一种烷基糖苷类水系锌离子电池电解液及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于水系电池技术领域，具体涉及一种烷基糖苷类水系锌离子电池电解液及其制备方法和应用。所述电解液包括溶剂水、电解质和添加剂；所述添加剂为烷基糖苷。本发明专利技术电解液中添加了与锌离子和锌金属(002)晶面双重吸附功能的烷基糖苷添加剂，该添加剂不仅能够打破传统水系电解液中[Zn(H2O)6]

【技术实现步骤摘要】
一种烷基糖苷类水系锌离子电池电解液及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于水系电池
，具体涉及一种烷基糖苷类水系锌离子电池电解液及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]锌金属具有较高的理论容量(5855mAh cm
‑2和820mAh g
‑1)、较低的氧化还原电位 (与标准氢电极相比为
‑
0.76V)、较高的储量、水相容性和安全性，被选为水系电池的理想负极材料。电解液是锌离子电池的重要组成部分，对锌金属负极的电化学可逆性有重要影响。首先，电解液/电极界面局部电场分布的不均匀不可避免地会导致锌的无序沉积，形成锌枝晶，从而缩短电池的使用寿命，并带来其他问题。此外，传统的水系电解液中的锌离子以[Zn(H2O)6]2+
的形式存在。锌离子的溶剂化结构中的水分子具有化学活性，在电化学反应中容易在锌金属表面发生析氢，造成电极界面附近的pH值升高，腐蚀锌金属电极，从而生成绝缘副产物。
[0003]目前，在解决可充电电池金属负极中常见的枝晶生长和界面不稳定问题方面已经取得了显著的进展。然而，上述策略无法有效解决锌离子电池中独特的溶剂水副反应问题。针对这个问题，各种添加剂，如高浓度电解质盐、有机化合物、无机盐等，被引入电解液。然而，大多数添加剂存在价格高、危险性高和环境污染的问题，这与锌离子电池低成本和高安全的优势背道而驰。因此，寻找一种低成本、无毒、储量丰富的添加剂来优化锌离子电池电解液具有十分重要的意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对锌金属负极在锌离子电池水系电解液中易生长锌枝晶和发生析氢腐蚀反应，最终导致电池短路及循环寿命缩短等问题，提供了一种糖苷类水系锌离子电池的电解液添加剂。烷基糖苷在锌离子电池水系电解液中，不仅能够打破水合锌离子的溶剂鞘与锌离子结合，而且能够与锌金属中水平沉积的(002)晶面有更强的吸附作用。因此，在烷基糖苷添加剂的双重作用下，锌离子更容易在(002)晶面还原和沉积，避免锌枝晶的生成，而造成析氢腐蚀反应的水分子则很难到达锌金属表面，也就能够实现减少锌金属表面副产物和腐蚀反应的发生。因此，经烷基糖苷添加剂修饰的电解液使得锌离子电池的循环性能和抗腐蚀能力均有显著提高。同时，本专利技术还实现了生物质基烷基糖苷的高值化利用。
[0005]为实现上述目的，本专利技术技术方案如下：
[0006]本专利技术一方面提供一种烷基糖苷类水系锌离子电池电解液，所述电解液包括溶剂水、电解质和添加剂；所述添加剂为烷基糖苷，其结构通式如下表示：
[0007][0008]其中：n为聚合度，R为烷基。
[0009]上述技术方案中，进一步地，所述烷基糖苷中，聚合度n为1～3。
[0010]上述技术方案中，进一步地，所述烷基糖苷中，R为C8～C16的烷基。
[0011]上述技术方案中，进一步地，所述电解液中，添加剂的质量分数为0.01～30％。
[0012]上述技术方案中，进一步地，所述电解质为硫酸锌、氯化锌、三氟甲烷磺酸锌中的任意一种或两种以上的组合。
[0013]上述技术方案中，进一步地，所述电解液中，电解质的摩尔浓度为1～3mol/L。
[0014]本专利技术另一方面提供一种上述烷基糖苷类水系锌离子电池电解液的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0015](1)将电解质溶于溶剂水中，得到水系锌离子电池电解液；
[0016](2)将烷基糖苷添加剂溶于步骤(1)得到的水系锌离子电池电解液中，得到所述烷基糖苷类水系锌离子电池电解液。
[0017]本专利技术再一方面提供一种上述烷基糖苷类水系锌离子电池电解液在水系锌离子电池或锌离子电化学储能装置中的应用。
[0018]本专利技术的有益效果为：
[0019]本专利技术电解液中添加了与锌离子和锌金属(002)晶面双重吸附功能的烷基糖苷添加剂，该添加剂不仅能够打破传统水系电解液中[Zn(H2O)6]2+
的水鞘层与锌离子紧密结合，阻止了水分子与锌金属接触从而缓解了锌金属析氢腐蚀反应，而且还能够与锌金属(002)晶面有较(100)晶面高的多的吸附能，从而引导锌离子更多地在(002)晶面还原和沉积，而锌原子在锌金属(002)晶面主要水平生长，因此避免了锌枝晶的生成。
[0020]本专利技术电解液中添加的烷基糖苷添加剂具有抑制析氢腐蚀和枝晶生长的双重作用，在避免电池短路和提高电池循环寿命方面具有重要意义。
附图说明
[0021]图1为空白锌电极SEM形貌及XRD图，其中a为SEM形貌图，b为XRD图；
[0022]图2为对比例1锌电极在电解液中10天后的SEM形貌及XRD图，其中a为放大倍数为1000倍的SEM照片，b为放大倍数为30000的SEM照片，c为XRD图；
[0023]图3为实施例1锌电极在电解液中10天后的SEM形貌及XRD图，其中a为放大倍数为1000倍的SEM照片，b为放大倍数为30000的SEM照片，c为XRD图；
[0024]图4为对比例1锌电极在电解液中沉积后的SEM形貌图，其中a为放大倍数1000 倍，b为放大倍数30000倍；
[0025]图5为实施例1锌电极在电解液中沉积后的SEM形貌图，其中a为放大倍数1000 倍，
b为放大倍数30000倍；
[0026]图6为对比例1锌电极在电解液中的抗腐蚀曲线；
[0027]图7为实施例1锌电极在电解液中的抗腐蚀曲线；
[0028]图8为对比例1锌电极在电解液中的循环曲线；
[0029]图9为实施例1锌电极在电解液中的循环曲线。
具体实施方式
[0030]以下实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本专利技术，但不以任何方式限制本专利技术。
[0031]实施例1
[0032]将0.045g烷基糖苷添加剂(APG)(50％水溶液)溶于15g 2mol/L ZnSO4电解液中，配制成APG与ZnSO4质量比为0.15％的电解液。
[0033]1.锌片在含APG添加剂电解液中的浸泡实验
[0034]将锌金属极片置于含APG添加剂电解液中浸泡10天，浸泡后的SEM形貌及XRD，如图3a，b及c。锌电极表面平整无明显腐蚀现象，XRD图谱显示无副产物生成。
[0035]2.锌沉积形貌
[0036]将铜箔作为集流体置于含APG添加剂的电解液中进行锌沉积，沉积形貌如图5a， b。
[0037]3.抗腐蚀曲线的测试
[0038]用三电极体系，在含APG添加剂的电解液中进行抗腐蚀曲线LSV的测试，如图 7。
[0039]4.锌对称电池循环寿命测试
[0040]用含APG添加剂的电解液制备锌对称电池，测试循环寿命，如图9所示，循环寿命可达4000h。
[0041]对比例1
[0042]配制无添加剂的2mol/L ZnSO4电解液。
[0043]1.锌片在ZnSO4电解液中的浸泡实验
[0044]将本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种烷基糖苷类水系锌离子电池电解液，其特征在于：所述电解液包括溶剂水、电解质和添加剂；所述添加剂为烷基糖苷，其结构通式如下表示：其中：n为聚合度，R为烷基。2.根据权利要求1所述的烷基糖苷类水系锌离子电池电解液，其特征在于：所述烷基糖苷中，聚合度n为1～3。3.根据权利要求1所述的烷基糖苷类水系锌离子电池电解液，其特征在于：所述烷基糖苷中，R为C8～C16的烷基。4.根据权利要求1所述的烷基糖苷类水系锌离子电池电解液，其特征在于：所述电解液中，添加剂的质量分数为0.01～30％。5.根据权利要求1所述的烷基糖苷类水系锌离子电池电解液，其特征在于：所述电解质为硫酸锌、氯化锌、三氟甲烷磺酸锌...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙润仓，宿婷婷，任文锋，
申请(专利权)人：大连工业大学，
类型：发明
国别省市：