[发明专利]一种用于可充放锌锰电池高性能水系电解液

说明书

本发明提供一种用于可充放锌锰电池高性能水系电解液。高性能水系电解液包含：锌盐、铵盐、锂盐以及溶剂水。本发明是在锌盐和铵盐混合电解液的基础上，通过添加锂盐制成的混合电解液，以提高锌锰电池中正极材料，二氧化锰的稳定性和容量，锂盐的加入使正极产生类似于SEI膜，提升了锌锰电池正极的循环稳定性；本发明区别于其他用有机溶剂溶解锂盐作为电解液，所述高性能水系电解液以水作为溶剂，能有效解决用含有有机溶剂的电解液带来的储能设备的安全性问题。高性能水系电解液可以有效地提高以二氧化锰制作成的锌锰电池正极材料的容量以及循环寿命，本发明的水系电解液制作方法简单，溶剂为水，相较于有机溶剂，成本低，环境友好。

技术领域

本发明涉及电池电解液技术领域，尤其是一种用于可充放锌锰电池高性能水系电解液、及其制备方法。

背景技术

可再生能源(如太阳能、风能和潮汐等)在过去的二十年中受到了广泛的关注，因为化石能源的持续消耗造成了日益严重的环境污染和气候问题。关键问题之一是可再生能源发电不连续、不可控、不稳定，难以直接利用。因此，迫切需要将储能系统作为调节电力输出的媒介，提高电力存储系统对可再生能源的存储量。

近年来，由于锌金属阳极具有较高的理论容量(820mAh g^-1)、较低的电化学电位(0.76V vs标准氢电极)和较高的天然丰度，因此在所有可充电电池中，锌离子电池(AZIBs)得到了迅速的发展。

AZIBs的阴极是一些具有隧道型结构的化合物(如锰氧化物和钒氧化物)，它允许将Zn²⁺可逆地嵌入/脱出到晶体中。但是由于电池在充放电过程中，部分锰离子可能会溶解在电解液中，且锌离子嵌入脱出过程中易导致锰基正极结构坍塌，因此很多研究报道的锌锰电池的循环稳定还有待提高。因此，如何有效提高锰基化合物正极材料的倍率和循环性能具有重要意义。

众所周知，非水锂离子电池(LIBs)是目前应用最广泛的锂离子电池。但是，由于使用有机电解液带来的成本高、环境不友好、不安全等缺点，使其不适合大规模能量储存系统。与非水系电池相比，使用安全、成本低的水系电解质的电池可以精确地满足这些要求。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种用于可充放锌锰电池高性能水系电解液、及其制备方法，本发明以水作为溶剂，通过优化电解液成分配比以及加入锂盐，使正极产生类似于固体电解质界面膜(SEI)，提升了锌锰电池正极的循环稳定性和容量。且此种电解液制作简单，在室内常温下即可制备，使用的原料简单，价格低廉，环境友好，适合商业化大规模的生产及运用。

本发明的技术方案为：一种用于可充放锌锰电池高性能水系电解液，所述的水系电解液包括锌盐、铵盐和锂盐，通过加入锂盐，以提高锌锰电池中正极材料的稳定性和容量，锂盐的加入使正极产生类似于SEI膜，提升了锌锰电池正极的循环稳定性。

进一步的，所述高性能水系电解液，锌盐和铵盐浓度比例为2:1。

进一步的，所述锌盐浓度为2-6mol L^-1，铵盐的浓度为1-3mol L^-1。

进一步的，所述的锂盐的浓度为3-7mol L^-1。

进一步的，所述的锌盐为氯化锌，铵盐为氯化铵，所述的锂盐为氯化锂。

本发明还提供一种用于可充放锌锰电池高性能水系电解液的制备方法，所述的方法为：将2-6mol L^-1锌盐和1-3mol L^-1铵盐混合溶解在水中作为前驱液，再加入3-7mol L^-1锂盐搅拌至溶液澄清得到所述的高性能电解液。

进一步的，所述的电解液用于以二氧化锰制作的电极作为正极材料、锌基材料为负极的锌锰电池中。