[发明专利]一种水系锌离子电池添加剂、电池电解液及其应用

说明书

本发明公开了一种水系锌离子电池添加剂、电池电解液及其应用，所述水系锌离子电池添加剂的通式表示为：HS‑R‑NH₂或HS‑R‑NH₂·(HCl)，其中，R为直链或支链烷基，或者为含有杂原子取代基的直链或支链烷基。含有所述添加剂的水系锌离子电池电解液能提高水系锌离子电池的循环稳定性和电池容量；该电解液还可用在锌离子电化学储能装置中。本发明提供的添加剂中的胺基和巯基对锌具有良好的配位作用，能够自发吸附在枝晶晶种的表面，形成可逆的吸附层，调控水系锌离子电池放电过程中的电镀过程，有效抑制枝晶和“死锌”的生成，从而提高电池的循环稳定性和电池器件寿命。

技术领域

本发明属于二次电池技术领域，尤其涉及一种水系锌离子电池添加剂、电池电解液及其应用。

背景技术

随着电子科技的发展，电子设备的应用领域不断扩展，近年来锂离子电池作为重要的储能器件，在智能手机、可穿戴设备、电动汽车等领域大规模应用。随之而来的是锂电材料价格的不断上涨，但锂在地球上的丰度有限，过量开采会造成能源枯竭，并且有机电解质的锂离子电池易燃、有毒，安全性能较低。而基于水系电解液的水系锌离子电池是有极高的安全性、经济性和环保特性，是一种新型储能系统，锌离子储量丰富，锌离子电池具有比容量高、功率密度大、便宜易得等特点，但目前水系锌离子电池仍面临着巨大的挑战。水系锌离子电池中，锌枝晶生长严重，可能会导致水系锌离子电池容量衰减，大大制约了锌离子电池商业化的发展。从电镀/剥离的角度来说，电解液添加剂的使用能够很好的抑制枝晶，避免“死锌”的生成，是解决枝晶问题的关键思路，但目前常用的电解液添加剂主要为聚合物添加剂和金属离子添加剂，这两种添加剂解决锌枝晶的效果较差。

发明内容

针对上述背景技术中指出的不足，本发明提供了一种水系锌离子电池添加剂、电池电解液及其应用，旨在解决水系锌离子电池枝晶严重的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种水系锌离子电池添加剂，其通式表示如下：

HS-R-NH₂或HS-R-NH₂·(HCl)

其中，R为直链或支链烷基，或者为含有杂原子取代基的直链或支链烷基。

具体而言，上述添加剂可以是巯基乙胺或其盐酸盐、巯基丙胺或其盐酸盐、谷胱甘肽或其盐酸盐等。

含有上述添加剂的水系锌离子电池电解液，由普通电解液和0.1-2.5g/L的添加剂构成；所述普通电解液的电解质可以是硫酸锌、三氟甲磺酸锌、双三氟甲磺酸亚胺锌、高氯酸锌中的一种或几种，所述普通电解液的浓度优选1M-6M。

经测试，上述水系锌离子电池电解液能提高水系锌离子电池的循环稳定性和电池容量；根据其功能和效果，上述水系锌离子电池也可用在锌离子电化学储能装置中。

本发明的优点在于：本发明提供的添加剂含有胺基和巯基，对锌具有良好的配位作用，能够自发吸附在枝晶晶种的表面，形成可逆的吸附层，调控水系锌离子电池放电过程中的电镀过程，平衡整个平面的生长动力学，抑制枝晶和“死锌”的生成，从而提高电池的循环稳定性和电池器件寿命；并且添加剂的添加用量少。此外，本发明添加剂能体现出一定的抑制电池产气的作用，在一定程度上能够防止电池在使用过程中胀包，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提供的含有半胱胺盐酸盐添加剂的硫酸锌电解液制备的对称电池循环测试对比图。

图2是本发明实施例1提供无添加剂的硫酸锌电解液制备的Zn//HATN水系锌离子电池循环性能测试图。

图3是本发明实施例1提供的含有半胱胺盐酸盐添加剂的硫酸锌电解液制备的Zn//HATN水系锌离子电池循环性能测试图。

具体实施方式