[发明专利]一种耐高温水系锌离子电池电解液及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种耐高温水系锌离子电池电解液及其制备方法和应用，属于电化学技术领域。本发明的耐高温水系锌离子电池电解液，包括A组分、B组分、C组分、D组分和水溶性锌盐；A组分为腈类溶剂；B组分为亚砜类溶剂和/或酰胺类溶剂；C组分为溶剂水；D组分为磷系液体阻燃剂；A组分、B组分、C组分、D组分的体积比为V_A：V_B：V_C：V_D，其中：0＜V_A＜10，0＜V_B＜10，0＜V_C＜10，0＜V_D＜10；A组分、B组分、C组分、D组分的体积比优选为6：2：1：1或5：2：2：1。本发明以高温电解液构建了一种在100℃高温下可正常运行并保持较高的比容量、较长循环寿命、安全高效等优异化学性能的耐高温水系锌离子电池。

技术领域

本发明属于电化学技术领域，具体涉及一种耐高温水系锌离子电池电解液及其制备方法和应用。

背景技术

随着地球上现实存在的可以直接利用的不可再生能源逐渐枯竭，现代社会对于清洁能源的需求日益增加。近年来世界各国大力发展风力发电、潮汐发电、太阳能发电等利用可再生能源的发电技术。

但由于这些以风力发电为代表的发电技术存在发电时间不稳定，不可持续性供电等问题，因此需要配备大量的储能装置用以收集所发电能使其能够最大限度的稳定输出电能。尤其对于一些离网发电系统，高效安全的储能系统显得尤为重要。使用高能量密度、快速充放性以及长循环寿命性的可充电电池是解决该问题的主要途径。

目前市场上主要开发的各类二次电池有铅酸电池，锂离子电池、钠离子电池、镁离子电池、铝离子电池、锌离子电池等金属离子电池。其中锌离子电池由于具有高理论容量(理论比容量为823mAh g^-1)、锌矿产资源丰富、安全性高、组装便捷等优点，被认为具有十分广阔的应用前景，未来可适用于大规模储能。且水系锌离子电池电解液中含有水，有利于锌离子嵌入脱出，使得循环寿命和充放速率增加，相对于纯无机电解液来说更加安全。

由于水系锌离子电池优异的电化学性能，近年来众多研究者专注于不断发掘水系锌离子电池的能量密度和循环寿命，发现了各类如矾基氧化物、锰基氧化物、各类过渡金属氧化物等可以作为锌离子电池的正极材料，不同浓度的硫酸锌，氯化锌、及三氟甲烷磺酸锌等无机锌盐和有机锌盐溶液可作为锌离子的电解液，但在锌离子电池实际的应用方面关注较少。由于二次电池在各类场景中的广泛应用，对于二次电池在各种条件下的环境适应性提出很高的要求，其中影响电池性能最重要的因素之一便是温度。当环境温度升高时，其循环稳定性和循环寿命均有不同程度的衰减，甚至会出现鼓包漏气，直接短路的现象存在，这严重阻碍了二次电池的进一步发展。因此，研究制备适合高温条件下充放电平稳，安全高效的锌离子电池具有十分重要的意义。水系锌离子电池虽然相对于无机锌离子电池运行安全性较高，但当环境温度升高时其性能衰减十分明显，在高温条件下导致该体系稳定性较差，当温度达到100℃时，电池几乎无法正常运行。因此构建一种高温条件下稳定的混合电解液，对于提升锌离子电池的高温性能，拓宽其应用范围至关重要。

基于上述理由，特提出本申请。

发明内容

本发明的目的在于改善现有水系锌离子电池高温条件下性能衰减快，循环寿命差，不稳定等缺陷，提供一种耐高温水系锌离子电池电解液及其制备方法和应用，特别是利用该电解液在制备耐高温水系锌离子电池中的应用。本发明通过改变水系锌离子电池电解液的组分，在可溶性锌盐中同时引入腈类溶剂、亚砜类溶剂和/或酰胺类溶剂、水、以及磷系液体阻燃剂，构成耐高温水系锌离子电池电解液，利用该电解液制备的水系锌离子电池在继承了水系锌离子电池已有优势条件下，还提高了电池高温条件下的比容量和循环稳定性及循环寿命，拓宽其应用范围。

为了实现本发明的上述第一个目的，本发明采用的技术方案如下：