[发明专利]一种水系锌离子电池电解液及电池

说明书

本发明公开了一种水系锌离子电池电解液及电池。所述电解液包括：锌盐溶液、多烷基磺酸钠和含有电池正极材料中阳离子的盐，其中，所述多烷基磺酸钠的烷基数量为10～30。本发明通过将一种表面活性剂多烷基磺酸钠作为添加剂成分加入电解液，可以有效地抑制锌在电化学沉积过程中伴随的析氢反应，并因此减少了电解液由于氢离子析出造成的pH值升高引发的对锌负极的腐蚀，同时多烷基磺酸钠在吸附在非极性的锌片表面时还能对锌离子的传导起到分散作用，避免了集中形核以及枝晶的形成。从而提高了锌离子电池的电化学性能，并提高了电池的安全性。

技术领域

本发明属于锌离子电池技术领域，更具体地，涉及一种水系锌离子电池电解液及电池。

背景技术

随着化石能源的不断消耗，以及愈发迫切的环境污染治理需求，清洁能源的将在不久的将来逐渐成为人们生活的主要能源来源，但当前的主流清洁能源，无论是风能还是太阳能在发电过程中均具有时间上的不均匀性，因此迫切需要一种大规模储能设备将时间上不均匀产生的风能和太阳能进行储存已达到在时间上均匀有效供给的效果。一直以来，电池设备都被普遍认为是最佳的大规模储能系统选择，而水系锌离子电池以其低成本，高安全性，环境友好、并且具有较高的能量密度等优点，被视为大规模储能电池系统的不二选择。但当前水系锌离子电池的实际应用面临着严重的安全问题，不仅锌枝晶的生长可能会造成隔膜刺穿引发短路，析氢等副反应所造成产气也会引发电池短路甚至爆炸，造成严重的电池安全问题。

当前针对锌负极表面析氢的抑制方法主要有从负极方面着手减少负极表面枝晶生长从而避免尖端放电引发剧烈析氢，以及从电解液方面着手添加改性添加剂抑制枝晶、腐蚀从而抑制析氢反应，或者用固态、准固态电解质减少水分子含量，其中对于电解液加入改性添加剂成本较低，对于析氢反应的抑制较为直接，引起了研究者们的广泛,注意。南开大学陈军研究团队(Nat.Commun.2018，9，1656.)公开了一种硫酸钠添加剂，通过静电屏蔽效应抑制枝晶生长从而在一定程度上实现了析氢反应的减少；中国科学院物理研究所北京凝聚态物理国家实验室陈立泉研究团队(ChemElectroChem 2018，5，2409.)公开了一种双三氟甲磺酰亚胺锂和双三氟甲磺酰亚胺锌添加剂，通过共晶结构减弱水分子的反应活性，也在一定程度上抑制了析氢反应，但是无机添加剂往往难以直接对析氢反应产生作用，而有机高盐添加剂则会大幅提高电池的成本，因此无法实质上解决安全和成本的双重难题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种水系锌离子电池电解液及电池，其目的在于通过将一种表面活性剂多烷基磺酸钠作为添加剂成分加入电解液，避免了水在电化学沉积过程中发生析氢反应，且有效避免了锌离子的集中形核以及锌枝晶的形成，因此最终不仅有效避免了枝晶、腐蚀等副反应提高了锌离子电池的电化学性能，还抑制了析氢反应，提高了电池的安全性。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种水系锌离子电池电解液，包括：锌盐溶液、多烷基磺酸钠和含有电池正极材料中阳离子的盐，其中，所述多烷基磺酸钠的烷基数量为10～30。

优选地，所述锌盐溶液为硫酸锌溶液。

优选地，所述锌盐溶液中锌盐的浓度为1～3mol/L。

优选地，所述多烷基磺酸钠为十二烷基磺酸钠或十六烷基磺酸钠。

优选地，所述多烷基磺酸钠在电解液中为饱和浓度。

优选地，含有电池正极材料中阳离子的盐具体为，在所述电池正极材料为二氧化锰时，该盐为硫酸锰，在所述电池正极材料为混合锂离子电池正极(这里混合离子电池指代负极脱出的金属阳离子与正极嵌入的金属阳离子为两种不同离子)时，该盐为硫酸锂。

按照本发明的另一个方面，提供了一种水系锌离子电池，所述电池包括水系锌离子电池电解液。

优选地，所述电池的正极为二氧化锰或混合锂离子电池正极材料，电池的负极为锌。这里混合离子电池指代负极脱出的金属阳离子与正极嵌入的金属阳离子为两种不同离子。