[发明专利]一种水系高电压窗口防冻电解液及其应用

说明书

本发明提供了一种水系高电压窗口防冻电解液及其应用。本发明提供的电解液包括无机盐电解质、水和有机溶剂；所述有机溶剂的凝固点为‑12～‑97℃，所述有机溶剂与水共溶，所述无机盐电解质在所述有机溶剂中可溶；所述无机盐电解质、水和有机溶剂的摩尔比为1.1～3.1:4.5～6:2～7。本发明提供的电解液能够避免电解液在低温环境下发生盐析，还能扩宽水系电解液的电压窗口，并能够提供更高的离子电导率，使电化学储能器件在低温环境下同样具有优异的电化学性能。

技术领域

本发明涉及低温电化学储能技术领域，特别涉及一种水系高电压窗口防冻电解液及其应用。

背景技术

水系电化学储能器件因其高的安全性、低的成本而受到人们的广泛关注。电解液对电化学储能器件的运行起到了关键的作用，但由于水的凝固点较高(0℃)限制了水系电化学储能器件的应用，而且，水的分解电压为1.23V，这对于实现高能量密度电化学储能器件是非常不利的。

目前已经申请专利的水系电解液的电压窗口普遍在1.2V以下(CN 105280397 B，CN 104505263 B)。近年来，已经有一些申请专利通过高浓度电解液策略来实现水系电解液宽电压窗口(CN 107256986 A)。在高浓度电解液中，由于绝大部分水分子与阳离子发生溶剂化作用而被束缚在阳离子周围，当外界电场作用于高浓度电解液时，由于水分子不再是自由移动分子，水分子发生分解反应的活性被抑制，所以高浓度电解液的电压窗口相比于低浓度电解液有显著的提高。但在低温条件下，溶质的溶解度会降低，导致高浓度电解质发生盐析现象，析出的无机盐会附着在电极材料和隔膜上面，阻碍离子的传输，导致电化学储能器件不能工作，这严重限制了高浓度电解液在低温环境中的应用。

发明内容

有鉴于此，本发明目的在于提供一种水系高电压窗口防冻电解液及其应用。本发明提供的电解液能够避免电解液在低温环境下发生盐析，还能够扩宽水系电解液的电压窗口，使电化学储能器件在低温环境下同样具有非常优异的电化学性能。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种水系高电压窗口防冻电解液，包括无机盐电解质、水和有机溶剂；

所述有机溶剂的凝固点为-12～-97℃，所述有机溶剂与水共溶，所述无机盐电解质在所述有机溶剂中可溶；

所述无机盐电解质、水和有机溶剂的摩尔比为1.1～3.1:4.5～6:2～7。

优选地，所述有机溶剂包括乙腈、乙二醇、甲醇、乙醇、甘油、乙酸甲酯、乙酸乙酯、N,N-二甲基甲酰胺、丙酮、四氢呋喃和γ-丁内酯中的一种或几种；所述有机溶剂能够溶解无机盐电解质，且能够溶于水；所述无机盐电解质包括NaClO₄、ZnCl₂和CH₃COOK中的一种或几种。

优选地，所述电解液的电压窗口大于1.5V，所述电解液的凝固点低于-20℃。

优选地，当所述无机盐电解质为NaClO₄时，所述NaClO₄、水和有机溶剂的摩尔比为1.7:4.5～6:2～7。

优选地，当所述无机盐电解质为CH₃COOK时，所述CH₃COOK、水和有机溶剂的摩尔比为2.8:4.5～6:2～7。

优选地，当所述无机盐电解质为NaClO₄和CH₃COOK时，所述无机盐电解质、水和有机溶剂的摩尔比为1.5～2.9:4.5～6:2～7。

优选地，当所述无机盐电解质为NaClO₄和ZnCl₂时，所述无机盐电解质、水和有机溶剂的摩尔比为1.1～1.7:4.5～6:2～7。