專利名稱：一種水系鋰鋅電池的電解液的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電化學(xué)儲能領(lǐng)域，具體地說是一種可充電水系鋰鋅電池的電解液。
背景技術(shù)：
鉛酸電池作為一項有百年歷史的成熟的電池技術(shù)，占據(jù)著汽車啟動電瓶、電動自行車、UPS等儲能領(lǐng)域的絕對市場份額，2010全球年 銷售額達(dá)到350億美元。盡管鉛酸電池的循環(huán)使用壽命不長(300次左右)、能量密度也不高(3(T45Wh/kg)，但其價格低廉，性價比非常高。因此，近二十年來出現(xiàn)的鎳氫電池、鋰離子電池、釩液流電池、飛輪電池、鈉硫電池等眾多新的二次電池，均無法在儲能領(lǐng)域取代鉛酸電池。最近一種新型電池的出現(xiàn)將有可能改變儲能電池的格局。加拿大滑鐵盧大學(xué)于2012年6月在電池期刊《Journal of Power Source》公開了一種基于電解液內(nèi)部離子交換工作原理的新型水系二次電池“Rechargeable Hybrid Aqueous Batteries”,并且提供了一種性能優(yōu)異的可充電水系鋰鋅電池應(yīng)用實例以涂在石墨箔上的尖晶石錳酸鋰材料作為正極，以不銹鋼為惰性負(fù)極，以溶解有4mol/L的ZnCl2和3mol/LiCl的水溶液為電解液，AGM多孔玻璃纖維紙作為隔膜，獲得了一種平均工作電壓在I. 8V、循環(huán)使用壽命超過4000次的可充電電池，該電池的理論能量密度為160Wh/kg，預(yù)計實際能量密度可達(dá)50 80Wh/kg，經(jīng)測算其材料成本也低于鉛酸電池。綜上所述，水系鋰鋅電池非常有希望成為替代鉛酸電池的下一代儲能電池，具有極大的商業(yè)價值。在目前水系鋰鋅電池商業(yè)化進(jìn)程中，電解液是一項關(guān)鍵技術(shù)。水系鋰鋅電池在長期充放電過程中，伴隨著鋅在負(fù)極一側(cè)的可逆氧化還原反應(yīng)，即鋅的反復(fù)溶解和沉積，非常容易出現(xiàn)枝晶態(tài)的鋅沉積，從而造成隔膜被刺穿，電池短路而失效。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服上述水系鋰鋅電池使用過程中容易出現(xiàn)枝晶態(tài)的缺陷，提供一種適合用于可充電水系鋰鋅電池的電解液，其使水系鋰鋅電池在長期充放電過程中仍可獲得均勻光滑的鋅沉積效果和好的可逆性，有效避免鋅枝晶的產(chǎn)生，極大的減小電池短路的概率。為此，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案一種水系鋰鋅電池的電解液，其特征在于，所述電解液的組成包括水、電解質(zhì)鹽和鍍鋅添加劑；所述的電解質(zhì)鹽為可溶于水的鋅鹽和鋰鹽，電解液中鋰離子的濃度和鋅離子濃度均為0. 5-5mol/L。在現(xiàn)有水系鋰鋅電池的電解液中，由于沒有添加任何有助于鋅均勻沉積的助劑，非常容易出現(xiàn)枝晶態(tài)的鋅沉積，從而造成隔膜被刺穿，電池短路失效。本發(fā)明采用鍍鋅添加劑作為有助于鋅均勻沉積的助劑，使水系鋰鋅電池在長期充放電過程中仍可獲得均勻光滑的鋅沉積效果，可逆性好，有效避免了鋅枝晶的產(chǎn)生，極大的減小了電池短路的概率。
電鍍行業(yè)雖然有較為成熟的鍍鋅技術(shù),但均屬于一次鍍鋅,而水系鋰鋅電池中的鍍鋅是反復(fù)鍍鋅，且需要很好的可逆性，本發(fā)明采用鍍鋅添加劑和其他組分來組成電解液，完全滿足了水系鋰鋅電池的工作要求，目前尚無在水系鋰鋅電池電解液中添加鍍鋅添加劑的相關(guān)報道。所述的鍍鋅添加劑選用4-苯基-3- 丁烯-2-酮、硫脲、聚丙烯酰胺、十六烷基三甲基溴化銨、聚乙二醇中的一種或二種以上的混合物，優(yōu)選為前述五種物質(zhì)中的二種以上的混合物(可使電池負(fù)極表面光滑)，當(dāng)然也可以選用現(xiàn)有的其他鍍鋅添加劑。作為優(yōu)選，所述鍍鋅添加劑的濃度為0. 05-5g/L，也可以選用與其相近的濃度。本發(fā)明具有的有益效果本發(fā)明的 電解液使水系鋰鋅電池在長期充放電過程中仍可獲得均勻光滑的鋅沉積效果，可逆性好，有效避免了鋅枝晶的產(chǎn)生，極大的減小了電池短路的概率。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例，更具體地說明本發(fā)明的內(nèi)容。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的實施并不局限于下面的實施例，對本發(fā)明所做的任何形式上的變通和/或改變都將落入本發(fā)明保護(hù)范圍。實施例I
以尖晶石LiMn2O4為正極活性物質(zhì)，超導(dǎo)電碳黑為導(dǎo)電劑，高分子均聚物PVDF作為粘接劑，按照92 4 4的比例均勻混合，并分散到在NMP溶液中制作成漿料，漿料中固液質(zhì)量比為1:1，然后將制作好的漿料涂覆在上述表面處理過的石墨箔上，涂覆厚度為50iim，烘干后裁切成需要的尺寸作為正極極片。負(fù)極為銅箔。隔膜為AGM玻璃纖維隔膜。電解液為含有2mol/L鋰離子和2mol/L鋅離子的氯化鋰和氯化鋅的混合水溶液，4-苯基-3- 丁烯-2-酮作為鍍鋅添加劑溶于電解液中，濃度為0. 05g/L。將上述正極、負(fù)極、隔膜組裝成電池并加入電解液，在電壓范圍I. 5-2. IV之間、充放電電流為0. 5C條件下進(jìn)行循環(huán)測試，循環(huán)100周后在滿電狀態(tài)下停止，觀察負(fù)極銅箔上面的鋅沉積狀態(tài)。
實施例2
電池制作與測試方法同實施例1，電解液中的鍍鋅添加劑為4-苯基-3-丁烯-2-酮，濃度為lg/L0
實施例3
電池制作與測試方法同實施例1，電解液中的鍍鋅添加劑為4-苯基-3-丁烯-2-酮，濃度為5g/L。
實施例4
電池制作與測試方法同實施例1，電解液中的鍍鋅添加劑為硫脲，濃度為0. 2g/L。

實施例5電池制作與測試方法同實施例1，電解液中的鍍鋅添加劑為聚丙烯酰胺，濃度為
0.5g/L。
實施例6
電池制作與測試方法同實施例1，電解液中的鍍鋅添加劑為十六烷基三甲基溴化銨，濃度為2g/L。
實施例7
電池制作與測試方法同實施例1，電解液中的鍍鋅添加劑為聚乙二醇，濃度為
0.8g/L。
實施例8
電池制作與測試方法同實施例1，電解液中的鍍鋅添加劑為硫脲和4-苯基-3- 丁烯-2-酮兩種的混合物，濃度均為0. 8g/L。
實施例9
電池制作與測試方法同實施例1，電解液中的鍍鋅添加劑為十六烷基三甲基溴化銨和聚乙二醇兩種的混合物，濃度均為0. 5g/L。
實施例10
電池制作與測試方法同實施例1，電解液中的鍍鋅添加劑為4-苯基-3-丁烯-2-酮、硫脲和聚乙二醇三種的混合物，濃度均為0. 3g/L。
實施例11
電池制作與測試方法同實施例1，電解液中的鍍鋅添加劑為十六烷基三甲基溴化銨、硫脲和聚乙二醇三種的混合物，濃度均為0. 3g/L。
實施例12
電池制作與測試方法同實施例1，電解液中的鍍鋅添加劑為4-苯基-3-丁烯-2-酮、硫脲、聚丙烯酰胺和十六烷基三甲基溴化銨四種的混合物，濃度均為0. 3g/L。
實施效果比較
權(quán)利要求
1.一種水系鋰鋅電池的電解液，其特征在于，所述電解液的組成包括水、電解質(zhì)鹽和鍍鋅添加劑；所述的電解質(zhì)鹽為可溶于水的鋅鹽和鋰鹽，電解液中鋰離子的濃度和鋅離子濃度均為 0. 5_5mol/L。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的水系鋰鋅電池的電解液，其特征在于，所述的鍍鋅添加劑選用4-苯基-3- 丁烯-2-酮、硫脲、聚丙烯酰胺、十六烷基三甲基溴化銨、聚乙二醇中的一種或二種以上的混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的水系鋰鋅電池的電解液，其特征在于，所述鍍鋅添加劑的濃度為 0. 05-5g/L。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于可充電水系鋰鋅電池的電解液。目前的水系鋰鋅電池在長期充放電過程中，伴隨著鋅在負(fù)極一側(cè)的可逆氧化還原反應(yīng)，非常容易出現(xiàn)枝晶態(tài)的鋅沉積，從而造成隔膜被刺穿，電池短路而失效。本發(fā)明電解液的組成包括水、電解質(zhì)鹽和鍍鋅添加劑；所述的電解質(zhì)鹽為可溶于水的鋅鹽和鋰鹽，電解液中鋰離子的濃度和鋅離子濃度均為0.5-5mol/L。本發(fā)明的電解液使水系鋰鋅電池在長期充放電過程中仍可獲得均勻光滑的鋅沉積效果，可逆性好，有效避免了鋅枝晶的產(chǎn)生，極大的減小了電池短路的概率。
文檔編號H01M10/36GK102769151SQ201210286489
公開日2012年11月7日 申請日期2012年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月14日
發(fā)明者劉昊 申請人:劉昊