[发明专利]非水系电解液、制备方法及电池

说明书

本申请提供的非水系电解液及电池，包括有机溶剂及溶于所述有机溶剂中的含氟锌盐，该电解液不含游离水分子，避免了锌负极的析氢反应和腐蚀钝化；且该电解液能在锌负极表面形成稳定的ZnFsubgt;2/subgt;固液界面膜(SEI)，避免了充放电过程中锌负极枝晶生长的问题；该电解液具有较宽的电压窗口(2.3V)，其解决了电池工作条件下分解(析氢析氧)问题；该电解液在‑60℃仍然不凝固且具有较高的离子电导(4.06mS/cm)，其解决了锌电池低温无法工作的难题。由该电解液组装的锌离子电池在‑60摄氏度0.5A gsupgt;‑1/supgt;的电流密度下具有较高的容量(58mAh gsupgt;‑1/supgt;)和稳定的长循环寿命(2000圈)。

技术领域

本申请涉及电池材料技术领域，特别涉及一种非水系电解液、制备方法及电池。

背景技术

可充电锌离子电池具有高安全、低成本、环境友好等特点，在规模储能、智能电网、消费电子等领域具有广阔的应用前景而备受学术界和产业界的关注。然而，现阶段锌离子电池仍面临枝晶生长、电解液分解(析氢析氧)、循环稳定性不足、自放电严重、低温无法工作等问题，这类问题严重阻碍锌离子电池的产业化进程和规模化应用。电解质是电化学储能器件的核心材料，其物理化学性质直接影响电池的正负极稳定性、器件安全性和使用环境。设计和开发新型的电解质有望从根本上解决锌离子电池所面临的问题。

目前，低温电解液的设计改性主要是围绕着降低电解液的凝固点和减少副反应，主要包括水系电解液，有机电解液、杂化电解液、凝胶电解质等。

1)水系电解液：水系电解液中主要是靠引入配体破坏游离水之间的氢键从而改善低温性能。比如可以通过引入Zn²⁺、Mg²⁺等与游离水的氧原子配位，破坏游离水之间的氢键；还可以通过引入BF₄^-、ClO₄^-等具有高电负性的阴离子与游离水的氢原子配位，破坏游离水之间的氢键。

2)有机电解液：有机溶剂由于其本身具有较低的凝固点，代替水用作低温锌离子电池是一种有效策略。其本身不含游离水之间的氢键，冰点大大降低。

3)有机/水杂化电解液：杂化电解液可以结合有机电解液和水电解液两者的优势。可以通过将少量的有机电解液引入到水电解液中或者将少量的水引入到非水电解液中。

4)凝胶电解质：一种是在凝胶电解质中引入离子或醇，破坏游离水之间的氢键；另一种是将亲水官能团枝接到水凝胶聚合物中，改变了水凝胶网络，限制了游离水之间的氢键。

发明内容

鉴于此，有必要针对现有技术中存在的缺陷提供一种高稳定性、高容量、宽温域使用的锌离子电池电解液的制备方法及其应用。

为解决上述问题，本申请采用下述技术方案：

本申请的目的之一，提供了一种非水系电解液，包括有机溶剂及溶于所述有机溶剂中的含氟锌盐。

在其中一些实施例中，所述含氟锌盐包括三氟甲烷磺酸锌。

在其中一些实施例中，所述有机溶剂包括乙腈及1,3-二氧五环，所述乙腈和1,3-二氧五环的体积比范围在0.001:0.999到0.999：0.001之间。

在其中一些实施例中，所述非水系电解液的摩尔浓度为0.001mol/L～5mol/L。

本申请的目的之一，提供了一种非水系电解液的制备方法，包括下述步骤：将含氟锌盐溶解到有机溶剂中，得到所述非水系电解液。

本申请的目的之一，提供了一种电池，包括所述的非水系电解液。

在其中一些实施例中，还包括电池负极，所述电池负极为锌负极，所述锌负极的厚度为1μm～100mm。