[發明專利]一種功能化氮化硼作為電解液添加劑的應用、水系電解液、鋅離子電池/電容器

在審

• 申請號: 202210484551.4
• 申請日: 2022-05-06
• 公開（公告）號: CN114843626A
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發明（設計）人: 郎俊偉;蘇開力買;汪妍;馬鵬軍;吳偉;張旭;楊兵軍
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘭州化學物理研究所;青島市資源化學與新材料研究中心
• 主分類號: H01M10/36
• 分類號: H01M10/36;H01M10/42;H01G11/64;H01G11/84
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 劉奇

本發明提供了一種功能化氮化硼作為電解液添加劑的應用、水系電解液、鋅離子電池/電容器，涉及電池/電容器技術領域。本發明在電解液中引入功能化氮化硼添加劑，氮化硼界面的富Lewis酸位點(B原子)和親鋅位點(N原子)對鋅離子濃度梯度和電極/電解液界面的電場有較大的調節作用，能夠降低鋅枝晶成核和生長速率，誘導鋅離子均勻沉積；此外，本發明在電解液中引入功能化氮化硼添加劑，其表面含有由功能化氮化硼修飾物提供的大量的多羥基等基團，使得功能化氮化硼顆粒在電場的作用下可以被優先吸附在隔膜孔道和鋅負極表面，吸附在鋅負極表面的功能化氮化硼會堵塞或覆蓋枝晶形成部位，防止枝晶擴散。

技術領域

本發明涉及電池/電容器技術領域，尤其涉及一種功能化氮化硼作為電解液添加劑的應用、水系電解液、鋅離子電池/電容器。

背景技術

新能源戰略體系的建設和電子技術的飛速發展對儲能器件的性能提出了更高的要求。盡管鋰離子電池被認為是儲能技術的主流，但由金屬鋰高的電化學活性和易燃有機電解質引發的安全問題、鋰資源的匱乏和價格昂貴等問題，嚴重阻礙了鋰基電池的可持續發展。由于水的非可燃性，采用水作為溶劑的水系電解液可以從根本上解決易燃有機電解液引起的安全問題。鋅金屬因其高理論容量(820mAh·g^-1)、低氧化還原電勢(-0.762Vvs.SHE)、低活性、低成本、低毒性且資源豐富而被認為是儲能器件的理想負極。因此，基于水系電解液的水系鋅離子電池和鋅離子電容器在比容量、安全性、經濟性和環保性等方面具有很大的優勢，受到了人們的廣泛關注。然而，鋅枝晶的不可控生長會導致器件庫倫效率低、循環穩定性差甚至還會刺穿隔膜造成短路等問題，大大制約了鋅離子電池/電容器的商業化發展。

為了抑制鋅枝晶生長，科研工作者們從不同的角度進行了許多嘗試，包括新型鋅電極結構設計、鋅表面人工涂層的構建、隔膜的改性和電解液改性。其中，從實際應用角度出發，在不改變生產工藝的前提下，使用電解液添加劑是抑制鋅枝晶最簡單、最有效且容易實現的方法。這些添加劑可以改善鋅離子的溶劑化結構和鋅負極與電解液之間的界面環境，促進鋅負極表面電場分布的均勻性，優化鋅離子的均勻沉積，避免鋅枝晶過度生長，同時還能降低鋅負極腐蝕和鈍化。因此，開發一種能夠抑制鋅枝晶生長且綠色環保的水系電解液添加劑是構建高性能水系鋅離子電池/電容器的關鍵之一。目前，未見到有關氮化硼作為電解液添加劑來抑制鋅枝晶生長和提高器件循環穩定性的相關報道。

發明內容

本發明的目的在于提供一種功能化氮化硼作為電解液添加劑的應用、水系電解液、鋅離子電池/電容器，本發明將功能化氮化硼作為電解液添加劑，可以避免鋅枝晶的過度生長，最終提高鋅離子電池/電容器的電化學性能。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

本發明提供了功能化氮化硼作為電解液添加劑的應用，所述功能化氮化硼為多巴胺修飾氮化硼、十二烷基苯磺酸鈉修飾氮化硼、聚丙烯酰胺修飾氮化硼或鞣酸修飾氮化硼。

優選的，所述多巴胺修飾氮化硼的制備方法包括：將氮化硼和多巴胺分散到緩沖液中，進行自組裝，固液分離后得到多巴胺修飾氮化硼；

所述十二烷基苯磺酸鈉修飾氮化硼的制備方法包括：將氮化硼納米片和十二烷基苯磺酸鈉水溶液混合，同時進行攪拌和超聲處理，得到十二烷基苯磺酸鈉修飾氮化硼；

所述聚丙烯酰胺修飾氮化硼的制備方法包括：將氮化硼、聚丙烯酰胺和水進行球磨混合，干燥后，將所得粉體進行壓制，得到坯料；將所述坯料進行煅燒，得到聚丙烯酰胺修飾氮化硼；

所述鞣酸修飾氮化硼的制備方法包括：將鞣酸的水溶液和氮化硼混合，同時進行攪拌和第一超聲，然后將所得分散液進行第二超聲，離心，得到鞣酸修飾氮化硼。

本發明提供了一種水系電解液，包括功能化氮化硼、可溶性鋅鹽和水；所述功能化氮化硼為多巴胺修飾氮化硼、十二烷基苯磺酸鈉修飾氮化硼、聚丙烯酰胺修飾氮化硼或鞣酸修飾氮化硼。