[发明专利]一种用于提高普鲁士蓝正极水系电池性能的多金属离子水系电解液及其应用

说明书

本发明属于水系锌离子电池材料领域，具体涉及一种用于提高普鲁士蓝正极水系电池性能的多金属离子水系电解液及其应用。本发明发现将锌盐与其它金属离子以特定的配比混合在水中所构成的电解质可达到充放电机理改变的效果，提高电池充放电电压平台以及比容量，从而提高普鲁士蓝基正极材料水系电池能量密度。

技术领域

本发明属于水系锌离子电池材料领域，具体涉及一种用于提高普鲁士蓝正极水系电池性能的多金属离子水系电解液及其应用。

背景技术

水系锌离子电池负极采用的锌金属单质,其整体的反应原理是通过锌离子在正极晶体结构脱嵌和锌负极的沉积溶解来实现电荷的转移。从而完成充放电反应，区别在于两者嵌入的离子不同。水系锌离子电池的构成主要包含三个部分，即正极材料、负极材料、电解液。除此之外，一般还有隔膜，主要放在正负极之间来避免正负极直接接触发生短路，水系锌离子电池中隔膜一般采用玻璃纤维或者滤纸。

根据水系锌离子电池的反应机理，正极材料的选择首要要求就是材料的充放电电位处于电解液的电化学窗口之内，以保证电池可以正常的进行充放电，减少副反应。另外因为要应用于大规模储能领域，电池正极材料还需要考虑成本、寿命、安全性等问题，还需要尽可能高的能量密度和功率密度。现阶段研究的锌离子正极材料种类还比较少，正极种类主要有锰基化合物，钒基化合物，普鲁士蓝类化合物，有机电化学材料以及其他类。如锰基化合物中锌锰电池的研究已经有很久的历史,还包括其他价态氧化锰和锰酸锌等。普鲁士蓝类材料也是一种具有较大的化合物种类,因具有很稳定的框架结构，可以实现锌离子的快速脱嵌。

普鲁士蓝类似物(PBAs) MFe(CN)₆ (M = Fe, Co, Ni, Cu, Mn…)是指具有开放骨架结构、充分的氧化还原活性位点和相对较强的结构稳定性的过渡金属六氰铁酸盐。由于其独特的晶体结构，在离子电池和钾离子电池中引起了广泛的关注。PBAs具有典型的面心立方结构，其中Fe (III)与C原子成键，M键与N原子成键，分别形成FeC₆和MN₆八面体。然后,这两种正八面体(C≡N)桥梁相连,形成一个开放的三维框架。由于其巨大的间隙位置和特殊的通道，PBAs允许方便和可逆的电化学插入/提取各种离子，包括锌离子。各种离子的进出过程受到杂原子(如碱金属原子)和水分子的影响，这些杂原子通常存在于PBAs的间隙中。PBAs也可以写成A_xM[Fe(CN)₆]y·zH₂O (A = Li, Na, K…)。理论上，一摩尔PBA可以实现两摩尔电子转移，因为它包含两个氧化还原活性中心:M²⁺/M³⁺和Fe²⁺/Fe³⁺。然而，使用纯锌盐电解质的水系电解液由于Zn²⁺所带的大电荷，在充放电过程中的可逆脱嵌易于造成PBA材料的结构破坏，同时Zn²⁺的可逆脱嵌不能完全激活PBA材料M²⁺/M³⁺和Fe²⁺/Fe³⁺的高电位平台。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的缺点和不足，而提供一种用于提高普鲁士蓝正极水系电池性能的多金属离子水系电解液及其应用。

本发明所采取的技术方案如下：一种用于提高普鲁士蓝正极水系电池性能的多金属离子水系电解液，

其采用水作为溶剂，并且包含锌盐及其它水溶性金属离子盐；

所述其它水溶性金属离子盐为以下的一种或几种：KCl，CH₃COOK，K₂SO₄，K(OTf)，NaCl，CH₃COONa，Na₂SO₄，Na(OTf)，LiCl，CH₃COOLi，Li₂SO4，Li(OTf)；