【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于锌离子电池，具体涉及用于锌离子电池的电解液和锌离子电池。
技术介绍
1、随着工业化进程的推进和人民生活水平的提高，社会对能源的需求日益增加，然而传统化石燃料面临枯竭。在这个背景下，新型二次电池应运而生。其中，锌离子电池因安全性高、制备工艺简单、锌负极电位低、锌储量丰富并具有高理论容量(820mah g-1)等优点，被认为是一种非常有前景的、能够大规模应用的高效二次电池。
2、传统电解液极易导致枝晶生成、发生析氢、钝化等副反应，使电池的库伦效率和容量快速衰减。此外，由于水分子固有的高活性，在较高电压时会发生电化学分解，引起锌离子电池库伦效率低、容量快速衰减等问题，同时也会严重影响电池的稳定性，极易导致电池故障。
3、进行电解液结构调控是提升锌离子电池稳定性的有效途径。常见的电解液调控有：使用有机溶剂、高浓度“盐包水”电解液、离子液体基锌盐电解液等。但这些策略均存在一些缺点，使其在锌离子电池中的应用受到很大的限制：有机溶剂易燃，并且锌盐在有机溶剂中的溶解能力很差；高浓度的盐对环境危害很大，同时成本较高；离子液体的成本较高，并且只有极个别的锌盐可以在离子液体中溶解。
4、专利文献cn112289594a报道了用于锌离子混合超级电容器的低共熔溶剂电解液的制备方法，该电解液包括高氯酸锌、氢键供体物质和导电剂，氢键供体物质为尿素、n-甲基乙酰胺、乙酰胺中的一种或两种，导电剂为1,2-二氯乙烷、碳酸二甲酯中的一种或两种。专利技术人经过实验发现，如果将上述电解液应用于锌离子电池中，仍然存在电池的
技术实现思路
1、本专利技术的第一个目的是提供用于锌离子电池的电解液，以解决现有锌离子电池所存在的库伦效率低、容量快速衰减的问题。
2、本专利技术的第二个目的是提供锌离子电池，以解决现有锌离子电池所存在的库伦效率低、容量快速衰减的问题。
3、为实现上述第一个目的，本专利技术的技术方案是：
4、用于锌离子电池的电解液，所述用于锌离子电池的电解液由zn(clo4)2·6h2o和n-甲基乙酰胺组成，所述zn(clo4)2·6h2o与所述n-甲基乙酰胺的摩尔比为1：(3～8)。由此，本专利技术的电解液显著减少了自由水数量，有利于扩大电化学稳定窗口，使用本专利技术电解液组装的锌离子电池具有良好的库伦效率和容量保持率，可以改善锌离子电池的库伦效率低、容量快速衰减的问题。此外，本专利技术的电解液还具有生产成本低的优点。
5、本专利技术的电解液可以看作是路易斯酸和路易斯碱的共晶混合物，具有优异的溶解能力，成本低，组分可调，可以很好地弥补离子液体的溶解能力有限的不足。本专利技术的电解液具有较好的溶解能力，有利于提升锌离子电池的性能。
6、与传统的电解液相比，本专利技术的电解液具有更低的腐蚀电流，有效降低了电解液对锌负极的腐蚀；本专利技术的电解液具有较低的玻璃化转变温度(-80℃)，可在常温下保持稳定并有希望在较为恶劣的低温环境中应用；而且，以本专利技术的电解液组成zn-zn对称电池，金相显微镜原位观测显示锌电极在记录时间内无明显副反应发生，说明本专利技术的电解液确实有助于锌实现稳定的电镀/剥离行为；此外，以钒酸铵为正极和本专利技术的电解液组成全电池后，也有较高的库伦效率和容量保持率。
7、zn(clo4)2·6h2o提供的水分子分布在电解液中的zn2+溶剂化鞘中，使得zn2+去溶剂化有更低的能垒，减小形核过电势，有助于zn的均匀成核。而且，本专利技术电解液的制备原料的价格很低，有利于锌离子电池的商业化和规模化应用。
8、本专利技术电解液中，所述zn(clo4)2·6h2o与所述n-甲基乙酰胺的摩尔比为1：(3～8)。如果zn(clo4)2·6h2o与n-甲基乙酰胺的摩尔比过大，n-甲基乙酰胺的含量相对较少，不利于zn(clo4)2·6h2o的完全溶解。
9、所述用于锌离子电池的电解液的制备方法包括：将zn(clo4)2·6h2o和n-甲基乙酰胺在加热的条件下混合，使所述zn(clo4)2·6h2o完全溶解于n-甲基乙酰胺，随后冷却至室温，得到用于锌离子电池的电解液。
10、根据本专利技术的实施例，所述加热的温度为65～75℃，例如65℃、70℃、75℃。在该温度下，可以有效地提高固体zn(clo4)2·6h2o在液体n-甲基乙酰胺中的溶解度，形成透明澄清的溶液。
11、根据本专利技术的实施例，所述加热的时间为8～12min，例如8min、9min、10min、11min、12min。由此，可以提高固体zn(clo4)2·6h2o在液体n-甲基乙酰胺中的溶解度，形成透明澄清的溶液。
12、根据本专利技术的实施例，所述zn(clo4)2·6h2o与所述n-甲基乙酰胺的摩尔比为1：(3～6)。此时，可以进一步减弱h2o-h2o之间的氢键，进一步扩大电化学稳定窗口，进一步提高锌离子电池的库伦效率和容量保持率，延长锌离子电池的使用寿命。
13、为实现上述第二个目的，本专利技术的技术方案是：
14、本专利技术还提供锌离子电池，所述锌离子电池包括正极、负极和电解液，所述电解液由zn(clo4)2·6h2o和n-甲基乙酰胺组成，所述zn(clo4)2·6h2o与所述n-甲基乙酰胺的摩尔比为1：(3～8)。由此，该锌离子电池具有良好的库伦效率和容量保持率，改善了锌离子电池的库伦效率低、容量快速衰减的问题。
15、根据本专利技术的实施例，所述zn(clo4)2·6h2o与所述n-甲基乙酰胺的摩尔比为1：(3～6)。由此，本专利技术的电池具有更宽的电化学稳定窗口，可以进一步提高锌离子电池的库伦效率和容量保持率，延长电池的使用寿命。
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1.用于锌离子电池的电解液，其特征在于，所述用于锌离子电池的电解液由Zn(ClO4)2·6H2O和N-甲基乙酰胺组成，所述Zn(ClO4)2·6H2O与所述N-甲基乙酰胺的摩尔比为1：(3～8)。
2.根据权利要求1所述的用于锌离子电池的电解液，其特征在于，所述Zn(ClO4)2·6H2O与所述N-甲基乙酰胺的摩尔比为1：(3～6)。
3.锌离子电池，其特征在于，所述锌离子电池包括正极、负极和电解液，所述电解液由Zn(ClO4)2·6H2O和N-甲基乙酰胺组成，所述Zn(ClO4)2·6H2O与所述N-甲基乙酰胺的摩尔比为1：(3～8)。
4.根据权利要求3所述的锌离子电池，其特征在于，所述Zn(ClO4)2·6H2O与所述N-甲基乙酰胺的摩尔比为1：(3～6)。
【技术特征摘要】
1.用于锌离子电池的电解液，其特征在于，所述用于锌离子电池的电解液由zn(clo4)2·6h2o和n-甲基乙酰胺组成，所述zn(clo4)2·6h2o与所述n-甲基乙酰胺的摩尔比为1：(3～8)。
2.根据权利要求1所述的用于锌离子电池的电解液，其特征在于，所述zn(clo4)2·6h2o与所述n-甲基乙酰胺的摩尔比为1：(3～6)。
【专利技术属性】
技术研发人员：柳勇，冯凯佳，裴依飞，张万红，韩俊梅，刘苡辉，邢艺博，王广宾，柳竞，孔春阳，李昊明，刘艳美，徐彬瑞，任凤章，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：
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