[发明专利]含添加剂的锌离子电池电解液及其制备方法和锌离子电池

说明书

本发明公开了一种含添加剂的锌离子电池电解液及其制备方法和锌离子电池。本发明的电解液包括添加剂、电解质盐和溶剂；所述添加剂所述添加剂为含氧酸盐中的至少一种。本发明的电解液中加入了添加剂，该添加剂随着电解液的pH值增大会产生沉淀物，且所述沉淀物不随pH的变化而溶解。当其应用在电池上时，基于电极材料与电解液接触界面处环境pH变化，可以在电极材料表面形成无机固体保护膜，防止材料与电解液直接接触，从而避免材料受到电解液的侵蚀、溶解，提高正负极材料的循环稳定性。

技术领域

本发明涉及锌离子电池技术领域，尤其涉及含添加剂的锌离子电池电解液及其制备方法和锌离子电池。

背景技术

锌离子电池是一种以金属锌为负极材料、电解液为中性或偏酸性水溶液的电池体系，具有较高的能量密度、本质不可燃和低成本的特性，十分适合用于大规模储能、分布式储能的场景中。然而，锌离子电池还存在着一些待解决的问题，例如锌枝晶生长、电解液分解、正极材料溶解等等，产生这些问题的主要原因是正负极材料直接与水性电解液接触。

为了使锌离子电池得到更好的应用效果，从电解液方面进行改良是常见的方案，例如专利CN112652825A在电解液中加入氟化盐，氟化盐可以在锌表面形成不溶氟化物以保护锌负极，但其仅提高锌负极的电化学性能。用于锌离子电池的正极材料，如锰基化合物、钒基化合物或普鲁士蓝化合物，在电解液中均会发生不同程度的溶解，破坏材料的原始结构，导致循环后期电池的库伦效率降低、放电容量衰减，因此正极材料也需要进行保护，以提高电池的循环性能。

发明内容

针对上述现有技术存在的局限性，本发明提供一种含添加剂的锌离子电池电解液及其制备方法和锌离子电池。本发明的电解液中加入了添加剂，该添加剂随着电解液的pH值增大会产生沉淀物，且所述沉淀物不随pH的变化而溶解。当其应用在电池上时，在充放电过程中正、负电极材料表面发生极化产生局部pH变化，使得添加剂组分在电极材料表面原位生成沉淀物，从而在电极材料表面形成无机固体保护膜，防止电极材料与电解液直接接触，从而避免电极材料受到电解液的侵蚀、溶解，提高正负极电极材料的循环稳定性。

本发明的目的之一是提供一种含添加剂的锌离子电池电解液，所述电解液包括添加剂、电解质盐和溶剂；

所述添加剂随着电解液的pH值增大会产生沉淀物，且所述沉淀物不随pH的变化而溶解；所述添加剂为含氧酸盐或含S、F取代基团的有机化合物中的至少一种。

优选地，所述含氧酸盐选自钼酸盐、甲磺酸盐或硫酸盐的至少一种。

优选地，所述添加剂在电解液中的浓度为0.05～0.5mol/L。

在本发明中添加剂在电解液中的含量不高于0.5mol/L，否则形成的沉淀物过多会堵塞正极、负极的反应区域，降低电池性能；添加剂在电解液中的含量不低于0.05mol/L，否则无法形成有效的保护层，作用效果不明显。

所述钼酸盐包括钼酸根与碱金属或铵根所形成的可溶性盐，包括但不限于钼酸钠、钼酸铵或钼酸钾中的至少一种；

所述甲磺酸盐包括铋离子、锡离子与甲磺酸形成的可溶性盐，包括但不限于甲磺酸铋或甲磺酸锡中的至少一种；

所述硫酸盐包括钛离子、铬离子的硫酸盐，包括但不限于硫酸钛或硫酸铬中的至少一种；

所述含S、F取代基团的有机化合物包括但不限于硫代甲酰胺、硫代乙酰胺、氟代碳酸乙烯酯或氟乙酸中的至少一种。

优选地，所述电解液的初始pH值≤3，优选所述电解液的初始pH值≤2，更优选所述电解液的初始pH值≤1.5。

在本发明中添加剂是该电解液能否产生优化效果的重要部分，所述添加剂在电解液pH值较小的时候加入，呈完全溶解的状态，当电解液的pH值因环境变化等因素，逐渐增大时，添加剂会发生化学反应，产生沉淀物，且所述沉淀物不随pH的变化而溶解。