一种提升电池循环性能的电解液及水系锌离子电池制造技术

本发明专利技术公开了一种提升电池循环性能的电解液及水系锌离子电池，涉及电池技术领域。本发明专利技术提升电池循环性能的电解液包括水和电解液添加剂，所述电解液添加剂的化学通式为(N

【技术实现步骤摘要】
一种提升电池循环性能的电解液及水系锌离子电池


[0001]本专利技术涉及电池
，尤其涉及一种提升电池循环性能的电解液及水系锌离子电池。

技术介绍

[0002]水系锌离子电池是指采用水作为电解液溶剂和采用金属锌作为负极的新型水系可充电金属离子电池。水系锌离子电池的工作原理与锂电池相似，即利用电解液中的锌离子在正负两个电极间的往复穿梭来存储和释放电能。
[0003]与锂电池采用高度可燃性的有机电解液不同，水系锌离子电池主要用水作为电解液溶剂，因此不存在锂电池的可燃、易爆等问题，使水系锌离子电池具有安全性高、环保性好和成本低等优势；并且，由于水系锌离子电池的原材料锌储量丰富，电池装配、储存、运输和维护又相对简单，因此，水系锌离子电池被认为在大规模储能领域具有更加广阔的应用前景。
[0004]目前，水系锌离子电池的锌负极在水系电解液中存在着严重的枝晶、析氢和金属腐蚀等有害副反应，限制了电池的循环寿命，从而阻碍了水系锌离子电池的大规模应用。枝晶是指充放电过程中，锌离子会在锌负极上发生不均匀沉积，从而使电池负极上出现树枝状金属锌晶体；在电池充放电过程中，枝晶还会不断长大，最终刺穿隔膜与正极接触，导致电池因内部短路而失效。析氢是指作为电解液溶剂的水，在电池充放电过程中会分解、释放氢气，导致电池胀气，甚至爆炸。腐蚀主要是由于金属锌较为活泼，会自发地与水发生化学反应，从而持续消耗锌负极材料和电解液，导致电池使用寿命大幅缩短。
[0005]因此，解决水系锌离子电池面临的枝晶生长、析氢和腐蚀的问题，是急需解决的问题。

技术实现思路

[0006]针对
技术介绍
提出的问题，本专利技术的目的在于提出一种提升电池循环性能的电解液，能够抑制锌枝晶的生长和副反应的形成，提升水系锌离子电池的循环性能，解决了目前水系锌离子电池存在的枝晶、析氢和腐蚀的问题。
[0007]本专利技术的另一目的在于提出一种水系锌离子电池，使用上述提升电池循环性能的电解液，具有循环寿命长的优点；
[0008]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]一种提升电池循环性能的电解液，包括水和电解液添加剂，所述电解液添加剂的化学通式为(N
+
A)I
‑
；
[0010]上述化学通式中，N
+
为带正电荷氮中心，A为烷基链，I
‑
为碘离子。
[0011]进一步的，在所述电解液中，所述电解液添加剂的摩尔浓度为1mM～100mM。
[0012]优选地，所述烷基链的碳链数为1～4条，碳数为1～100。
[0013]进一步的，所述电解液添加剂为四乙基碘化铵、四甲基碘化铵、四丁基碘化铵、四
正十二烷基碘化铵、二异丙基碘化铵、异丙基碘化铵、异丁基碘化铵、叔丁基碘化铵、十四烷基三甲基碘化铵、二甲基二(十八烷基)碘化铵或十二烷基三甲基碘化铵中的任意一种。
[0014]更为优选地，所述烷基链的碳数为4～20。
[0015]更为优选地，所述电解液添加剂为四乙基碘化铵。
[0016]进一步的，电解液的组分还包括电解质盐。
[0017]优选地，所述电解质盐为硫酸锌。
[0018]进一步的，电解液中硫酸锌的摩尔浓度为1M。
[0019]一种水系锌离子电池，包括正极、负极和上述的提升电池循环性能的电解液，所述负极的材料为锌。
[0020]上述技术方案具有以下有益效果：本技术方案通过在水系锌离子电池使用的电解液中添加化学通式为(N
+
A)I
‑
的电解液添加剂，通过阴阳离子协同作用，能够诱导均匀的锌沉积，有效抑制锌负极表面锌枝晶的形成和生长，降低电解液中的副反应，显著延长了水系锌离子电池的循环性能，解决了现有水系锌离子电池存在枝晶、析氢和腐蚀的问题。
附图说明
[0021]图1是本专利技术应用实施例1的性能测试结果图；
[0022]图2是本专利技术应用实施例2的性能测试结果图；
[0023]图3是本专利技术应用实施例3中对照Zn/Zn对称电池的锌负极在场发射扫描电子显微镜下的形貌图；
[0024]图4为本专利技术应用实施例3中实验Zn/Zn对称电池的锌负极在场发射扫描电子显微镜下的形貌图。
具体实施方式
[0025]为了便于理解本专利技术，下面对本专利技术进行更全面的描述。本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容的理解更加透彻全面。
[0026]实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
[0027]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0028]下面结合附图1
‑
4及具体实施方式进一步说明本专利技术的技术方案。
[0029]一种提升电池循环性能的电解液，包括水和电解液添加剂，所述电解液添加剂的化学通式为(N
+
A)I
‑
；
[0030]上述化学通式中，N
+
为带正电荷氮中心，A为烷基链，I
‑
为碘离子。
[0031]目前，水系锌离子电池的锌负极在水系电解液中存在着严重的枝晶、析氢、金属腐蚀等有害副反应，限制了电池的循环寿命，从而阻碍了水系锌离子电池的大规模应用。本技
术方案通过在水系锌离子电池使用的电解液中添加化学通式为(N
+
A)I
‑
的电解液添加剂，通过阴阳离子协同作用，能够诱导均匀的锌沉积，有效抑制锌负极表面锌枝晶的形成和生长，降低电解液中的副反应，显著延长了水系锌离子电池的循环性能，解决了现有水系锌离子电池存在枝晶、析氢和腐蚀的问题。
[0032]进一步的说明，本技术方案在电解液中添加有化学通式为(N
+
A)I
‑
的电解液添加剂，电解液添加剂中的疏水阳离子(N
+
A)不仅可以破坏水分子之间的氢键网络，而且可以优先吸附在锌负极表面，增加界面润湿性，抑制锌枝晶的生长和析氢反应。阴离子(I
‑
)可以降低水合锌离子的溶解能并消除死锌(死锌是指在电极表面及电解液中游离的单质锌，这种单质锌极难或者不会参与电池充放电过程中的氧化还原反应，也不会对电池充放电过程中的容量做出贡献)和碱式硫酸锌。通过疏水阳离子和阴离子的协同作用可以显著提升水系锌离子电池的循环性能，且从图3和图4的形貌分析可以表明，本技术方案的电解液添加剂对锌离子电池锌负极枝晶的生长和副反应的形成有很好的抑制作用。
[0033]值得本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提升电池循环性能的电解液，其特征在于，包括水和电解液添加剂，所述电解液添加剂的化学通式为(N
+
A)I
‑
；上述化学通式中，N
+
为带正电荷氮中心，A为烷基链，I
‑
为碘离子。2.根据权利要求1所述提升电池循环性能的电解液，其特征在于，在所述电解液中，所述电解液添加剂的摩尔浓度为1mM～100mM。3.根据权利要求1所述提升电池循环性能的电解液，其特电解液添加剂征在于，所述烷基链的碳链数为1～4条，碳数为1～100。4.根据权利要求3所述提升电池循环性能的电解液，其特征在于，所述电解液添加剂为四乙基碘化铵、四甲基碘化铵、四丁基碘化铵、四正十二烷基碘化铵、二异丙基碘化铵、异丙基碘化...

【专利技术属性】
技术研发人员：傅焰鹏，方桃，胡安宇，刘起辉，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：