[发明专利]一种基于共熔盐电解质的水系锌离子电池电解液

说明书

本发明公开了一种基于共熔盐电解质的水系锌离子电池电解液，属于电池技术领域。所述共熔盐为锌盐+强极性中性配体+水的低共熔体系。在该共熔盐中加水能显著降低电解液的粘度并提高电解液的离子电导率，同时促进金属锌均匀成核沉积。该水系电解液使锌负极兼具良好的循环可逆性与稳定性，提升了水系锌离子电池的电化学性能。本发明的水系锌离子电池电解液价格低廉、环境友好，适于工业化生产，在大规模储能领域具有潜在应用前景。

技术领域

本发明属于水系电池技术领域，尤其涉及一种基于共熔盐电解质的水系锌离子电池电解液。

背景技术

随着社会发展和新能源体系的改革，二次电源面向的服务领域逐渐从电子消费品转向大规模储能领域。锌离子电池由于储量丰富、价格友好等特点被认为是大规模储能领域中锂离子电池的理想替代者。电解液作为离子传输的介质，连接正负极的“桥梁”，对于电池性能的发挥具有至关重要的影响。相较于有机电解液，水系电解液具有低成本，无污染，制备工艺简单，高安全性等优势，是锌离子电池中应用最为广泛的电解液体系。水系电解液具有高的离子电导率和低的粘度，锌离子在电化学反应中具有较快的反应动力学过程，因此水系锌离子电池大都具有良好的倍率性能。但传统的水系电解液，如ZnSO₄和Zn(CF₃SO₃)₂的水溶液电化学稳定窗口窄且反应活性强，在充放电过程中会发生不可避免的析氢析氧现象，对于电极特别是金属锌负极造成了严重破坏。锌负极在循环过程中沉积不均匀，且表面会形成大量的氧化锌等副产物，降低电池的循环稳定性，甚至可能造成电池短路带来严重的安全隐患。水系锌离子电池电化学性能亟待进一步提升。

选用高浓度“盐包水”电解液是提升水系电池电化学性能的一种良好解决方案。盐浓度的提高会使体系中水分子活度下降，从而拓宽电解液的电化学窗口，抑制析氢，提高电池的库仑效率。但高溶解度锌盐的选择相对有限，且盐浓度的提升会使电解液成本上升，不利于大规模推广。因此，开发一种低成本、环境友好的新型水系锌离子电池电解液至关重要。

发明内容

本发明的目的是解决现有水系锌离子电池电化学窗口窄、锌负极不稳定等问题，提供一种基于共熔盐电解质的新型水系锌离子电池电解液。本发明提供的电解液由锌盐、有机中性配体和水组成，该电解液能显著拓宽电解液的电化学窗口并促进金属锌均匀成核沉积。基于此电解液的锌离子电池表现出良好的循环稳定性。

本发明的技术方案

一种基于共熔盐电解质的新型水系锌离子电池电解液。所述电解液为锌盐+强极性中性配体+水的低共熔体系。

所述锌盐为ZnCl₂、Zn(ClO₄)₂或Zn(TFSI)₂中的一种；强极性中性配体为乙酰胺、丁二腈或二甲基砜中的一种。

所述电解液中锌盐与中性配体的摩尔比为1:3。

所述电解液中水与锌盐的摩尔比为1～6。

本发明的优点和有益效果：

本发明通过将水分子引入到低共熔体系中，显著降低了电解液的粘度并提高了其离子电导率，赋予其水系电解液的特性。同时由于水含量较低，体系中原有的共熔盐网络得以保存，体系稳定性较高。制备的电解液兼具高浓度盐与离子液体的某些性质。通过引入水分子，促进了金属锌均匀成核沉积，提升了锌负极的可逆性与循环稳定性。将该电解液应用于锌离子电池，表现出优异的电化学性能。本发明的水系电解液成本低廉、环境友好且制备工艺简单，适合工业化生产，在大规模储能领域具有潜在应用前景。

附图说明

图1是实施例1中，基于ZnCl₂-乙酰胺水系电解液的锌/吩嗪全电池在10C电流密度下的电化学性能；

图2是实施例2中，基于ZnCl₂-丁二腈水系电解液的锌/吩嗪全电池在10C电流密度下的电化学性能；