[发明专利]水系锌离子电池低温电解液及其添加剂

说明书

水系锌离子电池低温电解液及其添加剂。该添加剂具有通式：R‑SO₂NH₂，其中R为直链或支链烷基，或者为含有羟基取代基的直链或支链烷基。本发明提供的添加剂能够有效降低电解液的凝固点，提高低温环境下锌离子的离子电导率，从而达到提高电池的耐低温性能、循环稳定性和电池器件的服役寿命。

技术领域

本发明涉及水系锌离子电池。

背景技术

水系锌离子电池因具有低成本、高安全性和较高功率密度而引起了人们极大的兴趣，在大规模储能领域具有非常好的应用前景，虽然水系锌离子电池有很多优点，但是也面临着诸多挑战，首先，锌离子在电沉积的过程中倾向于以树枝状形式沉积而形成锌枝晶，其肆意生长到一定程度会脱落形成死锌，导致活性物质流失、库仑效率较低，甚至还会刺穿隔膜造成内部短路；另外，由于水性电解液本身的特性，其冰点普遍较高，在零度以下的低温环境下容易凝固结冰，严重影响离子的传输，造成电池容量以及循环稳定性急剧衰减，严重限制了水系锌离子电池在冬季或高海拔、高纬度等低温环境下的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于低温环境的水系锌离子电池电解液。

为实现上述目的，根据本发明的第一方面，提供了一种用于水系锌离子电池电解液的添加剂，具有如下通式：

R-SO₂NH₂

其中R为直链或支链烷基，或者为含有羟基取代基的直链或支链烷基。

上述添加剂优选采用甲基磺酰胺、乙基磺酰胺、羟甲基磺酰胺或羟乙基磺酰胺。

根据本发明，添加剂在电解液中的浓度优选为0.1mol L^-1至5mol L^-1，更优选为0.5-3mol L^-1。

根据本发明的第二方面，提供了一种水系锌离子电池电解液，包括上述添加剂、锌盐及水。

根据本发明的电解液，锌盐选自由硫酸锌、三氟甲磺酸锌、双三氟甲磺酸亚胺锌、硝酸锌以及氯化锌所组成的组中的至少一种，优选为硫酸锌或三氟甲基磺酸锌。

根据本发明的电解液，锌盐的浓度优选可以为0.5-5mol L^-1，更优选为1-3mol L^-1；添加剂的浓度优选可以为0.5-3mol L^-1。

根据本发明的其它方面，还提供了水系锌离子电池，其包含上述电解液。

测试结果表明，本发明的水系锌离子电池电解液能有效提高水系锌离子电池的低温性能及循环稳定性。

本发明提供的添加剂因此能够有效降低电解液的凝固点，提高低温环境下锌离子的离子电导率。原因或可解释为添加剂中含有的磺酰胺基团对锌具有良好的吸附作用，在电池循环过程中可以原位形成富含ZnS的固体电解质层(SEI)，调控水系锌离子电池放电过程中的锌离子的沉积过程，抑制枝晶和“死锌”的生成，从而达到提高电池的耐低温性能、循环稳定性和电池器件的服役时间。

此外，本发明添加剂还能有效拓宽电解液稳定窗口抑制析氢析氧，在一定程度上能够防止电池在使用过程中胀气，漏液，爆炸等问题，提高电池使用的安全性。

附图说明

图1是本发明实施例1和对比例1常温下的对称电池在电流密度为1mAcm^-2，放电容量为1mAh时的时间电压曲线对比图。

图2是本发明实施例2和对比例1常温下的对称电池在电流密度为1mAcm^-2，放电容量为1mAh时的时间电压曲线对比图。