[发明专利]一种可充锌基电池

说明书

本发明提供了一种可充锌基电池，其包括石墨正极、锌负极和电解液，所述石墨正极中的活性材料为石墨，所述电解液包括可溶性锌盐和有机溶剂。本发明所制成的电池在充放电过程中，电解液中的阴离子在正极石墨层中快速嵌入/脱出，同时伴随着锌离子在锌负极可逆的沉积/析出，电解液与石墨正极和锌负极的兼容性良好，Zn沉积/析出库伦效率高。该锌基电池可实现短时间内完全充放电，能量/功率密度高，具有优异的长循环稳定性。

技术领域

本发明涉及一种电池，具体地说是涉及一种可充锌基电池。

背景技术

锂离子电池能量/功率密度高、使用寿命长，在便携式电子设备中已经取得巨大的成功，并逐步向新能源汽车、智能电网等领域发展。然而，锂资源短缺、安全性低、价格高等因素限制了其在大规模储能领域的应用。金属锌具有高丰度、低成本、高安全、低可燃性、无毒性、高化学稳定性等特点，可直接用作负极材料应用于可充锌基电池（RZBs）体系中，且其理论容量高达820 mAh/g。因此，可充锌基电池被认为是大规模储能领域中的一个理想选择，近年来受到研究者的广泛关注。

在传统碱性电解液中，锌金属负极面临着Zn沉积/析出库伦效率低、枝晶生长以及副产物（如ZnO或Zn(OH)₂）生成等主要问题，降低了电池的可充性。近期报道的中性或弱酸性水系电解液可以在一定程度上抑制锌枝晶生长，但是锌沉积/析出的库伦效率仍有待提升。此外，水系电解液的电化学窗口较窄（~1.23 V），过充或过放情况下存在析氧或析氢行为，这会影响水系锌基电池的能量密度和使用寿命。

在正极材料方面，目前已报道的正极平均放电电压较低，例如V₂O₅（~0.85 V）、MnO₂（~1.35 V）、KCuFe(CN)₆（~1.65 V）、Na₃V₃(PO₄)₃（1.1 V）和ZnNi_0.5Mn_0.5CoO₄（~1.75 V）等，这限制了电池整体的能量密度；同时，由于氧化物正极材料在水系电解液中存在溶解现象，导致电池的循环稳定性较差；此外，高质量和高价态的Zn²⁺离子去溶剂化能垒大，电极反应动力学低，这会降低电池的倍率性能。

综上所述，如何开发具有高电压、高倍率性能和长循环寿命的新型可充锌基电池是当前需要解决的问题之一。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种用于可充锌基电池的电解液。

本发明的目的之二是提供一种可充锌基电池。

本发明的目的之三是提供一种可充锌基电池的制备方法。

本发明的目的之一是这样实现的：

一种用于可充锌基电池的电解液，所述电解液包括可溶性锌盐和有机溶剂；所述可溶性锌盐包括双三氟甲烷磺酰亚胺锌（Zn(TFSI)₂）或六氟磷酸锌Zn(PF₆)₂，且所述可溶性锌盐的浓度为0.2~2.5 mol/L；所述有机溶剂为乙腈、碳酸丙烯酯、磷酸三甲酯和磷酸三乙酯中的任意一种或几种。

优选地，所述可溶性锌盐的浓度为0.5~2 mol/L。

优选地，所述有机溶剂为乙腈（AN）。

所述电解液可采用下述方法制得：在高纯氩气环境中，将特定量的所述可溶性锌盐电解质盐溶于有机溶剂，使所述可溶性锌盐的浓度为0.2~2.5 mol/L，优选0.5~2 mol/L，混合均匀，使所述可溶性锌盐电解质盐完全溶解即得。

本发明的目的之二是这样实现的：