[发明专利]一种用于可充锌电池的阻燃有机电解液及可充锌电池有效

专利信息
申请号: 201910722823.8 申请日: 2019-08-06
公开(公告)号: CN110534808B 公开(公告)日: 2021-07-30
发明(设计)人: 张宁;董阳;王元媛;徐建中 申请(专利权)人: 河北大学
主分类号: H01M10/0569 分类号: H01M10/0569;H01M10/0568;H01M10/058;H01M10/054;H01M10/42
代理公司: 石家庄国域专利商标事务所有限公司 13112 代理人: 黄慧慧
地址: 071002 河北*** 国省代码: 河北;13
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摘要:
搜索关键词: 一种 用于 可充锌 电池 阻燃 有机 电解液
【说明书】:

发明提供了一种用于可充锌电池的阻燃有机电解液及可充锌电池,所述用于可充锌电池的阻燃有机电解液包括可溶性锌盐、钠盐电解质盐和阻燃有机溶剂,所述可溶性锌盐的浓度为0.1~2 mol/L,所述钠盐电解质盐的浓度为0.1~2.5 mol/L。本发明的阻燃有机电解液具有合适的电导率、粘度、阳离子迁移速率、高的电压窗口和优异的阻燃性,可实现金属锌的均匀沉积,提升Zn沉积/析出库伦效率和原子利用率,展示出良好的电化学可逆性和正负极材料兼容性。将该阻燃有机电解液应用于Zn//Na3V2(PO4)2O2F可充锌电池体系中,可显著提升电池的安全性,且这种锌电池体系放电电压平台高、循环稳定性好,具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种电池电解液,具体地说是涉及一种用于可充锌电池的阻燃有机电解液及可充锌电池。

背景技术

为了满足日益增长的能源需求,解决化石燃料能源的快速消耗和环境恶化问题。发展太阳能、风能、潮汐能等可再生能源,提高能源利用率,受到人们的广泛关注。然而,可再生能源通常具有间歇性,受时间、气候等因素影响较大,如果将其直接并入电网使用将会对电网造成很大冲击。二次电池技术通过利用化学能和电能之间的相互转化,能够实现能量的存储和释放,其具有“削峰填谷”的功能,对于可在生能源的开发和利用尤为重要。

目前,锂离子电池在便携式电子设备中已经取得巨大的成功,并逐步向新能源汽车、智能电网等领域发展,然而,锂资源短缺、安全性低、价格高等因素限制了其在大规模储能领域的应用。锌资源丰富、价格低廉、安全环保,且金属锌负极在水系和有机体系中的稳定性高,可直接用作负极材料,其理论容量达820 mAh/g,因此,可充锌电池被认为是大规模储能体系中的一个理想选择。

当前关于可充锌电池的研究主要是基于水系电解液体系,水系电解液具有安全性高、电导率高、成本低、环境友好等优点,但水溶液电压窗口较窄(约1.23 V),使得一些高电压正极材料不能在水系锌电池中正常工作,一定程度上限制了可充锌电池的能量密度和正极材料的选择范围;此外,锌负极在水系电解液中还面临着锌枝晶生长、副反应严重(如生成非活性ZnO)、Zn沉积/析出库伦效率低、氢析出等问题,锌负极的可逆性有待提升。针对此,最近研究者们将目光转向有机可充锌电池电解液,但相关研究还处于起步阶段。目前,有机锌电池电解液体系所使用的溶剂主要是乙腈和酯类(如碳酸乙烯酯),尽管这些有机电解液可以拓宽电压窗口、提升锌负极的循环稳定性,但其易燃、易挥发、毒性高,存在严重的安全隐患。因此,研发新型的阻燃、高性能电解液体系对于可充锌电池的发展和应用具有重要意义。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种用于可充锌电池的阻燃有机电解液,以解决现有有机锌电池电解液易燃、易挥发、毒性高的问题。

本发明的目的之二是提供前述用于可充锌电池的阻燃有机电解液的制备方法,以制得阻燃、高性能的电解液。

本发明的目的之三是提供一种可充锌电池。

本发明的目的之一是这样实现的:

一种用于可充锌电池的阻燃有机电解液,其包括可溶性锌盐、钠盐电解质盐和阻燃有机溶剂,所述可溶性锌盐的浓度为0.1~2 mol/L,所述钠盐电解质盐的浓度为0.1~2.5mol/L。

优选地,所述可溶性锌盐的浓度为0.2~1 mol/L。

优选地,所述钠盐电解质盐的浓度为0.2~2.5 mol/L。

所述阻燃有机溶剂为磷酸三甲酯(TMP)、磷酸三乙酯(TEP)、甲基磷酸二甲酯(DMMP)和乙基磷酸二乙酯(DEEP)中的一种或几种混合形成的混合溶剂;优选地,所述阻燃有机溶剂为磷酸三甲酯(TMP)或磷酸三乙酯(TEP)。

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