一种水系锌离子电池电解液添加剂和含有该添加剂的电解液及其应用制造技术

本发明专利技术公开一种水系锌离子电池电解液添加剂和含有该添加剂的电解液及其应用。所述水系锌离子电池电解液由溶剂、电解质和电解液添加剂组成，其中，电解液添加剂为0.5

【技术实现步骤摘要】
一种水系锌离子电池电解液添加剂和含有该添加剂的电解液及其应用


[0001]本专利技术属于水系储能电池
，具体涉及一种水系锌离子电池电解液添加剂和含有该添加剂的电解液及其应用。

技术介绍

[0002]随着世界能源由传统化石能源向清洁二次能源加速转型，储能电池扮演着越发重要的角色，特别是当前主导储能市场的锂离子电池，在智能手机、可穿戴设备、电动汽车等领域被大规模应用。然而，锂资源的稀缺、成本的昂贵、有机电解质的易燃易爆等问题限制了锂离子电池的长远发展。相比之下，水系锌离子电池以低成本、高安全、高理论容量和可大规模应用而展现出广阔的发展和应用前景。但在电池储存和运行过程中，水系锌离子电池也面临着诸多挑战。特别是在负极/电解液界面，由于锌负极被直接暴露在水系电解液中，尖端效应和二位扩散会导致锌优先以枝晶的形式生长。同时，锌金属的热力学不稳定性使得电池不可避免地遭受析氢和腐蚀等问题。此外，电解液中的锌离子主要以溶剂化结构的形式存在，这导致离子电荷转移动力学变得缓慢，在脱溶剂化过程中，需要较大的能量消耗。总而言之，这些问题导致电池的可逆性和能效大大降低，甚至引发电池短路和膨胀破裂。
[0003]为了解决这些问题，人们已经提出了多种改性策略，例如构建表面涂层、设计负极结构、采用高浓度电解液等，然而，这不仅操作程序复杂，成本较高，而且效果不明显。相对的，在电解液中引入添加剂不仅操作简便，而且能显著增强电池稳定性和延长电池寿命，是解决负极/电解液界面问题的重要思路。因此添加剂的优化策略深受研究者的青睐。但目前所提出的大多数电解液添加剂使用量较大，这导致电池内阻和锌成核过电位增大，电池能效降低。

技术实现思路

[0004]为解决上述问题，本专利技术提供一种水系锌离子电池电解液添加剂和含有该添加剂的电解液及其应用。
[0005]本专利技术采用的技术方案是：
[0006]一种水系锌离子电池电解液由溶剂、电解质和电解液添加剂组成。
[0007]进一步的，上述的一种水系锌离子电池电解液，所述电解液添加剂为吡哆醇，其结构式如下：
[0008][0009]更进一步的，所述电解液添加剂的添加浓度为0.5
‑
2g/L。
[0010]进一步的，上述的一种水系锌离子电池电解液，所述溶剂为去离子水。
[0011]更进一步的，所述去离子水为电阻为18
‑
25MΩ的超纯水。
[0012]进一步的，上述的一种水系锌离子电池电解液，所述电解质为硫酸锌。
[0013]更进一步的，所述电解质的添加浓度为1～3mol/L。
[0014]上述的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。
[0015]本专利技术的有益效果为：
[0016]1、本专利技术提供的电解液添加剂含极性基团羟基，可与锌离子螯合配位来破坏锌离子的溶剂化鞘。缓解脱溶剂化过程中由所释放结合水的分解所引发的析氢和腐蚀等副反应。在一定程度上能够防止电池在使用过程中胀包、漏液等问题，提高电池使用的安全性，提高电池的循环稳定性和电池器件寿命。
[0017]2、本专利技术提供的电解液添加剂对锌金属具有良好的配位作用，能够自发吸附在负极的表面，形成可逆的吸附层，吸附层可抑制锌离子的二维扩散，使锌成核和生长位点更均匀，进而抑制枝晶的形成。在一定程度上能够避免电池短路的发生。
[0018]3、本专利技术提供的电解液添加剂，具有价格低廉、安全、环保、适用范围广等特点。其能够提高水系锌离子电池的循环稳定性和寿命。
[0019]4、本专利技术提供的电解液具有价格低廉、安全、环保、制备方法简单、适用范围广等固有优势。在锌离子电池以及其它潜在新能源电池领域有较大的应用前景和研究价值。
附图说明
[0020]图1为本专利技术实施例1提供的不同电解液体系中负极表面生成物的XRD图。
[0021]图2为本专利技术实施例1提供的不同电解液体系中负极表面生成物的SEM图，其中a为2M ZnSO4+1g/L PN对称电池，b为2M ZnSO4对称电池。
[0022]图3为本专利技术实施例1提供的不同电解液体系中的Zn||Zn对称电池充放电曲线对比图。
[0023]图4为本专利技术实施例2提供的不同电解液体系中的Zn||Cu半电池库伦效率
‑
圈数曲线对比图。
[0024]图5为本专利技术实施例3提供的不同电解液体系中的Zn||NH4V4O
10
全电池恒流充放电曲线对比图。
具体实施方式
[0025]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过具体实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0026]实施例1
[0027](一)电池电解液的制备方法
[0028]1)配制2mol/L的硫酸锌溶液：用超纯水机制取电阻为18MΩ的超纯水作为溶剂，将七水合硫酸锌粉末加入超纯水中搅拌溶解，配制成2mol/L的硫酸锌水溶液。
[0029]2)配制含1g/L吡哆醇的硫酸锌混合溶液作为电解液：取2mol/L的硫酸锌水溶液，将吡哆醇加入其中并搅拌溶解，获得含1g/L吡哆醇的硫酸锌混合溶液，作为电解液。
[0030](二)电池正、负极片和隔膜的制备方法
[0031]1)制备正、负极极片：将厚度为0.1mm的高纯锌箔(99.99％)用2000目的砂纸打磨，置于无水乙醇溶液中，超声5min，在空气中自然干燥。将其裁剪成直径为12mm的圆片。
[0032]2)制备隔膜：将玻璃纤维隔膜裁剪成直径为16mm的圆片。
[0033](三)Zn||Zn对称电池组装
[0034]本实施例所使用的纽扣电池型号为CR2032。
[0035]将裁剪好的锌箔分别作为纽扣电池的正、负极极片。先将正极极片放入正极壳中，然后放入玻璃纤维隔膜，再滴入160μL含1g/L吡哆醇的硫酸锌混合溶液，然后在隔膜上方再放入负极极片，之后依次放入垫片、弹片，最后将负极壳扣上，利用电池封装机将电池封装好，即得到一枚以含吡哆醇的硫酸锌混合溶液作为电解液的对称电池，标记为2M ZnSO4+1g/LPN对称电池。
[0036]对比例1——以制备的2mol/L的硫酸锌水溶液作为电解液得到对称电池。组装方法同上，只是电解液使用硫酸锌水溶液，标记为2M ZnSO4对称电池。
[0037](四)测试和表征
[0038]本实施例装配的对称电池，以1mAcm
‑2的电流密度和1mAh cm
‑2的面积容量下循环200h后，图1示意了负极表面产物的XRD图，相较于对比样，采用吡哆醇的负极表面没有碱式硫酸锌副产物生成，表明吡哆醇抑制了析氢和腐蚀等副反应。图2a是采用吡哆醇的对称电池循环200h后的负极表面SEM照片，负极表面平整光滑，无本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水系锌离子电池电解液添加剂，其特征在于，所述电解液添加剂为吡哆醇，所述电解液添加剂的添加浓度为0.5
‑
2g/L。2.一种水系锌离子电池电解液，其特征在于，所述水系锌离子电池电解液由溶剂、电解质和电解液添加剂组成。3.根据权利要求2所述的一种水系锌离子电池电解液，其特征在于，所述溶剂为去离子水。4.根据权利要求3所述的一种水系锌离子电池电解液，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹博思，杨金章，马天翼，
申请(专利权)人：辽宁大学，
类型：发明
国别省市：