锌金属电池的自除氧电解液添加剂、电解液和锌金属电池制造技术

本发明专利技术提供了一种锌金属电池的自除氧电解液添加剂，所述自除氧电解液添加剂的氧化还原电位位于锌金属氧化还原电位和氧气氧化还原电位之间，且在电解液中浓度为0.1mM～10mM；所述电解液中包括水。本申请还提供了一种锌金属电池的电解液和一种锌金属电池。本申请提供了一种锌金属电池的自除氧电解液添加剂，其可有效缓解由溶解氧所引发的腐蚀问题，提升锌金属负极的循环稳定性，且自除氧电解液添加剂在锌金属电池中即时装配，即时生效，使锌金属电池可在空气中简易装配。池可在空气中简易装配。

【技术实现步骤摘要】
锌金属电池的自除氧电解液添加剂、电解液和锌金属电池


[0001]本专利技术涉及储能
，尤其涉及锌金属电池的自除氧电解液添加剂、电解液和锌金属电池。

技术介绍

[0002]锌金属电池的电解液含有水、负极为锌金属，可在空气中直接组装，具有装配简易、环境友好以及成本低等优势。然而，在空气中进行锌金属电池简易装配的同时，空气中的氧气会溶解进入电解液并达到饱和状态。由于氧气具有较强氧化性，其在电解液中会直接与锌金属反应，加剧腐蚀并造成大量疏松绝缘的副产物累积，降低锌负极稳定性，影响电池循环寿命。
[0003]为减少溶解氧引发腐蚀，提升锌金属电池的循环稳定性，电解液除氧势在必行。目前针对电解液中溶解氧的去除技术主要可分为物理方法和化学方法两种：物理除氧，如向电解液中通惰性气体、煮沸、超声等；化学除氧主要为向电解液中加入还原性物质作为除氧剂。
[0004]物理除氧的主要原理在于降低氧气在电解液中的溶解度。向电解液中通入惰性气体，利用亨利定律，通过降低电解液液面上方的氧气分压降低氧气在电解液中的溶解度，达到除氧目的；煮沸则利用氧气溶解度随温度的变化关系实现，随温度升高，氧气在电解液中的溶解度下降，从而达到排出溶解氧的目的；亦有研究人员通过将电解液调整至高浓状态，通过降低自由水含量来降低溶解氧的溶解度以及扩散系数；超声除氧主要基于声空化原理，使液体中局部压力降低而在微小的气核周围形成气泡或空腔，其随声压变化作强烈生长和闭合运动，直至最后崩溃，气体从气泡中逸出，从而实现脱氧。
[0005]化学除氧主要通过溶解氧的还原反应实现。目前常规化学除氧技术为向电解液中加入还原性物质，常温下将溶解氧还原，从而达到降低电解液溶解氧含量的效果。需要指出的是，此类除氧剂需保证反应的产物不会对电池的电化学性能等造成不利影响。
[0006]以上所介绍的物理除氧手段通常具有耗时、耗能、成本高、操作复杂以及除氧不完全等缺点，并不适合商业化应用；而上述化学除氧虽然在一定程度上克服了物理除氧的缺点，但不同化学除氧剂在不同电解液中的添加量需摸索。此外，以上所介绍方法均为一次性除氧技术，除氧后的电解液均需在空气中密封保存以防止空气中氧气再次溶解，且空气中装配锌金属电池的过程中，空气中的氧气仍极易溶于电解液中，造成锌金属负极的腐蚀。然锌金属电池的一大优势是在空气中进行简易装配，无法避免此过程空气中氧气在电解液中的再次溶解，除非将电解液的存储与电池的组装全部转移至手套箱内或惰性氛围中进行，否则溶解氧问题始终存在，不利于锌金属电池实现商业化应用。
[0007]故亟待提出一种简易的除氧方法，在保留锌金属空气中简易装配优势的同时，可以有效消除或缓解由溶解氧所引发的一系列腐蚀危害，从而提升锌金属在电解液中的稳定性与电池寿命。

技术实现思路

[0008]本专利技术解决的技术问题在于提供一种锌金属电池的自除氧电解液添加剂，本申请提供的锌金属电池的自除氧电解液添加剂可有效缓解由溶解氧引发的腐蚀问题，有效提升锌负极在电解液中的稳定性，提升锌金属电池的循环寿命。
[0009]有鉴于此，本申请提供了一种锌金属电池的自除氧电解液添加剂，所述自除氧电解液添加剂的氧化还原电位位于锌金属氧化还原电位和氧气氧化还原电位之间，且在电解液中浓度为0.1mM～10mM；所述电解液中包括水。
[0010]优选的，所述自除氧电解液添加剂在所述电解液中浓度为1mM～3mM。
[0011]优选的，所述自除氧电解液添加剂选自醌类、蒽醌类、吩嗪类、I3‑
/I
‑
、Br3‑
/Br
‑
和Fe
3+
/Fe
2+
中的一种或多种。
[0012]优选的，所述自除氧电解液添加剂选自蒽醌
‑2‑
磺酸钠盐、1,2
‑
萘醌
‑4‑
磺酸钠盐、7,8
‑
二羟基吩嗪
‑2‑
磺酸、蒽醌和吩噻嗪中的一种或多种。
[0013]本申请还提供了一种锌金属电池的电解液，包括初始电解液和自除氧电解液添加剂，所述初始电解液中包括水，所述自除氧电解液添加剂为所述的锌金属电池的自除氧电解液添加剂。
[0014]优选的，所述电解液的制备方法为：
[0015]将所述自除氧电解液添加剂加入至初始电解液中。
[0016]优选的，所述自除氧电解液添加剂在所述电解液中浓度为1～3mM。
[0017]优选的，所述自除氧电解液添加剂选自醌类、蒽醌类、吩嗪类、I3‑
/I
‑
、Br3‑
/Br
‑
和Fe
3+
/Fe
2+
中的一种或多种。
[0018]优选的，所述自除氧电解液添加剂选自蒽醌
‑2‑
磺酸钠盐、1,2
‑
萘醌
‑4‑
磺酸钠盐、7,8
‑
二羟基吩嗪
‑2‑
磺酸、蒽醌和吩噻嗪中的一种或多种。
[0019]本申请还提供了一种锌金属电池，包括正极、负极和电解液，其特征在于，所述电解液为所述的电解液。
[0020]本申请提供了一种锌金属电池的自除氧电解液添加剂，其具有以下特点：自除氧电解液添加剂的氧化还原电位位于锌金属氧化还原电位和氧气氧化还原电位之间，且在电解液中浓度为0.1mM～10mM；本申请电解液中的自除氧电解液添加剂，借助锌金属进行除氧反应的引发，添加剂在电解液中接触到锌金属后转变成还原态并向电解液体相中扩散，除氧反应随即开始；溶解氧在电解液中扩散缓慢，故在其到达锌金属界面前，已被还原态的除氧剂反应，从而将溶解氧的还原反应场所由负极
‑
电解液界面处转移至电解液体相中，而由溶解氧还原得到的OH
‑
经电解液体相稀释达不到副产物沉淀临界值，从而有效缓解由溶解氧所引发的一系列腐蚀危害，有效提升锌负极在电解液中的稳定性，提升锌金属电池的循环寿命。
[0021]进一步的，由于本申请的自除氧电解液添加剂为氧化态，故预先加入添加剂后的电解液可在空气中敞口放置，其不存在被空气中的氧气氧化失效等缺点，且锌金属电池的装配工作亦可在空气中进行，添加剂的除氧具有即时装配、即时生效的优点，最大限度保证了电解液在空气中的存储以及锌金属电池在空气中简易装配优势的同时，减少溶解氧的腐蚀危害，为后续锌金属电池的商业化应用提供参考。
附图说明
[0022]图1为空白电解液和本专利技术电解液中加入自除氧电解液添加剂的原理示意图；
[0023]图2为空白水系电解液和实施例1提供的电解液的锌金属表面形貌SEM照片；
[0024]图3为空白水系电解液和实施例1提供的电解液的循环稳定性曲线图。
具体实施方式
[0025]为了进一步理解本专利技术，下面结合实施例对本专利技术优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本专利技术的特征和优点，而不是对本专利技术权利要求的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锌金属电池的自除氧电解液添加剂，其特征在于，所述自除氧电解液添加剂的氧化还原电位位于锌金属氧化还原电位和氧气氧化还原电位之间，且在电解液中浓度为0.1mM～10mM；所述电解液中包括水。2.根据权利要求1所述的自除氧电解液添加剂，其特征在于，所述自除氧电解液添加剂在所述电解液中浓度为1mM～3mM。3.根据权利要求1所述的自除氧电解液添加剂，其特征在于，所述自除氧电解液添加剂选自醌类、蒽醌类、吩嗪类、I3‑
/I
‑
、Br3‑
/Br
‑
和Fe
3+
/Fe
2+
中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的自除氧电解液添加剂，其特征在于，所述自除氧电解液添加剂选自蒽醌
‑2‑
磺酸钠盐、1,2
‑
萘醌
‑4‑
磺酸钠盐、7,8
‑
二羟基吩嗪
‑2‑
磺酸、蒽醌和吩噻嗪中的一种或多种。5.一种锌金属电池的电解液，包括初始电解液和自除氧电解液添加剂，所述初始电解液中包...

【专利技术属性】
技术研发人员：翁哲，韩大量，孙睿，崔长俊，杨全红，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：