[发明专利]水系电解液及水系金属离子电池

说明书

本发明公开了一种水系电解液及水系金属离子电池，其中，水系电解液包括水、电解质盐和稀释剂；其中，电解质盐包括锂盐、钠盐、钾盐、锌盐中的任意一种或多种；稀释剂包括二氧六环类化合物。

技术领域

本发明涉及水系电池技术领域，具体涉及一种水系电解液及水系金属离子电池。

背景技术

锂离子电池(LIB)由于其出色的性能(高输出电压，高能量密度等)而已成为我们日常生活中不可或缺的一部分。然而，为了支持宽电压范围(＞3.0V)，LIB必须使用易燃和有毒的非水电解质，这与便携式电子设备，电动汽车等经常报道的火灾或爆炸事故密切相关。目前正在探索不同的策略来提高其安全性，包括使用比有机电解质更便宜，更安全且毒性更低的水系电解液。但是，相关技术中的水系电解液一般只能提供～1.23V的窄的热力学电化学稳定性窗口，这严格限制了水系电池的输出电压并导致能量密度较低。

水系锌离子电池(AZIBs)迅速发展，因为锌金属阳极具有较高的理论容量(820mAh/g)，较低的电化学电势(-0.76V vs SHE)和高自然丰度。但是，阳极表面枝晶的生长限制了水系锌电在实际中的应用，锌阳极受到水的严重腐蚀，从而导致库伦效率低和枝晶的形成。严重的枝晶生长甚至可能刺穿隔膜造成电池短路。所以抑制锌枝晶的形成，为水系锌电可以大规模应用于储能系统提供了希望。

相关技术中采用一种非常高的浓度(摩尔浓度21mol/Kg)将双(三氟甲烷磺酰基)酰亚胺锂和三氟甲基磺酸锌溶解在水中的水系电解液来抑制锌枝晶的形成，称为“盐中水”电解液。但是在实际应用中，这种高浓度的水系电解液存在粘度大、成本高的问题。

水系锌离子电池由于锌金属阳极具有较高的理论容量、较低的电化学电势和高自然丰度被广泛应用于储能系统。但是阳极表面枝晶的生长限制了水系锌电在实际中的应用，锌阳极受到水的严重腐蚀，从而导致库伦效率低和枝晶的形成。严重的枝晶生长甚至可能刺穿隔膜造成电池短路。

高浓度的水系电解液可以解决水系锌枝晶的问题，但是在实际应用过程中，高浓度的水系电解液还存在高成本和高粘度的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种水系电解液及水系金属离子电池，以期解决上述技术问题。

本发明提供了一种水系电解液，包括水、电解质盐和稀释剂；其中，电解质盐包括锂盐、钠盐、钾盐、锌盐中的任意一种或多种；稀释剂包括二氧六环类化合物。

根据本发明实施例，稀释剂包括1，3-二氧六环、带有一个第一取代基的单取代1，3-二氧六环、带有两个第一取代基的双取代1，3-二氧六环、带有三个第一取代基的三取代1，3-二氧六环、带有四个第一取代基的全取代1，3-二氧六环中的任意一种或多种。

根据本发明实施例，第一取代基包括氟、氯、溴、碘、醇羟基、苄醇羟基、腈基、甲酰基、苄氯基、烷基、烷氧基、氨基、亚氨基、叔氨基中的任意一种。

根据本发明实施例，稀释剂包括1，4二氧六环、带有一个第二取代基的单取代1，4-二氧六环、带有两个第二取代基的双取代1，4-二氧六环、带有三个第二取代基的三取代1，4-二氧六环、带有四个第二取代基的全取代1，4-二氧六环中的任意一种或多种。

根据本发明实施例，第二取代基包括氟、氯、溴、碘、醇羟基、苄醇羟基、腈基、甲酰基、苄氯基、烷基、烷氧基、氨基、亚氨基、叔氨基、苯基中的任意一种。

根据本发明实施例，锂盐包括硫酸锂、硝酸锂、乙酸锂、高氯酸锂、氯化锂、三氟甲基磺酸锂、双(三氟甲烷磺酸)亚胺锂、双(五氟乙基磺酰基)亚氨基锂中的任意一种或多种。

根据本发明实施例，钠盐包括高氯酸钠、乙酸钠、硝酸钠、氯化钠、硫酸钠、三氟甲基磺酸钠、双(三氟甲烷磺酸)亚胺钠、双(五氟乙基磺酰基)亚氨基钠中的任意一种或多种。