[发明专利]一种中性或弱酸性锌基电池的多功能复合电解液

说明书

本发明涉及一种中性或弱酸性锌基电池的多功能复合电解液，所述多功能复合电解液包括：溶剂、溶质、和多功能修饰剂；所述溶剂选自锌盐；所述多功能修饰剂选自表面活性剂、有机高分子增溶剂、季铵盐抗枝晶剂、咪唑基防腐蚀剂、锌离子络合剂中的至少3种。

技术领域

本发明涉及一种锌电池用电解液，具体涉及一种中性或弱酸性锌基电池的多功能复合电解液，属于锌电池电解液技术领域。

背景技术

锌基水系电池具有成本低、能量密度高、安全性好等特点，在大规模储能和便携式领域中具有广阔的应用前景。锌基水系电池采用弱酸性(pH在3-7之间)的盐溶液为电解液，高比能量的金属锌为负极，高稳定性的离子脱嵌化合物为正极。在电池的循环充放电过程中，锌负极侧发生锌离子的溶解沉积反应，正极侧发生离子的嵌入脱出反应，电解液起离子传输作用。金属锌的电极电位为-0.76V，化学活性较高，在弱酸性的盐溶液中不稳定，易发生腐蚀反应而损耗，导致电池容量的衰减，降低了电池性能。同时，金属锌负极在电池的循环充放电过程中，锌离子的不均匀溶解和沉积，会导致锌枝晶的生长，锌枝晶的折断溶解将导致“死锌”产生，锌负极将不断损耗，减低电池的循环寿命；当锌枝晶刺穿隔膜，将导致电池内部短路，电池报废。

根据中国发明专利文献1(公开号CN109273759A)，为解决锌负极腐蚀和枝晶生长问题，该发明用醚类溶剂替换水溶剂，虽然能够缓解锌负极腐蚀和枝晶生长问题，但有机溶剂的使用显著降低了电解液的离子电导率，而且成本相对较高。

根据中国发明专利文献2(公开号CN110828896A)，该发明公开了一种金属枝晶抑制多功能修饰剂的用途、含该多功能修饰剂的电解液和电池，其效果是能够有效抑制金属枝晶生长，但却未提及多功能修饰剂的抑腐蚀作用。

根据中国发明专利文献3(公开号CN108807910A)，该发明提供了一种水系锌离子电池，其在电解液中添加微量的锰盐和缓蚀剂，能够有效地缓解锌腐蚀、钝化等问题。然而却未提及多功能修饰剂的抑枝晶生长作用。

上述专利在锌基水系电池中，仅能够适当解决锌基水系电池的某个技术问题，但均未能在水系电解液的基础上，从多功能、全方位的角度考虑到锌负极侧在锌基水系电池中的腐蚀、枝晶生长等问题。

发明内容

为了克服上述技术缺陷，本发明目的在于提供一种锌基水系电池用的多功能复合电解液，所述多功能复合电解液包括：溶剂、溶质、和多功能修饰剂；所述溶剂选自锌盐；所述多功能修饰剂选自表面活性剂、有机高分子增溶剂、季铵盐抗枝晶剂、咪唑基防腐蚀剂、锌离子络合剂中的至少3种。

在本发明中，含有至少3种饰剂的复合电解液，不仅能够有效缓解锌电极在水系电解液中存在的腐蚀问题(基于表面活性剂、有机高分子增溶剂、咪唑基防腐蚀剂)，同时能够有效抑制电池在循环充放电过程中存在的锌枝晶生长问题(基于表面活性剂、有机高分子增溶剂、季铵盐阳离子)，从而提高锌基水系电池的循环稳定性和循环寿命。

较佳的，所述溶剂为水。

较佳的，所述锌盐选自三氟甲磺酸锌、硫酸锌、醋酸锌、硝酸锌、氯化锌、高氯酸锌中的至少一种；优选地，所述溶质还包含其它金属盐，所述其他金属盐的阳离子选自钾离子、钠离子、锂离子、锰离子、钙离子、镁离子、铝离子中的至少一种。

较佳的，所述其他金属盐选自三氟甲磺酸盐、硫酸盐、醋酸盐、硝酸盐、氯化盐、高氯酸盐中的至少一种。

较佳的，所述锌盐的浓度为0.1～3moL/L；所述其他金属盐的浓度为0.1～1moL/L。

较佳的，所述表面活性剂选自吐温-20、吐温-80、surfynol 104E、OP-(4、6、7、9、10)、NP-(4、6、7、9、10)中的至少一种；其中OP为辛基酚聚氧乙烯醚，NP为壬基酚聚氧乙烯醚，数字代表分子结构中加成的环氧乙烷片段数量；