[發明專利]一種用于鋅負極改性的成膜電解質及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202210859779.7
• 申請日: 2022-07-21
• 公開（公告）號: CN115189043A
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發明（設計）人: 王慶紅;任凱欣;謝凱璇;賴超
• 申請（專利權）人: 江蘇師范大學
• 主分類號: H01M10/36
• 分類號: H01M10/36;H01M10/42
• 代理公司: 北京淮海知識產權代理事務所(普通合伙) 32205
• 代理人: 李妮

本發明公開了一種用于鋅負極改性的成膜電解質及其制備方法和應用，所述電解質由可溶性鋅鹽、作為成膜添加劑的聚丙烯酸和溶劑水構成。制備方法：將聚丙烯酸溶于去離子水中，在常溫條件下攪拌溶解配制成質量分數為0.1～3％的聚丙烯酸水溶液；向聚丙烯酸水溶液中加入可溶性鋅鹽，在常溫條件下攪拌溶解配制成用于鋅負極改性的成膜電解液，用于鋅負極改性的成膜電解液中，可溶性鋅鹽的濃度為1～3mol/L。該制備方法工藝簡單，成本低，易于規模化生產；所制備得到的電解質能夠抑制鋅枝晶生長和鋅負極腐蝕，將其應用于鋅離子電池中能提高鋅離子電池的循環穩定性和庫倫效率，提高鋅離子電池的電化學性能。

技術領域

本發明涉及水系鋅離子電池技術領域，具體涉及一種用于鋅負極改性的成膜電解質及其制備方法和應用。

背景技術

傳統儲能技術帶來的環境污染和能源危機已成為當前最嚴重的兩個問題。為應對新能源(光能、風能、潮汐能等)的不穩定問題和移動設備的發展，人們對高能量密度、低成本的環保型電網儲能設備需求不斷增加。鋰離子電池是目前研究最深入的能源存儲技術，得益于其長循環壽命和較為理想的重量能量密度在應用領域中占據主導地位。然而，可燃性有機電解液、金屬鋰資源短缺、回收率低等安全問題限制了其進一步發展與應用。

水系鋅離子電池(AZIBs)采用低成本且儲量豐富的鋅金屬作為負極材料，具有相對較低的氧化還原電位(-0.76V vs SHE)、高容量、低成本、環境友好、高安全性等優點，在大規模儲能方面具有良好的發展前景。電解液作為AZIBs的重要組成部分，其性能優劣直接影響AZIBs的整體性能。目前，水系鋅離子電池的電解液一般采用硫酸鋅和三氟甲烷磺酸鋅。其中硫酸鋅溶液廉價易得，但負極易產生明顯的鋅枝晶，枝晶不斷生長刺穿隔膜容易引發電池內部短路。同時，正極會伴隨有堿式硫酸鋅Zn₄(OH)₆(SO₄)₄·nH₂O副產物的生成，從而降低庫倫效率，導致電池失效。三氟甲烷磺酸鋅溶液雖然能改善以上問題，但價格昂貴，成本較高。近來，電解液添加劑被證明是一種簡單而有效的提升電化學性能的方法。各種電解質添加劑，如有機小分子、高濃度金屬鹽、有機電解質已被用于電解質優化。但存在價格高，界面不穩定等問題。因此，探索一種低成本、高性能的電解液可以推動AZIBs的發展。

發明內容

本發明的目的在于提供一種用于鋅負極改性的成膜電解質及其制備方法和應用，該制備方法工藝簡單，成本低，易于規模化生產；所制備得到的電解質能夠抑制鋅枝晶生長和鋅負極腐蝕，將其應用于鋅離子電池中能提高鋅離子電池的循環穩定性和庫倫效率，提高鋅離子電池的電化學性能。

為了實現上述目的，本發明提供了一種用于鋅負極改性的成膜電解質，所述電解質由可溶性鋅鹽、作為成膜添加劑的聚丙烯酸和溶劑水構成。

優選的，所述成膜添加劑在電解質中的質量分數為0.1～3％。

優選的，所述可溶性鋅鹽為硫酸鋅、硝酸鋅、乙酸鋅、氯化鋅、高氯酸鋅、四氟硼酸鋅中的一種。

優選的，所述可溶性鋅鹽的濃度為1～3mol/L。

為了實現發明目的，本發明提還供了上述用于鋅負極改性的成膜電解質的制備方法，包括以下步驟：包括以下步驟：將聚丙烯酸溶于去離子水中，在常溫條件下攪拌溶解配制成聚丙烯酸水溶液；向聚丙烯酸水溶液中加入可溶性鋅鹽，在常溫條件下攪拌溶解配制成用于鋅負極改性的成膜電解液。

優選的，所述聚丙烯酸水溶液的質量分數為0.1～3％。

優選的，用于鋅負極改性的成膜電解液中，可溶性鋅鹽的濃度為1～3mol/L。

為了實現發明目的，本發明提還供了一種水系鋅離子電池，所述電池包括鋅正極、鋅負極以及由鋅正極和鋅負極夾持的上述用于鋅負極改性的成膜電解質。

優選的，所述鋅負極為金屬鋅箔、納米鋅粉末或三維集流體負載金屬鋅制備的電極。