【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电池，具体地，涉及一种含氟和羰基有机添加剂的水系复合电解液及其制法和应用。
技术介绍
1、锌金属，与水和空气兼容性好，其较负的氧化还原电势(-0.76v vs标准氢电极)、较高的理论容量(820mah·g-1和5855mah·cm-3)、低成本和高安全性使其成为具有高度竞争力的水系金属离子电池负极。
2、不幸的是，目前的水系锌金属电池面临着诸如严重的金属阳极腐蚀、枝晶生长和寄生副反应等挑战。在传统的水系锌离子电池中，由于zn成核不均匀和zn2+扩散不均匀以及缓慢等问题，导致锌枝晶的形成。锌枝晶的持续生长会导致循环寿命差，库仑效率降低，产生死锌，甚至短路。此外，zn2+溶剂化鞘结构中的6个h2o分子具有较高的反应活性，在脱溶剂过程中容易诱导析氢反应和锌腐蚀反应，会不断消耗电解液和锌阳极。同时会诱导无活性副产物的生成，造成锌负极表面钝化以及电池膨胀。这些问题显著降低了水系锌离子电池的库伦效率和使用寿命，阻碍了水性锌离子电池的大规模应用。
技术实现思路
1、为了解决现有水系金属电池存在的锌枝晶生长，负极耐腐蚀性差、电化学性能和循环稳定性差，电解液稳定性低的技术问题，本专利技术提供了一种含氟和羰基有机添加剂的水系复合电解液及其制法和应用。
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
3、一种含氟和羰基有机添加剂的水系复合电解液，包括电解液盐、含氟和羰基的有机添加剂和去离子水；其中，含氟和羰基的有机物添加剂的体积分数为0.05-4vol.
4、所述的含氟和羰基的有机添加剂的体积分数不宜过高，尤其不能超过4.5vol％。由于氟化的酮浓度过高会与水不相兼容，使得极化电压增大。
5、进一步地，所述的含氟和羰基的有机添加剂为六氟乙酰丙酮或三氟乙酰丙酮，结构式如下(x为f时为六氟乙酰丙酮，x为h时为三氟乙酰丙酮)：
6、
7、本专利技术在含有电解液盐的水系电解液中加入含氟和羰基的有机物添加剂制成水系复合电解液，专利技术人利用该添加剂中所含氟和羰基官能团，不仅优先吸附于锌金属表面的活性位点上，重建阳极-电解质界面，形成保护层，防止锌金属和水分子之间的直接接触。还可以进入锌离子的溶剂化结构中，取代其中的活性水分子，并与水分子之间形成氢键，降低水分子的活性，实现抑制析氢腐蚀和枝晶生长的双重效果，从而延长锌金属负极的循环寿命和库伦效率。
8、进一步地，所述电解液盐为可溶性锌盐；优选的，选自硫酸锌、三氟甲烷磺酸锌、四氟硼酸锌、高氯酸锌、醋酸锌、氯化锌中的一种或两种以上的组合。
9、进一步地，所述含氟和羰基的有机添加剂的体积分数为0.05-4vol％，电解液盐的浓度为0.8-3.5mol/l。
10、进一步地，所述含氟和羰基的有机添加剂的体积分数为0.1-2vol％，电解液盐的浓度为1.0-3.0mol/l。
11、本专利技术还提供了上述复合电解液的制备方法，包括以下步骤：
12、步骤1：将去离子水与含氟和羰基的有机添加剂按一定的体积比混合；
13、步骤2：往步骤1所得的混合溶剂中加入电解液盐，搅拌至溶解，静置，获得稳定的含氟、羰基有机添加剂的水系复合电解液。
14、本专利技术还提供了上述复合电解液在制备对称电池、半电池或水系锌离子电池中的应用。
15、进一步地，所述对称电池通过上述水系复合电解液和商用锌片组装得到。
16、进一步地，所述半电池通过上述水系复合电解液和商用集流体组装得到；所述商用集流体选自铜箔、钛箔、碳布、碳纸、钛网、不锈钢网、不锈钢片的任意一种。
17、进一步地，所述水系锌离子电池通过上述水系复合电解液、商用锌片和作为正极的mno2或芘4,5,9,10-四酮(pto)组装得到。
18、本专利技术的有益效果：
19、(1)本专利技术将含有氟和羰基的有机物作为添加剂添加到水系复合电解液中，由于其所含的大量氟和羰基，在水系锌盐电解液中，可以通过对锌表面的吸附作用，构筑锌表面保护层，减少水分子和锌阳极之间的直接接触，抑制锌的腐蚀，通过其优异的锌亲和力促使锌的均匀沉积；此外，该含氟和羰基的有机物添加剂能参与锌离子的溶剂化结构调节，降低水分子的活性，抑制析氢腐蚀和调节脱溶剂化能，实现锌沉积行为的调控，从而提高了锌负极的耐腐蚀性和可逆循环性。
20、(2)本专利技术得到的水系复合电解液显著提升了锌负极的耐腐蚀性和循环稳定性，使用与商业水系锌离子电池电解液的长期存储和使用，提高了锌负极的电化学性能和循环稳定性，对称电池循环超过2700小时，全电池循环接近5000圈，有效改善了水系锌离子电池的性能。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.含氟和羰基有机添加剂的水系复合电解液，其特征在于，包括电解液盐、含氟和羰基的有机添加剂和去离子水。
2.根据权利要求1所述的含氟和羰基有机添加剂的水系复合电解液，其特征在于，含氟和羰基的有机物添加剂的体积分数为0.05-4vol.％，电解液盐的浓度为0.5-3.5mol/L。
3.根据权利要求2所述的含氟和羰基有机添加剂的水系复合电解液，其特征在于，所述含氟和羰基的有机添加剂的体积分数为0.05-4vol％，电解液盐的浓度为0.8-3.5mol/L。
4.根据权利要求3所述的含氟和羰基有机添加剂的水系复合电解液，其特征在于，所述含氟和羰基的有机添加剂的体积分数为0.1-2vol％，电解液盐的浓度为1.0-3.0mol/L。
5.根据权利要求1所述的含氟和羰基有机添加剂的水系复合电解液，其特征在于，所述的含氟和羰基的有机添加剂为六氟乙酰丙酮或三氟乙酰丙酮，结构式如下：
6.根据权利要求1所述的含氟和羰基有机添加剂的水系复合电解液，其特征在于，所述电解液盐为可溶性锌盐。
7.根据权利要求1所述的含氟和羰基有机
8.根据权利要求1所述的含氟和羰基有机添加剂的水系复合电解液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
9.根据权利要求1所述的水系复合电解液在制备对称电池、半电池或水系锌离子电池中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述对称电池通过上述水系复合电解液和商用锌片组装得到；
...【技术特征摘要】
1.含氟和羰基有机添加剂的水系复合电解液，其特征在于，包括电解液盐、含氟和羰基的有机添加剂和去离子水。
2.根据权利要求1所述的含氟和羰基有机添加剂的水系复合电解液，其特征在于，含氟和羰基的有机物添加剂的体积分数为0.05-4vol.％，电解液盐的浓度为0.5-3.5mol/l。
3.根据权利要求2所述的含氟和羰基有机添加剂的水系复合电解液，其特征在于，所述含氟和羰基的有机添加剂的体积分数为0.05-4vol％，电解液盐的浓度为0.8-3.5mol/l。
4.根据权利要求3所述的含氟和羰基有机添加剂的水系复合电解液，其特征在于，所述含氟和羰基的有机添加剂的体积分数为0.1-2vol％，电解液盐的浓度为1.0-3.0mol/l。
5.根据权利要求1所述的含氟和羰基有机添加剂...
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。