含多元羧基盐类添加剂的水系复合电解液及其制法和应用制造技术

本发明专利技术公开了一种含多元羧基盐类添加剂的水系复合电解液及其制备方法，属于水系锌离子电池技术领域。该水系复合电解液包括：电解液盐、多元羧基盐类添加剂和去离子水；其中，多元羧基盐类添加剂的浓度为0.001

【技术实现步骤摘要】
含多元羧基盐类添加剂的水系复合电解液及其制法和应用


[0001]本专利技术涉及水系锌离子电池
，具体涉及一种含多元羧基盐类添加剂的水系复合电解液的制备方法及应用。

技术介绍

[0002]作为水系金属电池中有极大潜力的候选者，锌金属表现出更高的安全性、低成本、在水环境中稳定性好且具有良好的氧化还原电位(
−
0.76Vvs标准氢电极)和较高的理论容量(820mAhg
‑1)，使其成为具有高度竞争力的水系金属离子电池负极。
[0003]但是，由于Zn成核不均匀和Zn
2+
扩散动力学缓慢，可能在电极表面形成垂直于电极表面生长的各种形状的Zn枝晶并导致短路。此外，在循环过程中，锌与活性水的副反应引起的析氢反应和阳极表面腐蚀会不断消耗电解液和锌阳极，并造成锌负极表面绝缘副产物的堆积和表面钝化的持续发生，从而严重影响锌离子电池的稳定性和使用寿命。
[0004]这两个相互交织的因素显著降低了水性锌离子电池的库仑效率和循环寿命，使其本身优异的电化学性能难以满足实际应用的苛刻要求，并显著限制了其作为大规模储能系统的实用性。
[0005]公开于该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

[0006]本专利技术要解决的技术问题是：现有水系金属电池存在的锌枝晶生长，负极耐腐蚀性差、电化学性能和循环稳定性差，电解液稳定性低的技术问题。/>[0007]为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种含添加剂的水系复合电解液，该水系复合电解液包括：电解液盐、多元羧基盐类添加剂和去离子水；其中，所述多元羧基盐类添加剂的浓度为0.001
‑
0.5mol/L，电解液盐的浓度为0.5
‑
3.5mol/L。
[0008]上述所述多元羧基盐类添加剂的浓度不易过高，尤其不能超过1mol/L，因为多元羧基盐类添加剂浓度越大，越会影响电解液中的锌传输效率，使得过程中的要进行循环时的极化电压变大。
[0009]在本专利技术的一种或多种实施方式中，上述多元羧基盐类添加剂为次氮基三乙酸或其盐上述。
[0010]在本专利技术的一种或多种实施方式中，上述次氮基三乙酸盐为次氮基三乙酸钠盐；优选的，上述次氮基三乙酸钠盐为次氮基三乙酸三钠或次氮基三乙酸二钠。
[0011]本专利技术在含有电解液盐的水系电解液中加入多元羧基盐类添加剂制成水系复合电解液，专利技术人利用多元羧基盐类添加剂中的次氮基三乙酸盐及其衍生物自身所具备的羧基阴离子的特性，不仅优先吸附在锌阳极表面的活性位点上，阻止水分子与锌金属相遇，形成贫水双电层进而通过二维扩散形成光滑的表面；还可以进入锌离子的溶剂化结构中，取代其中的活性水分子以调节内亥姆霍兹层中的水含量，实现抑制析氢腐蚀和枝晶生长来促
进锌均匀沉积的优异效果。
[0012]在本专利技术的一种或多种实施方式中，上述电解液盐为可溶性锌盐；优选的，上述可溶性锌盐选自硫酸锌、三氟甲磺酰亚胺化锌、三氟甲烷磺酸锌、乙酸锌、氯化锌、硝酸锌、高氯酸锌、四氟硼酸锌中的一种或两种以上的组合。
[0013]在本专利技术的一种或多种实施方式中，上述多元羧基盐类添加剂的浓度为0.001
‑
0.2mol/L，电解液盐的浓度为0.8
‑
3.5mol/L。
[0014]在本专利技术的一种或多种实施方式中，上述多元羧基盐类添加剂的浓度为0.003
‑
0.1mol/L，电解液盐的浓度为1.0
‑
3.0mol/L。
[0015]本专利技术还提供了一种水系复合电解液的制备方法，包括以下步骤：
[0016]步骤1：将上述电解液盐加入去离子水中配置成水系电解液；
[0017]步骤2：待步骤（1）所得水系电解液的pH值稳定后，加入上述多元羧基盐类添加剂，搅拌至溶解，静置，获得稳定的含多元羧基盐类添加剂的水系复合电解液，优选的，pH值为2.5
‑
5.0，最优选的，pH值为3.83；其中，上述多元羧基盐类添加剂的浓度为0.001
‑
0.5mol/L，电解液盐的浓度为0.5
‑
3.5mol/L。
[0018]本专利技术还提供了一种电池，该电池包括正负极片、电池隔膜和上述水系复合电解液。该电池还进一步包括：电池壳、弹片、垫片。
[0019]在本专利技术的一种或多种实施方式中，上述电池隔膜为玻纤隔膜。
[0020]本专利技术还提供一种上述水系复合电解液或上述制备方法制成的水系复合电解液的应用，该水系复合电解液可用于制备对称电池、半电池或水系锌离子电池。
[0021]在本专利技术的一种或多种实施方式中，上述对称电池通过上述水系复合电解液和商用锌片组装得到。
[0022]在本专利技术的一种或多种实施方式中，上述半电池通过上述水系复合电解液和商用集流体组装得到。
[0023]在本专利技术的一种或多种实施方式中，上述商用集流体选自铜箔、钛箔、镍箔、铜网、镍网、不锈钢网、泡沫铜、泡沫镍的任意一种。
[0024]在本专利技术的一种或多种实施方式中，上述水系锌离子电池通过上述水系复合电解液、商用锌片和作为正极的MnO2或V2O5组装得到。
[0025]与现有技术相比，本专利技术的有益效果包括：
[0026]本专利技术将含多元羧基盐类添加剂添加到水系复合电解液中，由于多元羧基盐类添加剂具备大量的羧基，在水系锌盐电解液中可以进入金属离子如锌离子的溶剂化结构中，取代其中的活性水分子以调节内亥姆霍兹层中的水含量；此外多元羧基盐类添加剂优先吸附在锌阳极表面的活性位点上，阻止水分子与锌金属相遇，形成贫水双电层进而通过二维扩散形成光滑的沉积表面；对活性水分子在电极表面上吸附和分解的抑制，有效的抑制了枝晶的生长，提升了锌负极的耐腐蚀性和循环稳定性。
[0027]本专利技术得到的含多元羧基盐类添加剂的水系复合电解液在电池循环前后不参与氧化还原反应，性质稳定，在电解液中能够稳定存在，具有极强的稳定性，并且显著提升了锌负极的耐腐蚀性和循环稳定性，适用于商业水系锌离子电池电解液的长期储存和使用，提高了锌负极的电化学性能和循环稳定性，对称电池循环超过3000h，全电池循环接近8000圈，有效改善了水系锌离子电池的性能。
附图说明
[0028]图1为商业锌片在实施例1获得的2M硫酸锌水溶液和含多元羧基盐类添加剂的水系复合电解液中的电动力学极化曲线；
[0029]图2(a)为商业锌片在实施例1获得的2M硫酸锌水溶液中浸泡10天后锌片的表面SEM图；
[0030]图2(b)为商业锌片在实施例1获得的含多元羧基盐类添加剂的水系复合电解液中浸泡10天后锌片的表面SEM图；
[0031]图3(a)为商业锌片对实施例1获得的2M硫酸锌水溶液的接触角测试图；图3(b)为商业锌片对实施例1获得的含多元羧基盐类添加剂的水系复合电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含添加剂的水系复合电解液，其特征在于，所述水系复合电解液包括：电解液盐、多元羧基盐类添加剂和去离子水；其中，所述多元羧基盐类添加剂的浓度为0.001
‑
0.5mol/L，电解液盐的浓度为0.5
‑
3.5mol/L。2.根据权利要求1所述的水系复合电解液，其特征在于，所述多元羧基盐类添加剂为次氮基三乙酸或其盐。3.根据权利要求2所述的水系复合电解液，其特征在于，所述次氮基三乙酸盐为次氮基三乙酸钠盐；优选的，所述次氮基三乙酸钠盐为次氮基三乙酸三钠或次氮基三乙酸二钠。4.根据权利要求1所述的水系复合电解液，其特征在于，所述电解液盐为可溶性锌盐；优选的，所述可溶性锌盐选自硫酸锌、三氟甲磺酰亚胺化锌、三氟甲烷磺酸锌、乙酸锌、氯化锌、硝酸锌、高氯酸锌、四氟硼酸锌中的一种或两种以上的组合。5.根据权利要求1所述的水系复合电解液，其特征在于，所述多元羧基盐类添加剂的浓度为0.001
‑
0.2mol/L，电解液盐的浓度为0.8
‑
3.5mol/L；优选的，所述多元羧基盐类添加剂的浓度为0.003
‑
0.1mol/L，电解液盐的浓度为1.0
‑
3.0mol/L。6.一种权利要求1
‑
5任意一项所述的水系复合电解液的制备方...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋卫星，焦兆阳，
申请(专利权)人：首都师范大学，
类型：发明
国别省市：