[发明专利]用于水系锌离子电池的电解液和水系锌离子电池

说明书

本发明提供了用于水系锌离子电池的电解液和水系锌离子电池。该电解液包括含锌离子盐、磺酸内酯类添加剂和水。由此，电解液中锌离子盐中的Zn²⁺与磺酸内酯类添加剂中的磺酸基团发生配位作用进而改变Zn²⁺的溶剂化结构，促进Zn²⁺溶解/沉积的可逆性，提高了水系锌离子电池的循环性能，同时磺酸内酯类添加剂中含有的磺酸基团有助于磺酸内酯类添加剂分子吸附在锌负极表面，从而阻隔了水溶液与锌负极之间的相互作用，抑制了锌负极的副反应的发生，另外磺酸内酯类添加剂在Zn²⁺形核位点的吸附，抑制了Zn²⁺向有利于枝晶生成的位点的聚集，抑制了锌负极上枝晶的生长，进而降低了电池内部发生短路的危险。由此，该水系锌离子电池具有较高的循环性能和安全性。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，具体地，涉及用于水系锌离子电池的电解液和水系锌离子电池。

背景技术

水系锌离子电池以金属锌作为负极，包括Zn-空气电池，Zn-Mn电池，Zn-Ni电池等，其中，金属锌具有低廉的价格、高能量密度(5855mAh/cm³)、安全性优异，环境友好等特征，受到了广泛的关注和研究。但是，金属锌在水系电解液中的存在严重的枝晶生长，枝晶的生长会刺穿电池内部的隔膜，造成电池内部的短路，也会存在腐蚀、析氢等问题，其中，副反应的发生降低了锌负极的库伦效率，严重限制了这类电池在各个领域的应用。

因而，目前用于水系锌离子电池的电解液的性能仍有待改进。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种用于水系锌离子电池的电解液和水系锌离子电池。采用该组成的电解液可以提高水系锌离子电池的循环性能和安全性。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种用于水系锌离子电池的电解液。根据本发明的实施例，该电解液包括含锌离子盐、磺酸内酯类添加剂和水。

由此，该组成的电解液中锌离子盐中的Zn²⁺与磺酸内酯类添加剂中的磺酸基团发生配位作用进而改变Zn²⁺的溶剂化结构，促进Zn²⁺溶解/沉积的可逆性，提高了水系锌离子电池的循环性能，同时磺酸内酯类添加剂中含有的磺酸基团有助于磺酸内酯类添加剂分子吸附在锌负极表面，从而阻隔了水溶液与锌负极之间的相互作用，抑制了锌负极的副反应的发生，另外磺酸内酯类添加剂在Zn²⁺形核位点的吸附，抑制了Zn²⁺向有利于枝晶生成的位点的聚集，抑制了锌负极上枝晶的生长，进而降低了电池内部发生短路的危险。由此，采用本申请组成的电解液可以提高水系锌离子电池的循环性能和安全性。

另外，本发明上述实施例的用于水系锌离子电池的电解液还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的实施例，所述磺酸内酯类添加剂包括1,3-丙烷磺内酯、1,4-丁磺酸内酯、丙烯基-1,3-磺酸内酯、4-甲基-1,2-氧硫杂环戊烷-2,2-二氧化物、1,2-氧硫杂环己二烯和2,4-丁烷磺内酯中的至少之一。由此，可以提高水系锌离子电池的循环性能和安全性。

根据本发明的实施例，所述磺酸内酯类添加剂包括1,3-丙烷磺内酯、1,4-丁磺酸内酯、丙烯基-1,3-磺酸内酯、4-甲基-1,2-氧硫杂环戊烷-2,2-二氧化物和1,2-氧硫杂环己二烯中的至少两种。由此，可以提高水系锌离子电池的循环性能和安全性。

根据本发明的实施例，所述磺酸内酯类添加剂包括1,3-丙烷磺内酯和4-甲基-1,2-氧硫杂环戊烷-2,2-二氧化物。由此，可以提高水系锌离子电池的循环性能和安全性。

根据本发明的实施例，所述磺酸内酯类添加剂包括1,4-丁磺酸内酯和丙烯基-1,3-磺酸内酯；任选地，所述磺酸内酯类添加剂包括1,3-丙烷磺内酯和1,2-氧硫杂环己二烯。由此，可以提高水系锌离子电池的循环性能和安全性。