一种水系锌离子电池赝高浓度电解液制造技术

本发明专利技术公开了一种水系锌离子电池赝高浓度电解液，所述水系锌离子电池赝高浓度电解液为添加有聚丙烯酰胺的含锌离子盐溶液。本发明专利技术的赝高浓度电解液，可以减少由高浓度盐包水电解液的高成本、高毒性问题，同时仍然具有较高的锌离子电导率。另外，由于减少了电解液中涡流的问题，并且抑制了水的活性，还减少了副反应的发生，保护锌负极的同时抑制正极材料的溶解，从而提高电池的循环性能。从而提高电池的循环性能。从而提高电池的循环性能。

【技术实现步骤摘要】
一种水系锌离子电池赝高浓度电解液


[0001]本专利技术属于水系锌离子电池电解液
，具体涉及一种水系锌离子电池赝高浓度电解液。

技术介绍

[0002]水系锌离子电池利用水作为金属盐的溶剂，相比于有机高分子体系溶剂，更加绿色环保，但是水作为溶剂，也存在非常巨大的问题。由于水的分解电位过低，并且在金属盐的情况下水解而导致弱酸性的环境。因此对于锌负极而言，存在着严重的腐蚀问题，氧化问题，枝晶生长问题等等；对于正极而言，材料的溶解问题(例如钒溶解、锰溶解等)尤其严重。另外，由于水活性较高，可能与正负极发生严重的副反应。水体系固有的问题阻碍了水系锌离子电池的进一步发展。想要推进水系锌离子电池的进一步发展，如何稳定和改善水体系环境是非常关键的一环。
[0003]水系锌离子电池，相比于锂锌离子电池，价格低廉是其最明显的优势，特别适合大规模的储能体系。但是在水系锌离子电池中，高浓度电解液由于其昂贵和毒性和正极材料的溶解与性能下降限制了锌离子电池的大规模应用。因此，如何寻找替代的电解液是水系锌离子电池发展中的一个重要问题。

技术实现思路

[0004]针对现有水系锌离子电池存在的不足，本专利技术的目的是在于提供一种水系锌离子赝高浓度电解液，可以明显抑制正极的溶解问题，降低高浓度盐的成本，保证电池性能的稳定性。
[0005]为了实现上述技术目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种水系锌离子电池赝高浓度电解液，为添加有聚丙烯酰胺的含锌离子盐溶液。
[0007]优选的方案，所述聚丙烯酰胺与含锌离子盐溶液的质量体积比为0.1
‑
1g：10ml，锌离子的浓度为0.5
‑
2mol/L。
[0008]优选的方案，所述含锌离子盐溶液中还含有铝离子、铜离子、镁离子、锂离子和钠离子中的至少一种。
[0009]优选的方案，所述含锌离子盐溶液为锌离子的硫酸盐、高氯酸盐、三氟甲基磺酸盐、氯盐和硝酸盐溶液中的至少一种。
[0010]专利技术人发现，本专利技术以聚丙烯酰胺作为特定的添加剂，电解液体系粘度增加，粘度的增加会导致电解液电导率有一些下降，但是同时也带来更好的好处，就是正极材料的稳定性有明显提升。聚丙烯酰胺作为一种线性高分子聚合物，其在负极表面附近积累，可以抑制锌枝晶生长，同时溶液呈现粘稠现象，在负极表面的不稳定湍流减少，酰胺基团对锌离子也有一定吸附作用，可以促进锌离子的传输和均匀沉积，因此也表现出微量聚丙烯酰胺的添加对电导率影响较小。而在正极一侧，对于正极材料结构溶解有明显抑制作用。在电池的循环曲线中，可以看出电池的循环性能有着明显提升，容量下降率较低，并且拥有更高的放
电平台。
[0011]本专利技术的赝高浓度电解液，可以减少由高浓度盐包水电解液的高成本、高毒性问题，同时仍然具有较高的锌离子电导率。另外，由于减少了电解液中涡流的问题，并且抑制了水的活性，还减少了副反应的发生，保护锌负极的同时抑制正极材料的溶解，从而提高电池的循环性能。
[0012]本专利技术与现有技术相比，具有如下优点：
[0013](1)赝高浓度电解液具有高粘度，可以减少电解液涡流的问题，并且仍有大量水分子提供足够的锌离子电导率
[0014](2)由于赝高浓度电解液的有机高分子聚合物与离子的相互作用，可以降低水分子的活性，从而抑制锌负极的副反应发生。
[0015](3)聚丙烯酰胺还可以抑制正极材料的溶解问题，提高正极材料的稳定性。
附图说明
[0016]图1为实施例1中的赝高浓度电解液的锌对称电池；
[0017]图2为实施例1中的赝高浓度电解液(5％)和对比例1中的液态电解液(0％)用磷酸铁锂做正极的25℃下电流密度0.5Ag
‑1的性能对比图(a)、25℃下电流密度0.1A g
‑1的性能对比图(b)、用不锈钢作对电极的电化学阻抗对比图(c)和容量电压对比图(d)；
[0018]图3为实施例1中的赝高浓度电解液(5％)和对比例1中的液态电解液(0％)的磷酸铁锂
‑
锌全电池CV曲线对比图；
[0019]图4为实施例1中的赝高浓度电解液高负载量性能图；
[0020]图5为对比例2中的赝高浓度电解液的利用磷酸铁锂作为正极的0.5Ag
‑1的性能图。
具体实施方式
[0021]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的说明，本专利技术所述原料均通过商业途径获得，本专利技术所述制备方法如无特殊说明均为本领域常规制备方法，以下实施例旨在说明本专利技术而不是对本专利技术的进一步限定。
[0022]实施例1
[0023](1)准备0.5g聚丙烯酰胺；
[0024](2)取硫酸锌和硫酸锂溶于去锌离子水中，制备成锌离子和锂锌离子浓度分别为1mol L
‑1、2mol L
‑1的混合盐溶液；
[0025](3)将聚丙烯酰胺和混合盐溶液按照质量体积比为0.5g：10mL混合均匀得到赝高浓度电解液。
[0026]如图1所示，为实施例1中的锌对称电池，表明其可以支持锌负极的循环。
[0027]如图2所示，为实施例1中的赝高浓度电解液和对比例1中的液态电解液，采用了磷酸铁锂作正极的25℃下电流密度0.5Ag
‑1的性能对比图(a)、25℃下电流密度0.1Ag
‑1的性能对比图(b)、用不锈钢作对电极的电化学阻抗对比图(c)和容量电压对比图(d)。在25℃和0.5Ag
‑1电流密度下，液态电解液(0％聚丙烯酰胺)的初始容量为120mAh g
‑1，200次循环后，容量下降为40mAh g
‑1，容量保持率为33.3％。而赝高浓度电解液的容量由初始110mAh g
‑1经过100次循环，容量下降为97mAh g
‑1，容量保持率为88％。在0.1Ag
‑1电流密度下，赝高浓
度电解液的平均容量为120mAh g
‑1，而液态电解液为115mAh g
‑1。说明赝高浓度电解液可以提供高容量的同时抑制容量衰减。对比电导率，加入聚丙烯酰胺后得到的赝高浓度电解液的电导率仅有微小的下降，表明了其仍具有优异的锌离子传导性能。并且在容量电压曲线中，赝高浓度电解液的平均放电电压为1.12V，而液态电解液的放电电压仅有1.08V，因此赝高浓度电解液具有更高的放电电压和放电容量。
[0028]如图3所示，实施例1中的赝高浓度电解液(5％)和对比例1中的液态电解液(0％)的磷酸铁锂
‑
锌全电池CV曲线对比图，可以看出赝高浓度电解液具有更稳定的CV曲线，表明赝高浓度电解液(5％)具有更好的循环性能，同时峰的高度更高表明其反应具有更好的可逆性。
[0029]如图4所示，为实施例1中的赝高浓度电解液的高负载量循环性能图，在0.2Ag
‑1电流密度下，初始容量可达0.4mAh，经历100次循环，仍有0.3mAh的容量，说明赝高浓度电解液可以用于大电池测试，且可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水系锌离子电池赝高浓度电解液，其特征在于：所述水系锌离子电池赝高浓度电解液为添加有聚丙烯酰胺的含锌离子盐溶液。2.根据权利要求1所述的水系锌离子电池赝高浓度电解液，其特征在于：所述聚丙烯酰胺与含锌离子盐溶液的质量体积比为0.1
‑
1g：10ml，锌离子的浓度为0.5
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：方国赵，宋叶鑫，刘哲轩，梁叔全，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：