[發(fā)明專利]一種用于水系鋅離子二次電池的電解液及其制備方法和應用

有效

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• 申請日: 2018-03-14
• 公開（公告）號: CN108448168B
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發(fā)明（設計）人: 韓建濤;徐月
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H01M10/0563
• 分類號: H01M10/0563;H01M10/058
• 代理公司: 武漢大楚知識產權代理事務所(普通合伙) 42257
• 代理人: 徐楊松

本發(fā)明涉及一種用于水系鋅離子二次電池的電解液及其制備方法和應用，屬于電池技術領域。本發(fā)明的電解液由可溶性鋅鹽、鎳鹽、pH緩沖劑和去離子水組成，所述鋅鹽的濃度為1～3mol/L，鎳鹽的濃度為所述鋅鹽濃度的0.1‰～0.4‰，pH緩沖劑的濃度為0.1mol/L，其中，鎳鹽所含陰離子與鋅鹽陰離子組分相同。本發(fā)明通過在電解液中同時引入緩沖劑和鎳離子，可顯著減緩電解液在充放電過程中的分解，提高了普魯士藍類鋅離子電池庫倫效率和循環(huán)穩(wěn)定性，克服了現有技術中普魯士藍類正極水系鋅離子電池體系中存在的電解液分解和電池循環(huán)穩(wěn)定性較差的問題。另外，本發(fā)明的電解液配方簡單、成本低、綠色環(huán)保，適用于大規(guī)模儲能領域。

技術領域

本發(fā)明屬于電池技術領域，具體涉及一種用于水系鋅離子二次電池的電解液及其制備方法和應用。

背景技術

隨著石油等化石燃料的日漸枯竭，人們對太陽能、風能、水能等再生清潔能源的發(fā)展愈發(fā)重視。然而這些清潔能源具有間歇不穩(wěn)定性，如果直接并入電網將對電網產生巨大的沖擊，從而不利于這些能源的使用。因此，人們需要高功率和高能量的二次電池作為大型儲能工具有效地儲存和分配能量，起到削峰填谷的作用，使這些自然資源得到合理的利用。

當今比較突出的儲能介質為鋰離子電池，鋰離子電池具有工作電壓高、能量密度高，無記憶效應、自放電小、循環(huán)壽命長以及環(huán)境友好等方面的優(yōu)勢，在儲能電池中處于核心地位在全球范圍廣泛使用。然而最嚴重的問題在于鋰資源的儲量是有限的，嚴重制約了鋰離子電池在大規(guī)模儲能方面的應用。因此，尋找能代替鋰電池的新型電池體系迫在眉睫。而鋅離子電池因為資源豐富、環(huán)境友好、成本低廉，近幾年來廣受各界學者關注。

金屬鋅資源豐富，在地殼中的儲量居第23位，其在水中的標準電位是-0.763V，使得它與正極組成電池后開路電壓比較大。氫過電位在1.2V左右，這最大限度地減少了氫的析出，對電池的壽命和穩(wěn)定性都非常重要。鋅離子電池具有高能量密度和高功率密度以及良好的循環(huán)穩(wěn)定性，而且金屬鋅和其無機鹽是無毒的，在電池的生產和應用中幾乎不會有污染物的產生，所以鋅離子電池對環(huán)境友好，屬于綠色環(huán)保電池。普魯士藍類正極材料具有開放式框架結構，在晶格的空間結構中存在較大的空隙，鋅離子的半徑為0.074nm，能在其中的有效地進行脫嵌和傳輸。并且普魯士藍類化合物的制備方法簡單、環(huán)境友好、成本低廉、適合大規(guī)模應用，作為電池正極材料引起了人們的廣泛關注。而傳統(tǒng)的普魯士藍類鋅離子電池普遍存在著充電電位過高引起的電解液分解和電池循環(huán)穩(wěn)定性較差等問題，這些都有待進一步改善。

發(fā)明內容

本發(fā)明針對背景技術中所指出的問題及現有技術存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種用于水系鋅離子二次電池的電解液及其制備方法和應用。

為了實現本發(fā)明的上述第一個目的，發(fā)明人經過大量的試驗研究，開發(fā)出了一種用于水系鋅離子二次電池的電解液，所述電解液由可溶性鋅鹽、鎳鹽、pH緩沖劑和去離子水組成，所述鋅鹽的濃度為1～3mol/L，鎳鹽的濃度為所述鋅鹽濃度的0.1‰～0.4‰，pH緩沖劑的濃度為0.1mol/L，其中，鎳鹽所含陰離子與鋅鹽陰離子組分相同。

進一步地，上述技術方案中所述鋅鹽可以為硫酸鋅、氯化鋅、氟化鋅、硝酸鋅、乙酸鋅、六氟磷酸鋅、三氟甲磺酸鋅、高氯酸鋅、四氟硼酸鋅中的任一種或幾種。

進一步地，上述技術方案中pH緩沖劑優(yōu)選為檸檬酸。

進一步地，上述技術方案中所述鋅鹽優(yōu)選為硫酸鋅。

更進一步地，上述技術方案中所述硫酸鋅濃度優(yōu)選為3mol/L，所述鎳鹽的濃度優(yōu)選為1.2mmol/L。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種上述所述用于水系鋅離子二次電池的電解液的快速制備方法，所述方法如下：

分別依次向去離子水中加入鋅鹽、pH緩沖劑、鎳鹽，攪拌至完全溶解后，再向混合溶液中通入惰性氣氛除氧，得到所述目標電解液。