[发明专利]一种用于水系锌离子二次电池的电解液及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种用于水系锌离子二次电池的电解液及其制备方法和应用，属于电池技术领域。本发明的电解液由可溶性锌盐、镍盐、pH缓冲剂和去离子水组成，所述锌盐的浓度为1～3mol/L，镍盐的浓度为所述锌盐浓度的0.1‰～0.4‰，pH缓冲剂的浓度为0.1mol/L，其中，镍盐所含阴离子与锌盐阴离子组分相同。本发明通过在电解液中同时引入缓冲剂和镍离子，可显著减缓电解液在充放电过程中的分解，提高了普鲁士蓝类锌离子电池库伦效率和循环稳定性，克服了现有技术中普鲁士蓝类正极水系锌离子电池体系中存在的电解液分解和电池循环稳定性较差的问题。另外，本发明的电解液配方简单、成本低、绿色环保，适用于大规模储能领域。

技术领域

本发明属于电池技术领域，具体涉及一种用于水系锌离子二次电池的电解液及其制备方法和应用。

背景技术

随着石油等化石燃料的日渐枯竭，人们对太阳能、风能、水能等再生清洁能源的发展愈发重视。然而这些清洁能源具有间歇不稳定性，如果直接并入电网将对电网产生巨大的冲击，从而不利于这些能源的使用。因此，人们需要高功率和高能量的二次电池作为大型储能工具有效地储存和分配能量，起到削峰填谷的作用，使这些自然资源得到合理的利用。

当今比较突出的储能介质为锂离子电池，锂离子电池具有工作电压高、能量密度高，无记忆效应、自放电小、循环寿命长以及环境友好等方面的优势，在储能电池中处于核心地位在全球范围广泛使用。然而最严重的问题在于锂资源的储量是有限的，严重制约了锂离子电池在大规模储能方面的应用。因此，寻找能代替锂电池的新型电池体系迫在眉睫。而锌离子电池因为资源丰富、环境友好、成本低廉，近几年来广受各界学者关注。

金属锌资源丰富，在地壳中的储量居第23位，其在水中的标准电位是-0.763V，使得它与正极组成电池后开路电压比较大。氢过电位在1.2V左右，这最大限度地减少了氢的析出，对电池的寿命和稳定性都非常重要。锌离子电池具有高能量密度和高功率密度以及良好的循环稳定性，而且金属锌和其无机盐是无毒的，在电池的生产和应用中几乎不会有污染物的产生，所以锌离子电池对环境友好，属于绿色环保电池。普鲁士蓝类正极材料具有开放式框架结构，在晶格的空间结构中存在较大的空隙，锌离子的半径为0.074nm，能在其中的有效地进行脱嵌和传输。并且普鲁士蓝类化合物的制备方法简单、环境友好、成本低廉、适合大规模应用，作为电池正极材料引起了人们的广泛关注。而传统的普鲁士蓝类锌离子电池普遍存在着充电电位过高引起的电解液分解和电池循环稳定性较差等问题，这些都有待进一步改善。

发明内容

本发明针对背景技术中所指出的问题及现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种用于水系锌离子二次电池的电解液及其制备方法和应用。

为了实现本发明的上述第一个目的，发明人经过大量的试验研究，开发出了一种用于水系锌离子二次电池的电解液，所述电解液由可溶性锌盐、镍盐、pH缓冲剂和去离子水组成，所述锌盐的浓度为1～3mol/L，镍盐的浓度为所述锌盐浓度的0.1‰～0.4‰，pH缓冲剂的浓度为0.1mol/L，其中，镍盐所含阴离子与锌盐阴离子组分相同。

进一步地，上述技术方案中所述锌盐可以为硫酸锌、氯化锌、氟化锌、硝酸锌、乙酸锌、六氟磷酸锌、三氟甲磺酸锌、高氯酸锌、四氟硼酸锌中的任一种或几种。

进一步地，上述技术方案中pH缓冲剂优选为柠檬酸。

进一步地，上述技术方案中所述锌盐优选为硫酸锌。

更进一步地，上述技术方案中所述硫酸锌浓度优选为3mol/L，所述镍盐的浓度优选为1.2mmol/L。

本发明的另一目的在于提供一种上述所述用于水系锌离子二次电池的电解液的快速制备方法，所述方法如下：

分别依次向去离子水中加入锌盐、pH缓冲剂、镍盐，搅拌至完全溶解后，再向混合溶液中通入惰性气氛除氧，得到所述目标电解液。