一种宽温域且高安全的水系锌离子电池电解液制造技术

本发明专利技术公开了一种宽温域且高安全的水系锌离子电池电解液，其包括锌盐

【技术实现步骤摘要】
一种宽温域且高安全的水系锌离子电池电解液


[0001]本专利技术属于水系锌离子电池领域，具体涉及一种宽温域且高安全的水系锌离子电池电解液及其在水系锌离子电池中的应用
。

技术介绍

[0002]水系锌离子电池成为大规模储能的有前途的替代品，主要是由于高重量
/
体积理论容量
(820mAh/g
或
5855mAh/cm3)、
环境友好
、
资源丰富和高安全性
。
然而，水系锌离子电池的实际商业化受到关键挑战的严重阻碍，包括锌枝晶的形成
、
腐蚀和循环过程中不良副产物的形成
。
这些问题极大地损害了锌负极的可逆性，从而限制了水系锌离子电池在商业规模的可行性
。
此外，当水系锌离子电池在极端温度条件下运行时，上述问题会进一步加剧
。
随着现代社会的快速发展，设备需要在越来越苛刻的条件下运行
。
在低温下，水系锌离子电池中使用的传统水性电解质在相变
、
离子溶剂化态和粘度变化等性质上会发生显著变化
。
因此，这些变化阻碍了传质并降低了电化学性能
。
相反，高温加速了热力学和动力学，导致明显的析氢反应
(HER)
和析氧反应
(OER)
，从而影响了水系锌离子电池的稳定性并缩短了循环寿命
。
[0003]因此需要制定有效的策略在宽温度范围内保护锌负极
。/>其中，通过合理设计电解液以增强
Zn
可逆性，同时通过固体电解质界面化学扩大工作温度窗口并促进的原位形成，对于水系锌离子电池的实际应用至关重要且具有挑战性
。

技术实现思路

[0004]基于上述现有技术所存在的不足之处，本专利技术的目的在于提供一种宽温域且高安全的水系锌离子电池电解液
。
[0005]本专利技术为实现目的，采用如下技术方案：
[0006]一种宽温域且高安全的水系锌离子电池电解液，其包括锌盐
、
有机溶剂添加剂和去离子水
。
[0007]进一步地，所述的锌盐为三氟甲烷磺酸锌和硫酸锌中的至少一种，所述的有机溶剂添加剂为二甘醇乙醚
(DG)。
[0008]进一步地，在所述的水系锌离子电池电解液中，锌盐的浓度为1～
2mol/L
，有机溶剂添加剂与去离子水的体积比为
0.05
～
1.5:1。
[0009]本专利技术还提供了所述水系锌离子电池电解液的制备方法，包括如下步骤：
[0010]步骤1：将有机溶剂添加剂和去离子水均匀混合，形成共溶剂；
[0011]步骤2：向所述共溶剂中加入锌盐，在常温条件下搅拌至溶液澄清透明，即得到水系锌离子电池电解液
。
[0012]本专利技术所提供的宽温域且高安全的水系锌离子电池电解液可用于构建水系锌离子电池
。
所述水系锌离子电池包括正极
、
负极
、
隔膜以及所述水系锌离子电池电解液，该电解液可拓宽水系锌离子电池的工作温度区间
。
[0013]与已有技术相比，本专利技术的有益效果体现在：
[0014]本专利技术提出的由锌盐
、
二甘醇乙醚和去离子水组成的电解质，可在
‑
35℃
至
65℃
的宽温度区间内的大电流密度下实现高度可逆的镀锌
/
剥离工艺和快速
Zn
2+
传输
。
二甘醇乙醚表现出高沸点
、
相对较低的粘度
、
高介电常数
、
低成本
、
低蒸气压和优异的水溶解性，因此，它可以有效地解决与传统有机溶剂电解质相关的较低离子电导率和可燃性的问题
。
二甘醇乙醚与
Zn
2+
之间独特的溶剂化相互作用可以增强二甘醇乙醚与水之间的氢键，从而中断水原有的氢键网络，因此，它可以削弱水的活度以抑制水诱导的副反应，并为电解质提供较低的冰点
。
此外，该电解液可以形成自修复的无机
/
有机固体电解质界面层，有效减轻副反应
。
附图说明
[0015]图1为本专利技术实施例1～3和对比例1的电解液所组装的
Zn
‑
Zn
对称电池在
25℃
下的长循环图
。
[0016]图2为本专利技术实施例1～3的电解液所组装的
Zn
‑
Zn
对称电池在
‑
35℃
下的长循环图
。
[0017]图3为本专利技术实施例1～3和对比例1的电解液所组装的
Zn
‑
Zn
对称电池在
65℃
下的长循环图
。
[0018]图4为使用对比例1的电解液所组装的
Zn
‑
Zn
对称电池在
25℃
下循环后的锌箔的
SEM
图
(
插图为光学照片
)。
[0019]图5为使用实施例2的电解液所组装的
Zn
‑
Zn
对称电池在
25℃
下循环后的锌箔的
SEM
图
(
插图为光学照片
)。
[0020]图6为使用对比例1和实施例2的电解液所组装的
Zn
‑
Zn
对称电池在
25℃
下循环后的锌箔的
XRD
对比图
。
[0021]图7为使用对比例1的电解液所组装的
Zn
‑
Zn
对称电池在
65℃
下循环后的锌箔的
SEM
图
。
[0022]图8为使用实施例2的电解液所组装的
Zn
‑
Zn
对称电池在
65℃
下循环后的锌箔的
SEM
图
。
[0023]图9为使用实施例2的电解液所组装的
Zn
‑
Zn
对称电池在
‑
35℃
下循环后的锌箔的
SEM
图
。
[0024]图
10
为使用实施例2的电解液循环后的锌箔的氟元素的
XPS
图
。
[0025]图
11
为使用实施例2的电解液循环后的锌箔的硫元素的
XPS
图
。
[0026]图
12
为使用实施例2和对比例1的电解液组装的
Zn
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种宽温域且高安全的水系锌离子电池电解液，其特征在于：所述的水系锌离子电池电解液包括锌盐
、
有机溶剂添加剂和去离子水
。2.
根据权利要求1所述的一种宽温域且高安全的水系锌离子电池电解液，其特征在于：所述的锌盐为三氟甲烷磺酸锌和硫酸锌中的至少一种；所述的有机溶剂添加剂为二甘醇乙醚
。3.
根据权利要求1或2所述的一种宽温域且高安全的水系锌离子电池电解液，其特征在于：在所述的水系锌离子电池电解液中，锌盐的浓度为1～
2m...

【专利技术属性】
技术研发人员：张朝峰，万建东，王睿，刘子翔，张龙海，
申请(专利权)人：安徽大学，
类型：发明
国别省市：