[發(fā)明專利]一種基于鉍元素改性的水系鋅離子電池電解液及其應(yīng)用在審
| 申請?zhí)枺?/td> | 202310393938.3 | 申請日： | 2023-04-13 |
| 公開（公告）號： | CN116315162A | 公開（公告）日： | 2023-06-23 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 林毅;劉艷;羅宏 | 申請（專利權(quán)）人： | 四川輕化工大學(xué) |
| 主分類號： | H01M10/36 | 分類號： | H01M10/36 |
| 代理公司： | 重慶博凱知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 50212 | 代理人： | 萬霞 |
| 地址： | 643000 四*** | 國省代碼： | 四川;51 |
| 權(quán)利要求書： | 查看更多 | 說明書： | 查看更多 |
| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 基于 元素 改性 水系 離子 電池 電解液 及其 應(yīng)用 | ||
本發(fā)明公開了一種基于鉍元素改性的水系鋅離子電池電解液及其應(yīng)用，所述水系鋅離子電池電解液中含有枸櫞酸鉍鉀、可溶性鋅鹽、檸檬酸鈉二水合物和烷基糖苷；水系鋅離子電池電解液中，所述枸櫞酸鉍鉀的濃度為0.2~100?mmol/L，所述可溶性鋅鹽的濃度為0.5~3?mol/L。所述檸檬酸鈉二水化合物的濃度為0.01?mol/L，所述烷基糖苷的濃度為50~300?mmol/L。使用該電解液可以有效抑制鋅負極在充放電過程中枝晶的生長，促進鋅均勻電鍍和剝離，延長鋅離子電池的使用壽命，且使用簡單、方便，具有工業(yè)化推廣應(yīng)用價值。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于新能源材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及鋅離子電池，具體涉及基于鉍元素改性水系鋅離子電池電解液及其應(yīng)用。
背景技術(shù)
基于對清潔能源的不斷追求，以及鋰礦稀缺性、鋰離子電池使用安全性方面的考量，人們一直致力于開發(fā)鋰離子電池之外的電池系統(tǒng)。其中，水系鋅離子電池由于成本低、環(huán)境友好性和不可燃的特性，被視作當(dāng)今極具前途的適合經(jīng)濟、大規(guī)模能源部署的替代方案之一。然而，鋅離子電池在充放電過程中，鋅枝晶的形成和副反應(yīng)（如：腐蝕、鈍化和析氫反應(yīng)）的發(fā)生，導(dǎo)致電池庫侖效率不理想、鋅電極利用率低、電池使用壽命短的問題阻礙了水系鋅離子電池的應(yīng)用。
通過合金化或在鋅電極表面鍍一層親鋅且耐蝕的金屬層是抑制充放電過程中鋅離子電池鋅電極表面枝晶生長以及副反應(yīng)發(fā)生的可行策略。金屬鉍生產(chǎn)成本低廉、無毒、相對于標準氫電極電位為0.32V。因此，利用鉍元素調(diào)控水系鋅離子電池的策略極具吸引力。中國科技大學(xué)陳維課題組將鋅電極在氯化鉍溶液中短時間浸泡，在電極表面形成15微米厚的鉍金屬層，提高了電極耐腐蝕性能，抑制了電池充放電過程中副反應(yīng)，有效提高了鋅電池循環(huán)壽命，但是單純浸泡處理，不好控制鉍離子與鋅的置換反應(yīng)速率。南方科技大學(xué)徐建鐵教授課題組通過在鋅電極表面制備一層三維交聯(lián)結(jié)構(gòu)鉍-PVDF保護層，抑制鋅枝晶的形成和副反應(yīng)，促進鋅在循環(huán)過程中均勻的電鍍和剝離，提高了鋅電池循環(huán)壽命，但是該方法制備電極保護層時涉及多個步驟、制備周期長，且依靠涂覆所形成的PVDF層存在與鋅電極結(jié)合不牢，可能在充放電過程中有脫落的風(fēng)險。
發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明的目的就在于提供一種基于鉍元素改性的水系鋅離子電池電解液及其應(yīng)用，使用該電解液可以有效抑制鋅負極在充放電過程中枝晶的生長，促進鋅均勻電鍍和剝離，延長鋅離子電池的使用壽命，且使用簡單、方便，具有工業(yè)化推廣應(yīng)用價值。
本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：
一種基于鉍元素改性的水系鋅離子電池電解液，所述水系鋅離子電池電解液中含有枸櫞酸鉍鉀和可溶性鋅鹽；水系鋅離子電池電解液中，所述枸櫞酸鉍鉀的濃度為0.2~100mmol/L，所述可溶性鋅鹽的濃度為0.5~3mol/L。
進一步地，所述水系鋅離子電池電解液中還含有檸檬酸鈉二水合物和烷基糖苷；水系鋅離子電池電解液中，所述檸檬酸鈉二水化合物的濃度為0.01?mol/L，所述烷基糖苷的濃度為50~300?mmol/L。
進一步地，所述水系鋅離子電池電解液按以下制備方法制備得到：
S1：將檸檬酸鈉二水合物加入到水中攪拌，充分溶解后，再加入枸櫞酸鉍鉀，攪拌使其充分溶解，得到A液；
S2：將可溶性鋅鹽加入到水中攪拌，充分溶解后，再加入烷基糖苷，攪拌使其充分溶解，得到B液；
S3：將A液和B液混合攪拌，混合均勻后即得所述水系鋅離子電池電解液。
進一步地，所述可溶性鋅鹽為硫酸鋅七水合物、氯化鋅、硝酸鋅和三氟甲磺酸鋅中的一種或多種。
進一步地，所述烷基糖苷的質(zhì)量分數(shù)為50%。
一種基于鉍元素改性的水系鋅離子電池電解液在鋅離子電池中的應(yīng)用。
進一步地，所述鋅離子電池包括對稱紐扣鋅離子電池和紐扣鋅離子全電池。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：
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