[发明专利]一种水系锌离子电池混合态电解液

说明书

本发明公开了一种水系锌离子电池混合态电解液，为以水和聚乙二醇作为混合溶剂的可溶性锌盐溶液，其中混合溶剂中聚乙二醇的质量占比为40～80wt％。本发明的混合态电解液中的水，为离子的快速传导提供了保障；混合态电解液中的聚乙二醇(PEG)的羟基可以通过氢键作用有效抑制水活性，混合态电解液具有2.6V的宽电化学窗口(ESW)，基于该混合态电解液的纽扣电池和袋状软包电池具有良好的循环稳定性。

技术领域

本发明属于水系锌离子电池电解液技术领域，具体涉及一种水系锌离子电池混合态电解液。

背景技术

水系锌离子电池采用水充当溶剂，具有安全、绿色、环保、低成本的优势，但是用水的溶剂，也存在非常巨大的问题。对于负极而言，存在着严重的腐蚀问题，氧化问题，枝晶生长问题等等；对于正极而言，材料的溶解问题(例如钒溶解、锰溶解等)尤其严重；对于水溶剂本身而言，存在严重的水分解导致的析氢、析氧问题，另外，由于水活性较高，可能与正负极发生严重的副反应。水体系固有的问题阻碍了水系锌离子电池的进一步发展。想要推进水系锌离子电池的进一步发展，如何稳定和改善水体系环境是非常关键的一环。

钒基化合物种类丰富，理论容量大，被广泛用于水系锌离子电池的。许多报道证实了钒基正极在超高速率下的良好性能。然而，钒基材料在低电流密度(如0.5A/g)下的容量衰减比较严重，每个循环周期需要更长的时间。在水系锌离子电池的实际应用中，实际条件下的长期可靠性更为关键，需要在低电流密度和长静置周期下工作。迄今为止，水系锌离子电池的循环稳定性主要是基于连续的电化学条件来估计的，这与间歇使用的实际应用环境有很大的不同。因此，基于结构工程策略，通过优化电解液来提高钒基材料的水系锌离子电池性能是一种有效可行的策略。

发明内容

针对现有水系锌离子电池存在的不足，本发明的目的是在于提供一种水系离子混合态电解液，混合态电解液中的水，为离子的快速传导提供了保障；混合态电解液中的聚乙二醇(PEG)的羟基可以通过氢键作用有效抑制水活性，混合态电解液具有2.6V的宽电化学窗口(ESW)，基于该混合态电解液的纽扣电池和袋状软包电池具有良好的循环稳定性。

为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种水系锌离子电池混合态电解液，为以水和聚乙二醇作为混合溶剂的可溶性锌盐溶液，其中混合溶剂中聚乙二醇的质量占比为40～80wt％。

优选的方案，所述混合溶剂中聚乙二醇的质量占比为50～70wt％；进一步优选为60wt％。

优选的方案，所述聚乙二醇的分子量为200～800。

优选的方案，所述可溶性锌盐为三氟甲基磺酸锌和双(三氟甲烷磺酰)亚胺锌中的至少一种。

优选的方案，所述可溶性锌盐溶液的浓度为0.5～2mol/kg。

本发明的水系锌离子电池混合态电解液，仅需将水和聚乙二醇混合后，再添加可溶性锌盐即可。

本发明中，混合态电解液中的聚乙二醇，一方面其羟基可以通过氢键作用有效抑制水活性，另外混合态中的水有利于离子的高效传输。

本发明的混合态电解液，不仅继承了水系电解液的高电导率、绿色环保的优点，同时又可以克服水体系所带来的各种不利因素。一方面，混合态电解液中水为离子的快速传导提供了保障；另一方面，由于混合态电解液中存在聚乙二醇，金属负极不会发生强烈的腐蚀、氧化问题，而且其中的氢键可以有效抑制水活性，减少副反应发生。混合态电解液具有2.6V的宽电化学窗口，降低了电极表面氢气(或氧气)气体析出和正极溶解的风险。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

(1)混合态电解液中含有水，为离子的快速传导提供了保障，为水系锌离子电池高性能提供了保障。