[發(fā)明專利]一種鋅二次電池用電解液及其制備方法和用途

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011551170.0
• 申請(qǐng)日: 2020-12-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112467234B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-04-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周天易;穆延璐;葛廣路;陳嵐;李德興;江鵬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 國(guó)家納米科學(xué)中心
• 主分類號(hào): H01M10/36
• 分類號(hào): H01M10/36
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

本發(fā)明提供了一種鋅二次電池用電解液及其制備方法和用途。所述電解液包括溶劑、鋅鹽和添加劑；所述添加劑中包括至少一個(gè)氨基酸結(jié)構(gòu)。所述制備方法包括：將鋅鹽溶于溶劑中，隨后加入添加劑，混合，得到所述鋅二次電池用電解液；其中，所述添加劑中包括至少一個(gè)氨基酸結(jié)構(gòu)。本發(fā)明提供一種含有一個(gè)或多個(gè)氨基酸結(jié)構(gòu)的分子作為添加劑的鋅二次電池用電解液，從根本上出發(fā)解決了鋅的沉積不均勻?qū)е碌匿\枝晶的出現(xiàn)和電解液對(duì)鋅片腐蝕導(dǎo)致的脹氣問(wèn)題，從而提高了鋅二次電池的安全性。同時(shí)成本低，制備方法簡(jiǎn)單，易于生產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋅二次電池的技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種鋅二次電池用電解液及其制備方法和用途。

背景技術(shù)

鋅電池作為最古老的電池之一，與使用可燃有機(jī)電解質(zhì)的鋅離子電池(LIB)相比，鋅電池作為含水電解質(zhì)中的可持續(xù)電化學(xué)系統(tǒng)極大地解決了安全性的問(wèn)題。最近，可再充電鋅二次電池作為一種安全、環(huán)保的電化學(xué)系統(tǒng)而得到了復(fù)興。幾十年來(lái)，人們已經(jīng)對(duì)鋅離子電池進(jìn)行了大量的研究，包括氧化釩，氧化錳，普魯士藍(lán)類似物和有機(jī)材料等的極材料的研究已經(jīng)相當(dāng)成熟。相反，關(guān)于陽(yáng)極的研究迫切需要發(fā)展。在水性鋅離子二次電池中，金屬鋅來(lái)源豐富，價(jià)格便宜，氧化還原電勢(shì)低(相對(duì)于SHE為-0.76V)和理論容量較高(820mAhg^-1)，而成為了陽(yáng)極的優(yōu)秀候選者。盡管具有這些優(yōu)點(diǎn)，但鋅金屬陽(yáng)極仍然存在不均勻的金屬陽(yáng)離子沉積進(jìn)而可能會(huì)導(dǎo)致枝晶形成。此外，電解液在其表面上造成的腐蝕與形成的電化學(xué)惰性和不可逆副產(chǎn)物可能會(huì)引起脹氣與表面鈍化。因此，急需要開(kāi)發(fā)具有均勻鋅沉積的高度穩(wěn)定的鋅陽(yáng)極。

CN108807910A公開(kāi)了一種鋅離子電池，以錳基材料和石墨烯輔助鋅作為電極材料，含有可溶性鋅鹽和錳鹽的水溶液為電解液，具有廉價(jià)、安全、環(huán)保和快速充放電的特點(diǎn)。這種水系鋅離子電池的反應(yīng)機(jī)理是基于鋅離子在電極材料晶體結(jié)構(gòu)中的嵌入脫出，但由于鋅離子的半徑遠(yuǎn)大于鋰離子、鈉離子,在其嵌入脫出過(guò)程中電極材料更容易發(fā)生結(jié)構(gòu)坍塌；此外正極材料與水直接接觸引起正極溶解從而導(dǎo)致電池容量快速衰減，因此水系鋅離子電池的循環(huán)壽命較短，不利于其作為可充電電池進(jìn)行廣泛應(yīng)用。此外，目前的水系鋅離子電池仍存在脹氣、自放電、電解液揮發(fā)等問(wèn)題。

CN111900497A公開(kāi)了一種水系鋅離子電池電解液及其應(yīng)用。本申請(qǐng)的水系鋅離子電池電解液中含有溶劑水、高濃度電解質(zhì)鹽和鋅鹽；鋅鹽為水溶性的鹽；高濃度電解質(zhì)鹽為雙氟磺酰亞胺鉀和/或三氟甲磺酸鉀，且其質(zhì)量摩爾濃度不小于10mol/kg。上述方法難以從根本上解決溶液中濃度梯度引起的不均勻沉積，此外該方法只能一定程度上起到抑制鋅枝晶的生長(zhǎng)效果，同時(shí)它們的制備工藝復(fù)雜、成本高昂、很難應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中。

如何從根本上克服現(xiàn)有的鋅金屬負(fù)極由于充放電過(guò)程中鋅的沉積不均勻?qū)е碌闹L(zhǎng)以及電解液腐蝕造成的脹氣等安全性問(wèn)題，是亟待解決的一項(xiàng)技術(shù)問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種鋅二次電池用電解液及其制備方法和用途。本發(fā)明提供一種含有一個(gè)或多個(gè)氨基酸結(jié)構(gòu)的分子作為添加劑的鋅二次電池用電解液，從根本上出發(fā)解決了鋅的沉積不均勻?qū)е碌匿\枝晶的出現(xiàn)和電解液對(duì)鋅片腐蝕導(dǎo)致的脹氣問(wèn)題，從而提高了鋅二次電池的安全性。同時(shí)成本低，制備方法簡(jiǎn)單，易于生產(chǎn)。

為達(dá)到此發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

第一方面，本發(fā)明提供一種鋅二次電池用電解液，所述電解液包括溶劑、鋅鹽和添加劑；所述添加劑中包括至少一個(gè)氨基酸結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明所述氨基酸結(jié)構(gòu)具體是指所述的結(jié)構(gòu)分子基團(tuán)。

電解液中加入具有氨基酸結(jié)構(gòu)的添加劑，其氨基酸結(jié)構(gòu)可以吸附在含鋅金屬的極片的表面，同時(shí)還可以有效地絡(luò)合吸附鋅離子，促進(jìn)鋅離子在含鋅金屬的極片表面的分布平衡，從而使得鋅離子的沉積更加均勻，進(jìn)而抑制了鋅枝晶的形成。此外由于其在含鋅金屬的極片的表面絡(luò)合，可以一定程度上減緩電解液腐蝕的發(fā)生，防止析氣反應(yīng)而使得電池脹氣。