[发明专利]一种锌离子电池用水/有机混合电解液

说明书

本发明公开了一种水系锌离子电池电解液，所述电解液包括锌盐和溶剂，所述溶剂包括水和甲酰胺。所述甲酰胺占溶剂的质量百分比为10‑60％。本发明通过在锌盐的水溶液中添加适量的甲酰胺构成水/有机混合电解液，在保证电解液不可燃的前提下有效提高了锌负极的稳定性，降低了电解液的凝固点，实现了‑40℃下可逆的锌沉积溶解，提高了正极材料的循环稳定性，从而改善了锌离子电池在室温、低温下的循环性能。

技术领域

本发明涉及电化学储能领域，特别涉及一种高安全性、多功能的水/有机混合电解液的制备及其在锌离子电池中的应用。

背景技术

随着智能电子设备、电动汽车、大规模储能等领域的发展，人们对储能设备的能量密度、快速充放电性能和安全性能要求越来越高。水系锌离子电池(AZIBs)是一种新型、环保的摇椅式电池，其以资源丰富的锌(理论比容量为823mAh g-1)作为负极材料，具有制备工艺简单、电池材料无毒低廉、水系电解液安全环保，能量密度较高等优点。目前，AZIBs仍存在很多问题亟需解决：(1)锌负极存在枝晶以及在水溶液中腐蚀的问题；(2)低温下电解液凝固导致电池性能骤降；(3)常用的正极材料，如钒基、锰基材料循环稳定性较差。优化电解液组成为解决以上问题的方便有效的途径。可以通过引入有机溶剂，如乙二醇，二甲基亚砜构建水/有机混合电解液。尽管混合电解液可以缓解AZIBs存在的一部分问题，但有机电解液的引入往往会使电解液的可燃性增加，使水系电解液丧失了原有的优势。因此，寻找既能保持高安全性，又能缓解AZIBs现存问题的水/有机混合电解液具有重要的意义。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明旨在提供一种高安全性、多功能的水/有机混合电解液的配制方法及其在锌离子电池中的应用。通过在锌盐的水溶液中添加适量的甲酰胺构成水/有机混合电解液，在保证电解液不可燃的前提下有效提高了锌负极的稳定性，降低了电解液的凝固点，实现了-40℃下可逆的锌沉积溶解，提高了正极材料的循环稳定性，从而改善了锌离子电池在室温、低温下的循环性能。

为实现以上目的，本发明采用的技术方案如下：

一方面，本发明提供了一种水系锌离子电池电解液，所述电解液包括锌盐和溶剂，所述溶剂包括水和甲酰胺。

基于上述方案，优选地，所述的锌盐为硫酸锌、氯化锌、硝酸锌、乙酸锌、磷酸锌、三氟甲基磺酸锌、双三氟甲基磺酰亚胺锌、四氟硼酸锌、六氟磷酸锌、双乙二酸硼酸锌中的任意一种或至少两种的组合，进一步优选为硫酸锌。

基于上述方案，优选地，锌盐浓度为0.1-2.5molkg^-1(m)，进一步优选为1-2m。

基于上述方案，优选地，甲酰胺在所述混合电解液中占溶剂的质量百分比为10-60％，进一步优选为45-55％。

另一方面，本发明提供了一种包括上述电解液的水系锌离子电池。

基于上述方案，优选地，所述的锌离子电池由正极、膜和锌负极材料构成。其中正极选用锌离子嵌入脱出型材料，如锰基材料(MnO₂、Ca_0.28MnO₂)，钒基材料(V₂O₅，V₂O₃，Zn₂V₂O₇，KV₃O₈)的一种或它们的组合，进一步优选KV₃O₈；膜材料可选用玻璃纤维膜、Celgard膜等，进一步优选玻璃纤维膜；锌负极材料可选用锌箔、锌粉等，进一步优选锌箔。

本发明的有益效果：

1)由于甲酰胺具有高闪点，自熄灭性的特点，水/甲酰胺混合电解液不可燃，可以保持水系电解液高安全性的优势。

2)水/甲酰胺混合电解液可以显著提高锌沉积的均匀性，从而抑制锌枝晶的产生。