[發(fā)明專利]鋅離子電池

在審

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• 申請日: 2020-12-28
• 公開（公告）號: CN112751086A
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發(fā)明（設計）人: 羅云峰;劉正軍;羅小松;陳璞
• 申請（專利權）人: 陳璞
• 主分類號: H01M10/0568
• 分類號: H01M10/0568;H01M10/0569;H01M10/054
• 代理公司: 北京清亦華知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 周慧云

本發(fā)明公開了一種鋅離子電池，其中，所述鋅離子電池的電解液包括磷酸酯類溶劑和含鋅離子的鹽。該鋅離子電池通過采用包括磷酸酯類溶劑和含鋅離子的鹽的有機電解液，可以有效解決現(xiàn)有鋅離子電池中正極活性物質(zhì)易溶出、易析氫/析氧、電壓窗口低以及鋅負極枝晶生長等問題，從而可以提高鋅離子電池的比容量、循環(huán)性能和安全性。

技術領域

本發(fā)明屬于電池技術領域，具體涉及一種鋅離子電池。

背景技術

在可充電池中，電解液是關鍵組成部分，其理化性質(zhì)對電池的使用壽命、電化學性能等具有重要影響。錳基(如LiMn₂O₄、MnO₂)、釩基(如V₂O₅)材料作為正極，鋅作為負極的電池，大多采用水系電解液，即以H₂O作為溶劑，加入金屬鹽電解質(zhì)。然而，采用上述水系電解液具有下列缺陷：(1)活性物質(zhì)溶出：當正極材料接觸H₂O，存在活性物質(zhì)溶出現(xiàn)象，導致正極材料結構坍塌，因而影響電池的容量和循環(huán)性能。尤其是錳基、釩基等材料作為正極時，活性物質(zhì)溶出現(xiàn)象非常明顯；(2)析氣：鋅離子電池采用水系電解液，存在析氣現(xiàn)象，導致電池體系不穩(wěn)定；(3)電壓窗口低：水的分解電壓限制了水系電池的電壓窗口不能過高；(4)金屬鋅負極在傳統(tǒng)的水系電解液中存在鋅枝晶生長的問題，會降低鋅離子電池的安全性和循環(huán)壽命。

因此，現(xiàn)有的鋅離子電池有待改善。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。為此，本發(fā)明的一個目的在于提出一種鋅離子電池，該鋅離子電池通過采用包括磷酸酯類溶劑和含鋅離子的鹽的有機電解液，可以有效解決現(xiàn)有鋅離子電池中正極活性物質(zhì)易溶出、易析氫/析氧、電壓窗口低以及鋅負極枝晶生長等問題，從而可以提高鋅離子電池的比容量、循環(huán)性能和安全性。

在本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明提出了一種鋅離子電池。根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述鋅離子電池的電解液包括磷酸酯類溶劑和含鋅離子的鹽。

根據(jù)本發(fā)明實施例的鋅離子電池，通過采用包括磷酸酯類溶劑和含鋅離子的鹽的電解液，含鋅離子的鹽能很好地溶解于磷酸酯類溶劑中，由于該電解液不含水，正極材料在放電過程中產(chǎn)生的金屬離子不溶于該電解液中，從而能夠有效抑制正極活性物質(zhì)的溶出，穩(wěn)定正極材料的結構，進而可以提高鋅離子電池的容量和循環(huán)性能；其次，正極材料的活性物質(zhì)是氧化劑，具有催化性，與水系電解液接觸易發(fā)生催化反應，析出氧氣，負極鋅被水系電解液腐蝕易析出氫氣，而采用本申請的電解液可以有效避免電解液中發(fā)生析氣副反應而導致的電池容量衰減、鼓脹甚至爆炸，有利于維持電池體系穩(wěn)定；并且，本申請的電解液相對于水系電解液具有更高的分解電壓，擴充了電池的電壓窗口，提高了電池的耐過度充電的能力；另外，本申請的電解液與鋅負極界面穩(wěn)定性高，能夠引導鋅的均勻沉積，阻止枝晶的形成和生長，改善了電池安全性和循環(huán)壽命。由此，采用本申請的電解液可以有效解決現(xiàn)有鋅離子電池中正極活性物質(zhì)易溶出、易析氫/析氧、電壓窗口低以及鋅負極枝晶生長等問題，從而可以提高鋅離子電池的比容量、循環(huán)性能和安全性。

另外，根據(jù)本發(fā)明上述實施例的鋅離子電池還可以具有如下附加的技術特征：

在本發(fā)明的一些實施例中，其特征在于，所述磷酸酯類溶劑包括磷酸三甲酯和磷酸三乙酯中的至少之一或者包括磷酸三甲酯和磷酸三乙酯中的至少之一與乙二醇、聚乙二醇、丙三醇、碳酸二甲酯、碳酸乙烯酯和碳酸丙烯酯中的至少之一組成的混合液。由此，含鋅離子的鹽能很好地溶解于磷酸酯類溶劑中。

在本發(fā)明的一些實施例中，所述含鋅離子的鹽包括四氟硼酸鋅、高氯酸鋅、甲烷磺酸鋅、硫酸鋅、硝酸鋅、草酸鋅、苯磺酸鋅、對甲苯磺酸鋅和異辛酸鋅中的至少之一。由此，可以為電池提供鋅離子。

在本發(fā)明的一些實施例中，所述電解液中鋅離子的濃度為0.5～5mol/L。由此，使得鋅離子電池的電化學性能較佳。