一种含有机笼式分子添加剂电解液及其制备方法和在锌离子电池中的应用技术

本发明专利技术属于锌离子电池技术领域，具体公开了一种含有有机笼式分子添加剂的电解液，同时提供该有机笼式分子添加剂的制备方法、以及其在锌离子电池中的应用。所述电解液中包括锌盐和有机笼式分子添加剂；所述锌盐和有机笼式分子添加剂的质量比为1:(0.001～0.05)；所述有机笼式分子添加剂是由三类反应物在溶剂中合成的。本发明专利技术的有机笼式分子添加剂电解液可直接作为锌离子电池的电解液，既可以缓解锌枝晶的生长，还可以抑制氢气的产生，从而提高锌离子电池的库伦效率，并延长电池的循环寿命。并延长电池的循环寿命。并延长电池的循环寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种含有机笼式分子添加剂电解液及其制备方法和在锌离子电池中的应用


[0001]本专利技术属于锌离子电池
，具体地，涉及一种含有机笼式分子添加剂电解液及其制备方法和在锌离子电池中的应用。

技术介绍

[0002]能源作为人类社会发展过程中必不可缺的物质，在过去的很长一段时间里受到了人们的热切关注。在众多储存能源的方法中，电池储能因其成本低、效率高、灵活性高等优点而被认为是一种良好的储能系统。目前，锂离子电池已经成功地在电动能源汽车、便携式电子设备、医疗等行业进行应用。然而，锂离子电池领域仍然存在一些亟待解决的热点问题。首先，商用的锂离子电池正极材料一般是比容量较低的层状过渡金属氧化物和磷酸铁锂、资源稀缺的镍基以及价格昂贵的钴基材料等。此外，锂电池电解液毒性大，对环境不友好。这些不可忽视的问题大大限制了锂离子电池的大规模应用。因此，为了解决这些问题、满足社会发展的需求，尽快寻找和开发低成本、无污染、具有更优异性能的锂离子电池的替代者已经成为研究者们关注的热点问题。
[0003]与传统的锂离子电池相比，以水系溶液作为电解液的金属离子电池因其具有易加工、低成本、高离子导电性以及高安全性等优点而具有美好的前景，与其他活性金属相比，金属锌具有丰富的资源、低廉的价格、环境友好性以及较低的氧化还原电位(
‑
0.762V vs SHE)，从而可以直接用作负极材料。此外，金属锌的理论比容量为820mAh
·
g
‑1和5855mAh
·
cm
‑3，因此，水系锌离子电池被认为是众多锂离子电池理想替代品中的最佳者，近年来受到了广泛关注和深入研究。然而，目前水系锌离子电池仍面临着巨大的挑战。锌离子电池存在的枝晶生长，氢气析出，以及副反应的发生等问题仍然困扰着众多研究人员。
[0004]基于上述情况，需研发出一种能改善枝晶生长，氢气析出，以及副反应的发生等问题的新技术。

技术实现思路

[0005]本专利技术的首要目的是克服上述水系锌离子电池存在的锌枝晶生长，氢气析出，以及副反应的发生等问题，提供一种含有机笼式分子添加剂的电解液。本专利技术的含有机笼式分子添加剂的电解液可直接作为锌离子电池的电解液，在该添加剂的帮助下，Zn
2+
离子在Zn负极表面平滑沉积。而且，含有有机笼式分子添加剂的电池比不含添加剂的电池具有更好的循环稳定性。
[0006]本专利技术的进一步目的是提供上述电解液的制备方法。
[0007]本专利技术的进一步目的是提供上述电解液在制备锌离子电化学储能装置中的应用。
[0008]本专利技术的进一步目的是提供一种锌离子电池。
[0009]本专利技术的上述目的通过以下技术方案实现：
[0010]一种含有机笼式分子添加剂的电解液，包括锌盐和有机笼式分子添加剂；所述锌
盐和有机笼式分子添加剂的质量比为1:(0.001～0.05)；所述有机笼式分子添加剂由三类反应物和溶剂制成。
[0011]本专利技术的专利技术人通过多次研究发现，控制锌盐和有机笼式分子的质量比在某一特定范围，可以延长电池的循环寿命，并且拆卸电池后所得的锌负极展示出致密均匀的沉积层。在本专利技术中，加入的有机笼式分子添加剂优先吸附在锌负极表面，其类似分子筛的结构可以在锌离子的传输过程中起到去除溶剂化结构中水分子的作用，降低锌负极表面水的活性，同时，溶剂化结构中水分子的去除可以提高锌离子的传输速率，提高离子电导率。这不仅避免了氢气生成可能引起的爆炸，提高了锌离子电池的安全性，而且抑制了锌枝晶的生成，延长了锌离子电池的使用寿命。
[0012]优选地，所述有机笼式分子添加剂由三类反应物和溶剂制成。
[0013]优选地，所述第一类反应物为均三苯甲醛、苯甲醛、间苯二甲醛、对苯二甲酸二异丙酯、4
‑
氨基二苯醚、苯甲酸乙酯中的至少一种。
[0014]优选地，所述第二类反应物为三氟乙酸、三氯乙酸、苯乙酸、二氯乙酸、对苯二甲酸中的至少一种。
[0015]优选地，所述第三类反应物为1,2
‑
二氨基环己烷、1,2
‑
二甲基环己烷、3
‑
甲基己烷、2,3
‑
二甲基丁烷中的至少一种。
[0016]优选地，所述溶剂为二氯甲烷、二氯乙烷、二氯丁烷、一氟二氯甲烷中的至少一种。
[0017]更为优选地，所述第一类反应物为均三苯甲醛，所述第二类反应物为三氟乙酸，所述第三类反应物1,2
‑
二氨基环己烷，所述溶剂为二氯甲烷。
[0018]进一步优选地，所述有机笼式分子添加剂通过如下方法制备得到：将100ml二氯甲烷(DCM)在室温下缓慢加入固体均三苯甲醛(5.0g，30.86mmol)中。将100μm三氟乙酸作为亚胺键形成的催化剂直接加入到该溶液中。最后，加入1，2
‑
二氨基环己烷(5.0g，44.64mmol)至上述溶液。经过5天静置，所有的固体均三苯甲醛被消耗，并且八面体晶体在容器的侧面生长，用95％乙醇/5％DCM洗涤，过滤出结晶产物，即为所述有机笼式分子添加剂，结构式如下：
[0019][0020]优选地，所述锌盐和有机笼式分子的质量比为1:(0.001～0.05)。
[0021]优选地，所述锌盐为双三氟甲磺酰亚胺锌、氯化锌、硫酸锌、硝酸锌、高氯酸锌、乙酸锌或双三氟甲烷磺酸锌中的至少一种，进一步优选为硫酸锌。
[0022]优选地，所述锌盐的浓度为0.5～3mol/L，进一步优选为2mol/L。
[0023]优选地，所述电解液的溶剂为水。
[0024]上述电解液的制备方法，包括如下步骤：将锌盐和有机笼式分子添加剂按照特定的质量比加入到水中，溶解，即得所述电解液。
[0025]优选地，所述溶解的方式为震荡或超声中的至少一种。
[0026]上述电解液在制备锌离子电化学储能装置中的应用也在本专利技术的保护范围内。
[0027]优选地，所述锌离子电化学储能装置为锌离子电池或锌离子电池电容器。
[0028]一种锌离子电池，包括上述电解液。
[0029]优选地，所述锌离子电池还包括正极、负极和隔膜。
[0030]更为优选地，所述正极的活性材料为V2O5。
[0031]进一步优选地，所述正极通过如下方法制备得到：将2mmol商业化V2O5加入80ml H2O中，搅拌10mins后加2ml H2O2接着搅拌30mins，V2O5溶解后水热120℃、6h，冻干产物即得所述正极。将所得V2O5、super P Li、PVDF按照7：2：1的比例称量，称量的总质量为0.5g，混合研磨后分散到N
‑
甲基呲咯烷酮中，得到质量分数为3％的V2O5分散液，充分搅拌后取30μL V2O5分散液滴加在直径为12mm的碳布上，烘干，得到正极极片；
[0032]更为优选地，所述负极为柔性锌箔或银修饰的锌箔。
[0033]进一步优选地，所述银修饰本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含有机笼式分子添加剂电解液，其特征在于，包括锌盐和有机笼式分子添加剂；所述锌盐和有机笼式分子添加剂的质量比为1:(0.001～0.05)；所述有机笼式分子添加剂由三类反应物在溶剂中制备得到；所述第一类反应物为均三苯甲醛、苯甲醛、间苯二甲醛、对苯二甲酸二异丙酯、4
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氨基二苯醚、苯甲酸乙酯中的至少一种；所述第二类反应物为三氟乙酸、三氯乙酸、苯乙酸、二氯乙酸、对苯二甲酸中的至少一种；所述第三类反应物为1,2
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二氨基环己烷、1,2
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二甲基环己烷、3
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甲基己烷、2,3
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二甲基丁烷中的至少一种；所述溶剂为二氯甲烷、二氯乙烷、二氯丁烷、一氟二氯甲烷中的至少一种。2.根据权利要求1所述含有机笼式分子添加剂电解液，其特征在于，包...

【专利技术属性】
技术研发人员：王新，吴新茹，窦浩桢，徐咪，冯仁武，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：