一种保护含钒化合物正极的水系锌离子电池电解及其用途制造技术

本发明专利技术提供了一种保护含钒化合物正极的水系锌离子电池电解液及其用途，所述水系锌离子电池电解液包括以下组分：可溶性锌盐、有机添加剂及水，所述有机添加剂为乙二醇、乙醇胺、乙醚、乙二醇二甲醚、乙腈、碳酸甲乙酯、碳酸丙烯酯、二甲基亚砜、磷酸三甲酯、磷酸三乙酯中的至少一种。本发明专利技术电解液中通过加入有机物改变了锌离子(Zn

【技术实现步骤摘要】
一种保护含钒化合物正极的水系锌离子电池电解及其用途


[0001]本专利技术涉及一种保护含钒化合物正极的水系锌离子电池电解及其用途。

技术介绍

[0002]能源是人类生存和发展的基础，而合理地开发和利用能源也是当今社会发展的一大战略。随着信息化社会的快速发展，锂离子电池已在储能器件中占据了主导地位，但其存在的诸如锂资源匮乏、制造成本高、有机电解液不安全等关键问题，限制了他们在大规模储能系统的应用。因此，需要开发更安全的可充电电池来作为锂离子电池的替代品。其中，水系可充电锌离子电池采用水性电解液，相较于有机体系电池来说，具有更高的安全性、更低的成本、更好的环境友好性，并且易于制造和回收。在性能上，由于锌电极电位为
‑
0.763V，理论质量比容量高达820mAh/g，体积比容量更是高达5855mAh/cm3(约为金属Li的3倍)，其高能量密度特性更有利于储能系统的轻量化和小型化；另外，由于水性电解液更高的离子电导率，从本质上其具有更为优异的高功率特性。因此，基于以上优势，锌离子电池在大规模储能系统的应用上具有明显的潜力。
[0003]然而，现今的水系锌离子电池还缺少好的正极材料与锌负极匹配。氧化钒基正极材料由于具有高放电比容量和长循环寿命而受到很多研究者的关注。尤其是层状结构的氧化钒基正极材料，为锌离子的脱嵌提供了快速的通道，从而容易实现快速充放电。此外，V元素在化合物中的多种价态性，使得氧化钒基材料在充放电过程中可以进行多价态V元素的转化，从而实现高的充放电比容量。然而，氧化钒基正极材料在电解液中存在溶解的情况，这导致了锌
‑
氧化钒电池性能变差，尤其是小电流条件下的循环稳定性很差。因此，急需开发一种抑制氧化钒基正极材料溶解的水系锌离子电池的电解液。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种保护含钒化合物正极的水系锌离子电池电解及其用途，该电解液能够有效地抑制正极材料的溶解，从而提升锌
‑
含钒化合物电池的循环稳定性。
[0005]为实现上述目的，所采取的技术方案：一种保护含钒化合物正极的水系锌离子电池电解液，包括以下组分：可溶性锌盐、有机添加剂及水，所述有机添加剂为乙二醇、乙醇胺、乙醚、乙二醇二甲醚、乙腈、碳酸甲乙酯、碳酸丙烯酯、二甲基亚砜、磷酸三甲酯、磷酸三乙酯中的至少一种。
[0006]优选地，所述有机添加剂为碳酸丙烯酯。
[0007]优选地，所述可溶性锌盐为三氟甲烷磺酸锌(Zn(OTf)2)、硫酸锌(ZnSO4)、氯化锌(ZnCl2)、醋酸锌(Zn(Ac)2)中的至少一种。
[0008]优选地，所述可溶性锌盐的浓度为0.1～4mol/L。
[0009]优选地，所述水与有机添加剂的体积比大于等于1:1。
[0010]优选地，所述水与有机添加剂的体积比为1:1
‑
19:1。更优选地，所述水与有机添加
剂的体积比为1:1
‑
4:1。更优选地，所述水与有机添加剂的体积比为4:1。
[0011]本专利技术提供了上述所述的水系锌离子电池电解液在制备锌
‑
含钒化合物电池中的用途。
[0012]本专利技术提供了一种水系锌
‑
含钒化合物电池，所述水系锌
‑
含钒化合物电池包括含钒化合物正极、锌负极和上述所述的水系锌离子电池电解液。
[0013]优选地，所述含钒化合物正极为NaV3O8·
1.5H2O或V2O5·
1.6H2O。
[0014]优选地，所述锌负极为锌箔。
[0015]有益效果：
[0016]本专利技术提供了一种保护含钒化合物正极的水系锌离子电池电解液，本专利技术电解液中通过加入有机物改变了锌离子(Zn
2+
)在电解液中的溶剂化结构，抑制了正极材料的溶解，保护了正极材料的结构。将本专利技术提供的水系电解液装配成锌
‑
氧化钒电池拥有良好的倍率性能和稳定的循环性能，特别是小电流条件下的循环稳定性，解决了水系锌
‑
含钒化合物电池在小电流充放电条件下性能普遍很差的问题，具备良好的产业化前景。
附图说明
[0017]图1为实施例1与对照例在100mA
·
g
‑1的电流密度下NaV3O8·
1.5H2O的循环性能。
[0018]图2为实施例1与对照例在200mA
·
g
‑1的电流密度下NaV3O8·
1.5H2O的循环性能。
[0019]图3为实施例1与对照例在2000mA
·
g
‑1的电流密度NaV3O8·
1.5H2O下的循环性能。
[0020]图4为实施例2与对照例在100mA
·
g
‑1的电流密度下V2O5·
1.6H2O的循环性能。
[0021]图5为实施例2与对照例在200mA
·
g
‑1的电流密度下V2O5·
1.6H2O的循环性能。
[0022]图6为实施例2与对照例在2000mA
·
g
‑1的电流密度V2O5·
1.6H2O下的循环性能。
[0023]图7为实施例3与对照例在100mA
·
g
‑1的电流密度下NaV3O8·
1.5H2O的循环性能。
[0024]图8为实施例4与对照例在100mA
·
g
‑1的电流密度下NaV3O8·
1.5H2O的循环性能。
具体实施方式
[0025]为更好的说明本专利技术的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本专利技术作进一步说明。
[0026]实施例中采用2032型扣式电池进行评测，全电池测试条件如下：极片直径为12mm的不锈钢网作为正极集流体，含钒化合物(NaV3O8·
1.5H2O、V2O5·
1.6H2O)为正极，直径为12mm、厚度为100μm的锌箔作为负极。电池测试条件如下：测试电流密度为100，200，2000mA
·
g
‑1。
[0027]每组实施例与相应对照例的唯一区别为实施例中包含有机物添加剂，而对照例中不含有机物添加剂。
[0028]实施例1
[0029]一种水系锌
‑
含钒化合物电池电解液，包括以下组分：可溶性锌盐、有机添加剂及水，可溶性锌盐为三氟甲烷磺酸锌(Zn(OTf)2)，溶剂为水，有机添加剂为碳酸丙烯酯。其配制方法为：按体积比将水(80V％)和碳酸丙烯酯(20V％)混合，然后加入Zn(OTf)2使其浓度为3mol
·
L
‑1。以负载量为1.5mg
·
cm
‑2的NaV3O8·
1.5H2O极片作为正极，电解液添加量为120μL，放电电流密度为100，200和200本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种保护含钒化合物正极的水系锌离子电池电解液，其特征在于，包括以下组分：可溶性锌盐、有机添加剂及水，所述有机添加剂为乙二醇、乙醇胺、乙醚、乙二醇二甲醚、乙腈、碳酸甲乙酯、碳酸丙烯酯、二甲基亚砜、磷酸三甲酯、磷酸三乙酯中的至少一种。2.根据权利要求1所述的水系锌离子电池电解液，其特征在于，所述有机添加剂为碳酸丙烯酯。3.根据权利要求1所述的水系锌离子电池电解液，其特征在于，所述可溶性锌盐为三氟甲烷磺酸锌、硫酸锌、氯化锌、醋酸锌中的至少一种。4.根据权利要求1所述的水系锌离子电池电解液，其特征在于，所述可溶性锌盐的浓度为0.1～4mol/L。5.根据权利要求1所述的水系锌离子电池电解液，其特征在于，所述水与有机添加剂的体积比大于等于1:1。6.根据权利要求1所述的水系锌离子电池电解液，其特征在于，所述水与有机添加剂的体积...

【专利技术属性】
技术研发人员：李成超，刘道晟，杨阳，张宇斐，叶明晖，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：