鋁合金棒進(jìn)行打磨；

a3、對經(jīng)打磨好的鋁合金棒進(jìn)行去油污處理和酸洗，其中，在發(fā)明實(shí)施例中，油污清洗劑一般為，優(yōu)選為，酸洗劑一般為，優(yōu)選為；

a4、用去離子水對經(jīng)上述步驟加工后的鋁合金棒進(jìn)行清洗及干燥處理，從而得到上述負(fù)極件。

如上述步驟s3，制備電芯：將正極件、隔離膜和經(jīng)上述步驟s2處理過后的負(fù)極件進(jìn)行組裝制成電芯，其中，正極件是空氣中氧氣的反應(yīng)場所，具有透氣、導(dǎo)電、防水、抗腐蝕及催化作用，也常叫做空氣電極。空氣電極一般由多孔催化層、導(dǎo)電集流體和防水透氣層三層結(jié)構(gòu)組成：多孔催化層是氧氣被還原的主要場所，擴(kuò)散進(jìn)入的氧氣、氧還原催化劑與薄層電解液在交界處形成三相界面電化學(xué)活性位點(diǎn)；導(dǎo)電集流體主要起導(dǎo)電和機(jī)械支撐的作用；防水透氣層具有疏松多孔憎水的結(jié)構(gòu)，既為催化層提供反應(yīng)所需的氣體，又防止電解液將氣體擴(kuò)散通道淹沒。催化層是空氣電極的關(guān)鍵部分，對其電化學(xué)性能起著決定性的作用，鋁空氣電池的性能很大程度上取決于所選用的陰極催化劑?？諝怆姌O性能又能直接影響電極反應(yīng)平衡，因此，提升其性能可以在一定程度上提高鋁空氣電池負(fù)極的利用率，抑制負(fù)極鋁的自腐蝕，常用的鋁空氣電池催化劑一般包括以下種類：

貴金屬催化劑：常用的是鉑和銀，其催化活性高性能比較穩(wěn)定，但是由于價(jià)格比較昂貴且資源短缺所以可采用率不高。

金屬大環(huán)化合物催化劑：有機(jī)金屬大環(huán)化合物對氧氣還原有良好的催化活性，特別是當(dāng)它們吸附在大表面積碳上時(shí)。且它們的活性和穩(wěn)定性可通過熱處理得到顯著提高。因此可望代替貴金屬氧氣還原催化劑。常見的金屬大環(huán)化合物的合成方法有熱分解法和前驅(qū)體制備法。但是由于熱分解法的熱處理過程會導(dǎo)致金屬大環(huán)化合物與碳基體發(fā)生反應(yīng)，前驅(qū)體法制備的催化劑活性差，所以應(yīng)用也存在有一定問題。

鈣鈦礦型氧化物催化劑：鈣鈦礦型氧化物對氧氣的還原和析出具有較高的催化活性，且價(jià)格低廉，因此在鋁空氣電池和燃料電池中具有廣闊的應(yīng)用前景。現(xiàn)在的對鈣鈦礦氧電極催化劑的研究主要集中在改進(jìn)制備方法和尋找新的取代元素以提高催化性能。無定形前軀體法，特別是蘋果酸前軀體法，能制備出晶粒細(xì)小、大比表面積的鈣鈦礦氧化物，從而大大提高它們的催化活性，是目前較好的制備鈣鈦礦氧化物的方法。

廉價(jià)催化劑：最主要的代表是二氧化錳催化劑，它的最大優(yōu)勢在于原料豐富、成本低廉可廣泛應(yīng)用于水性或非水性電解液的電池，但是單一的二氧化錳電催化活性有一定限制，所以人們在這方面的研究從來沒有停止。

ab2o4尖晶石型氧化物催化劑：尖晶石的晶格為面心立方。單位晶胞中有32個(gè)密堆積的02-離子，64個(gè)四面體空隙和32個(gè)八面體空隙被金屬離子占據(jù)。尖晶石的脫水活性與b離子位于四面體空隙的分?jǐn)?shù)有關(guān)，分?jǐn)?shù)越大，催化劑表面酸性增加，脫水活性增大，一般鋁空氣電池不采用這種催化劑。

其他金屬及合金催化劑：鎳相對便宜，并且在堿性電解質(zhì)中陽極極化條件下有很高的耐腐蝕性，同時(shí)在金屬元素中鎳的析氧效率是最高的，所以傳統(tǒng)上用鎳作為堿性水電解陽極材料。還經(jīng)常采用鎳鐵、鎳鈷等合金催化劑，它們有很好的催化活性和耐腐蝕性，也是鋁空氣電池的一個(gè)可考慮的催化劑方向。

復(fù)合催化劑：將兩種或兩種以上的催化劑復(fù)合在一起來更好地提高鋁空氣電池的空氣電極的催化活性。電極制作方法加催化劑粉末涂布在泡沫鎳上，用少量粘結(jié)劑固化，壓實(shí)得到極片。

如上述步驟s4，組裝電池：將制成的鋁空氣電池電芯轉(zhuǎn)入指定規(guī)格的外殼內(nèi)，并灌注上述電解液，后經(jīng)化成等工藝后制成上述鋁空氣電池，其中，上述外殼一般包括鋼殼、塑料殼和高分子聚合物材料殼，在本發(fā)明實(shí)施例中，優(yōu)選為塑料殼，其中，在本發(fā)明實(shí)施例中，制得的上述鋁空氣電池規(guī)格為1120ah，放電壓1.0-2.0v，體積1.5立方分米。

參照圖3，本發(fā)明的鋁空氣電池電解液、鋁空氣電池及其制作方法，其電解液通過使用氫氧化鋰與氫氧化鉀的混合溶液降低了電解液的堿性，減低了金屬鋁電極的自腐蝕速率，還保證了電導(dǎo)率的穩(wěn)定，通過錫酸鹽和葡萄糖的混合液作為緩蝕劑，減低了無機(jī)緩蝕劑的使用，從而減低生產(chǎn)成本

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。