[發明專利]一種中性或弱酸性鋅基電池的多功能復合電解液

在審

• 申請號: 202010883598.9
• 申請日: 2020-08-28
• 公開（公告）號: CN114122533A
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發明（設計）人: 遲曉偉;邱奇糧;劉宇;杜月秀;黃佳琪
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: H01M10/36
• 分類號: H01M10/36
• 代理公司: 上海瀚橋專利代理事務所(普通合伙) 31261
• 代理人: 曹芳玲;鄭優麗

本發明涉及一種中性或弱酸性鋅基電池的多功能復合電解液，所述多功能復合電解液包括：溶劑、溶質、和多功能修飾劑；所述溶劑選自鋅鹽；所述多功能修飾劑選自表面活性劑、有機高分子增溶劑、季銨鹽抗枝晶劑、咪唑基防腐蝕劑、鋅離子絡合劑中的至少3種。

技術領域

本發明涉及一種鋅電池用電解液，具體涉及一種中性或弱酸性鋅基電池的多功能復合電解液，屬于鋅電池電解液技術領域。

背景技術

鋅基水系電池具有成本低、能量密度高、安全性好等特點，在大規模儲能和便攜式領域中具有廣闊的應用前景。鋅基水系電池采用弱酸性(pH在3-7之間)的鹽溶液為電解液，高比能量的金屬鋅為負極，高穩定性的離子脫嵌化合物為正極。在電池的循環充放電過程中，鋅負極側發生鋅離子的溶解沉積反應，正極側發生離子的嵌入脫出反應，電解液起離子傳輸作用。金屬鋅的電極電位為-0.76V，化學活性較高，在弱酸性的鹽溶液中不穩定，易發生腐蝕反應而損耗，導致電池容量的衰減，降低了電池性能。同時，金屬鋅負極在電池的循環充放電過程中，鋅離子的不均勻溶解和沉積，會導致鋅枝晶的生長，鋅枝晶的折斷溶解將導致“死鋅”產生，鋅負極將不斷損耗，減低電池的循環壽命；當鋅枝晶刺穿隔膜，將導致電池內部短路，電池報廢。

根據中國發明專利文獻1(公開號CN109273759A)，為解決鋅負極腐蝕和枝晶生長問題，該發明用醚類溶劑替換水溶劑，雖然能夠緩解鋅負極腐蝕和枝晶生長問題，但有機溶劑的使用顯著降低了電解液的離子電導率，而且成本相對較高。

根據中國發明專利文獻2(公開號CN110828896A)，該發明公開了一種金屬枝晶抑制多功能修飾劑的用途、含該多功能修飾劑的電解液和電池，其效果是能夠有效抑制金屬枝晶生長，但卻未提及多功能修飾劑的抑腐蝕作用。

根據中國發明專利文獻3(公開號CN108807910A)，該發明提供了一種水系鋅離子電池，其在電解液中添加微量的錳鹽和緩蝕劑，能夠有效地緩解鋅腐蝕、鈍化等問題。然而卻未提及多功能修飾劑的抑枝晶生長作用。

上述專利在鋅基水系電池中，僅能夠適當解決鋅基水系電池的某個技術問題，但均未能在水系電解液的基礎上，從多功能、全方位的角度考慮到鋅負極側在鋅基水系電池中的腐蝕、枝晶生長等問題。

發明內容

為了克服上述技術缺陷，本發明目的在于提供一種鋅基水系電池用的多功能復合電解液，所述多功能復合電解液包括：溶劑、溶質、和多功能修飾劑；所述溶劑選自鋅鹽；所述多功能修飾劑選自表面活性劑、有機高分子增溶劑、季銨鹽抗枝晶劑、咪唑基防腐蝕劑、鋅離子絡合劑中的至少3種。

在本發明中，含有至少3種飾劑的復合電解液，不僅能夠有效緩解鋅電極在水系電解液中存在的腐蝕問題(基于表面活性劑、有機高分子增溶劑、咪唑基防腐蝕劑)，同時能夠有效抑制電池在循環充放電過程中存在的鋅枝晶生長問題(基于表面活性劑、有機高分子增溶劑、季銨鹽陽離子)，從而提高鋅基水系電池的循環穩定性和循環壽命。

較佳的，所述溶劑為水。

較佳的，所述鋅鹽選自三氟甲磺酸鋅、硫酸鋅、醋酸鋅、硝酸鋅、氯化鋅、高氯酸鋅中的至少一種；優選地，所述溶質還包含其它金屬鹽，所述其他金屬鹽的陽離子選自鉀離子、鈉離子、鋰離子、錳離子、鈣離子、鎂離子、鋁離子中的至少一種。

較佳的，所述其他金屬鹽選自三氟甲磺酸鹽、硫酸鹽、醋酸鹽、硝酸鹽、氯化鹽、高氯酸鹽中的至少一種。

較佳的，所述鋅鹽的濃度為0.1～3moL/L；所述其他金屬鹽的濃度為0.1～1moL/L。

較佳的，所述表面活性劑選自吐溫-20、吐溫-80、surfynol 104E、OP-(4、6、7、9、10)、NP-(4、6、7、9、10)中的至少一種；其中OP為辛基酚聚氧乙烯醚，NP為壬基酚聚氧乙烯醚，數字代表分子結構中加成的環氧乙烷片段數量；