一种宽温域锌基共晶电解液及其应用制造技术

本发明专利技术提供了一种宽温域锌基共晶电解液及其应用，该锌基共晶电解液由锌盐

【技术实现步骤摘要】
一种宽温域锌基共晶电解液及其应用


[0001]本专利技术属于水系锌离子电池电解液
，具体涉及一种宽温域锌基共晶电解液及其在水系锌离子电池中的应用
。

技术介绍

[0002]日益增长的储能需求推动了电化学储能市场的发展，目前市场上常用的电池各具优势，具有高比能量密度和长循环寿命的锂离子电池已经成为大多数储能设备的主要动力来源，但是，它所面临的环境污染
、
价格昂贵
、
安全隐患等诸多问题亟待解决
。
水系锌离子电池
(AZIBs)
由于其成本低
、
安全性高
、
清洁无污染
、
储能丰富
、
低氧化还原电位等优势优于传统电池，是新型储能
的有力竞争者，在储能领域具有广阔的应用前景
。
虽然现阶段在水系锌离子电池方面取得了较大进展，但它们大多是在室温下完成的，无法与实际情况和某些特定领域相匹配，且析氢副反应和锌枝晶生长问题仍然存在
。
并且在低温下，水系电池易发生冻结使电池失效，冻结的电解质会使
Zn
2+
传输动力学缓慢，导致其在电池上不均匀的沉积和剥离引起更严重的锌枝晶生长
。
在高温下，水分子活性增加，造成锌表面发生更严重的析氢副反应
。
需要开发一种宽温域
、
高性能的水系锌离子电池
。
[0003]深共晶溶剂
(DESs)
作为一种由氢键供体
(HBD)
和受体
(HBA)
组成的共晶体系溶剂，具有环境友好
、
生物来源的可持续优势，近年来受到广泛关注
。
因此，进一步开发一种安全环保且具有宽温域的锌基共晶电解液，对推进水系锌离子电池在大规模储能领域的应用具有重要意义
。

技术实现思路

[0004]针对现有水系锌离子电池的不足，本专利技术提供了一种宽温域锌基共晶电解液及其在水系锌离子电池中的应用，该方法制备的深共晶电解液能够有效抑制长循环中发生的锌枝晶生长和析氢腐蚀问题，保持锌负极的结构完整性，进而提高电池的长循环性能，并且能够拓宽水系锌离子电池的工作温度区间
。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]本专利技术首先公开了一种宽温域锌基共晶电解液，该电解液由锌盐
、
氢键配体和金属离子的水溶液组成
。
[0007]优选地，锌盐和氢键配体的摩尔比为
1:5
～
15
，所述金属离子的水溶液在电解液中的体积分数为5～
20
％
。
[0008]优选地，所述锌盐包括六水合高氯酸锌
、
氯化锌
、
三氟甲基磺酸锌中的至少一种
。
[0009]优选地，所述氢键配体包括丁醇
、
甘油
、
二乙二醇乙醚和
N,N
‑
二甲基甲酰胺中的至少一种
。
[0010]优选地，所述金属离子的水溶液为浓度
0.1
～
0.5mol/L
的醋酸锂水溶液
。
[0011]本专利技术还公开了上述宽温域锌基共晶电解液的制备方法：将锌盐和氢键配体混合均匀，水浴加热反应，再冷却至室温，然后加入金属离子的水溶液并搅拌至溶液澄清透明，
得到所述宽温域锌基共晶电解液
。
[0012]优选地，所述水浴加热反应的温度为
50℃
～
80℃
，反应时间为
20min
～
40min。
[0013]本专利技术还提供了一种水系锌离子电池，包括正极
、
负极
、
隔膜和电解液，其中所采用的电解液为本专利技术所述的宽温域锌基共晶电解液
。
[0014]优选地，所述正极中含有正极活性物质，所述负极为锌片或锌箔，所述隔膜为玻璃纤维
。
[0015]更优选地，当正极活性物质采用聚苯胺时，正极可按如下方法制得：将聚苯胺
、
导电剂科琴黑和粘结剂聚偏二氟乙烯以一定比例分散到
N
‑
甲基吡咯烷酮中，混合均匀涂布在钛片上，干燥后形成所述正极片
。
所述聚苯胺
、
科琴黑和聚聚偏二氟乙烯的质量比在7～
8:1
～
2:1。
[0016]更优选地，作为负极的所述锌片或锌箔厚度为
10
～
200
μ
m。
[0017]与现有技术相比，本专利技术的有益效果体现在：
[0018]本专利技术提供的宽温域锌基共晶电解液，锌盐和氢键配体混合形成共晶溶剂，在室温下呈现液体状态，通过氢键作用，提高了锌盐和氢键配体的溶解度，从而提高了电池的电导率以及电解液的稳定性
。
将金属离子添加剂引入至电解液，能够抑制负极表面析氢副反应的发生和锌枝晶生长，提升负极反应动力学，促进锌离子的迁移和反应，降低锌离子电池的极化和界面电阻
。
重要的是，本专利技术的电解液在宽温域
(
‑
30℃
～
70℃)
下展现了较高的充放电容量和优异的循环稳定性，有效拓展了水系锌离子电池的工作温度区间，解决了高低温下锌负极副反应和枝晶生长的问题，极大延长了水系锌离子电池的使用寿命，在储能领域具有重要意义
。
不仅如此，本专利技术提供的宽温域锌基共晶电解液的制备方法，简单快速
、
成本低廉
、
安全绿色无污染，适合大规模推广应用
。
附图说明
[0019]图1为实施例
1、4
和对比例
1、2
中的电解液组装的
Zn
‑
Zn
电池在
25℃
下的长循环图；
[0020]图2为实施例
1、2、3
中的电解液组装的
Zn
‑
Zn
电池在
25℃
下的长循环图；
[0021]图3为实施例
5、6
和对比例2中的电解液组装的
Zn
‑
Zn
电池在
25℃
下的充放电循环性能图；
[0022]图4为实施例
1、4
和对比例1中的电解液组装的
Zn
‑
Zn
电池在
70℃
下的充放电循环性能图；
[0023]图5为实施例
1、4
中的电解液组装的
Zn
‑
Zn
电池在
‑
30℃
下的循环性能图；
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种宽温域锌基共晶电解液，其特征在于：所述电解液由锌盐
、
氢键配体和金属离子的水溶液组成
。2.
根据权利要求1所述的宽温域锌基共晶电解液，其特征在于：锌盐和氢键配体的摩尔比为
1:5
～
15
，所述金属离子的水溶液在电解液中的体积分数为5～
20
％
。3.
根据权利要求1或2所述的宽温域锌基共晶电解液，其特征在于：所述锌盐包括六水合高氯酸锌
、
氯化锌和三氟甲基磺酸锌中的至少一种
。4.
根据权利要求1或2所述的宽温域锌基共晶电解液，其特征在于：所述氢键配体包括丁醇
、
甘油
、
二乙二醇乙醚和
N,N
‑
二甲基甲酰胺中的至少一种

【专利技术属性】
技术研发人员：张朝峰，汪子洋，陈龙，高宇晨，万建东，王睿，
申请(专利权)人：安徽大学，
类型：发明
国别省市：