本發(fā)明屬于堿性鋅基電池，具體屬于一種用于濃堿性鋅基電池的球狀鋅沉積生長調(diào)節(jié)劑、電解液。

背景技術(shù)：

1、近年來，電動(dòng)汽車、微電子和電網(wǎng)儲(chǔ)能的蓬勃發(fā)展，增加了對(duì)具有優(yōu)異性能和安全性的先進(jìn)儲(chǔ)能設(shè)備的迫切需求。低廉的成本，豐富的礦儲(chǔ)產(chǎn)量，對(duì)環(huán)境友好，尤其是高安全可靠性，使得水系鋅基電池成為具有競(jìng)爭(zhēng)力的候選者之一。根據(jù)電解質(zhì)的ph不同，水系鋅基電池分為常規(guī)水系鋅離子電池和堿性鋅基電池。目前，各種水系堿性鋅基電池已經(jīng)被報(bào)道并部分商業(yè)化，如鎳鋅電池、鋅銀電池、鋅錳電池和鋅空電池等。

2、在堿性鋅基電池中，由于鋅負(fù)極的不穩(wěn)定性阻礙了其大規(guī)模實(shí)際應(yīng)用。區(qū)別于常規(guī)的水系鋅離子電池堿性電解液，濃堿性電解液體系中的鋅離子多以鋅酸鹽離子[zn(oh)4]2-形式存在并作為zn-zno沉積產(chǎn)物轉(zhuǎn)換的中間體。在電沉積過程中，溶解的[zn(oh)4]2-在堿性電解液中多無規(guī)擴(kuò)散，導(dǎo)致電極/堿性電解液界面上離子分布不均勻，存在較大濃度梯度差和空間電荷層，故而[zn(oh)4]2-傾向于聚集并沉積在尖端處。不均勻、蓬松的沉積結(jié)構(gòu)進(jìn)而生長為苔蘚形態(tài)枝晶，加速電池的短路失效。此外，由于堿性電解液體系的特殊性，電極界面上的鋅枝晶易與堿性電解液接觸鈍化會(huì)形成“死鋅”，降低活性物質(zhì)利用率。因此，調(diào)控鋅負(fù)極在堿性電解液中的沉積生長形態(tài)對(duì)于進(jìn)一步應(yīng)用至關(guān)重要。

3、現(xiàn)有鋅負(fù)極優(yōu)化方法主要偏重于對(duì)鋅負(fù)極表面積改性和三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來減少電極鈍化，提高鋅的利用率并抑制枝晶。這些策略通常采取“被動(dòng)防御”的戰(zhàn)術(shù)，并沒有從本質(zhì)上調(diào)控[zn(oh)4]2-無規(guī)擴(kuò)散和尖端沉積問題。因此開發(fā)一種球狀鋅沉積生長調(diào)節(jié)劑，緩解堿性電解液中[zn(oh)4]2-的濃度差梯度分布并改變鋅不均勻的沉積形態(tài)，具有重大的研究意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種用于濃堿性鋅基電池的球狀鋅沉積生長調(diào)節(jié)劑、電解液，將含強(qiáng)陽離子基團(tuán)的聚二甲基二烯丙基氯化銨(pda)作為球狀鋅沉積生長調(diào)節(jié)劑添加在堿性鋅基電池的堿性電解液中，球狀鋅沉積生長調(diào)節(jié)劑會(huì)調(diào)節(jié)堿性電解液理化狀態(tài)來降低鋅酸鹽離子[zn(oh)4]2-的擴(kuò)散速率，并促進(jìn)[zn(oh)4]2-均勻有序遷移，從而調(diào)控鋅均勻成核進(jìn)而誘導(dǎo)致密的球狀生長。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種用于濃堿性鋅基電池的球狀鋅沉積生長調(diào)節(jié)劑，所述濃堿性鋅基電池堿性電解液的ph≈14，所述球狀鋅沉積生長調(diào)節(jié)劑為含強(qiáng)陽離子基團(tuán)的聚二甲基二烯丙基氯化銨。

3、進(jìn)一步的，聚二甲基二烯丙基氯化銨的結(jié)構(gòu)式為：

4、

5、進(jìn)一步的，將球狀鋅沉積生長調(diào)節(jié)劑添加到濃堿性鋅基電池的堿性電解液中使用，以堿性電解液溶劑的總重量計(jì)，球狀鋅沉積生長調(diào)節(jié)劑添加的濃度范圍為1％～10％。

6、進(jìn)一步的，將球狀鋅沉積生長調(diào)節(jié)劑添加到濃堿性鋅基電池的堿性電解液中使用，以堿性電解液溶劑的總重量計(jì)，球狀鋅沉積生長調(diào)節(jié)劑添加的濃度范圍為5％。

7、本發(fā)明還提供一種濃堿性鋅基電池的堿性電解液，所述堿性電解液中添加有球狀鋅沉積生長調(diào)節(jié)劑，所述球狀鋅沉積生長調(diào)節(jié)劑為含強(qiáng)陽離子基團(tuán)的聚二甲基二烯丙基氯化銨。

8、進(jìn)一步的，以堿性電解液溶劑的總重量計(jì)，球狀鋅沉積生長調(diào)節(jié)劑添加的濃度范圍為1％～10％。

9、進(jìn)一步的，以堿性電解液溶劑的總重量計(jì)，球狀鋅沉積生長調(diào)節(jié)劑添加的濃度范圍為5％。

10、進(jìn)一步的，所述堿性電解液的電解質(zhì)包含水性溶劑和堿性電解質(zhì)，所述堿性電解質(zhì)為無機(jī)堿-氫氧化鉀。

11、本發(fā)明還提供一種濃堿性鋅基電池，所述濃堿性鋅基電池的堿性電解液為上述堿性電解液。

12、進(jìn)一步的，堿性電解液的濃度為3mol/l～8mol/l。

13、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有以下有益效果：

14、本發(fā)明提供了一種用于濃堿性鋅基電池的球狀鋅沉積生長調(diào)節(jié)劑-含強(qiáng)陽離子基團(tuán)的聚二甲基二烯丙基氯化銨，在堿性電解液中添加適量球狀鋅沉積生長調(diào)節(jié)劑，通過調(diào)節(jié)堿性電解液理化狀態(tài)，降低鋅酸鹽離子[zn(oh)4]2-的擴(kuò)散速率，并促進(jìn)[zn(oh)4]2-有序遷移。此外，該球狀鋅沉積生長調(diào)節(jié)劑具有強(qiáng)親鋅作用，緩沖存在于電極和堿性電解液之間，進(jìn)一步重構(gòu)近鋅電極側(cè)的[zn(oh)4]2-的濃度排布，并促使其沿聚合物鏈有序傳輸移動(dòng)。

15、本發(fā)明采用的球狀鋅沉積生長調(diào)節(jié)劑可以富集電極/堿性電解液界面處的均勻[zn(oh)4]2-離子流，避免空間電荷效應(yīng)，調(diào)控鋅均勻成核進(jìn)而誘導(dǎo)致密的球狀生長。

技術(shù)特征：

1.一種用于濃堿性鋅基電池的球狀鋅沉積生長調(diào)節(jié)劑，其特征在于，所述濃堿性鋅基電池堿性電解液的ph≈14，所述球狀鋅沉積生長調(diào)節(jié)劑為含強(qiáng)陽離子基團(tuán)的聚二甲基二烯丙基氯化銨。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于濃堿性鋅基電池的球狀鋅沉積生長調(diào)節(jié)劑，其特征在于，聚二甲基二烯丙基氯化銨的結(jié)構(gòu)式為：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于濃堿性鋅基電池的球狀鋅沉積生長調(diào)節(jié)劑，其特征在于，將球狀鋅沉積生長調(diào)節(jié)劑添加到濃堿性鋅基電池的堿性電解液中使用，以堿性電解液溶劑的總重量計(jì)，球狀鋅沉積生長調(diào)節(jié)劑添加的濃度范圍為1％～10％。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于濃堿性鋅基電池的球狀鋅沉積生長調(diào)節(jié)劑，其特征在于，將球狀鋅沉積生長調(diào)節(jié)劑添加到濃堿性鋅基電池的堿性電解液中使用，以堿性電解液溶劑的總重量計(jì)，球狀鋅沉積生長調(diào)節(jié)劑添加的濃度范圍為5％。

5.一種濃堿性鋅基電池的堿性電解液，其特征在于，所述堿性電解液中添加有球狀鋅沉積生長調(diào)節(jié)劑，所述球狀鋅沉積生長調(diào)節(jié)劑為含強(qiáng)陽離子基團(tuán)的聚二甲基二烯丙基氯化銨。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種濃堿性鋅基電池的堿性電解液，其特征在于，以堿性電解液溶劑的總重量計(jì)，球狀鋅沉積生長調(diào)節(jié)劑添加的濃度范圍為1％～10％。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種濃堿性鋅基電池的堿性電解液，其特征在于，以堿性電解液溶劑的總重量計(jì)，球狀鋅沉積生長調(diào)節(jié)劑添加的濃度范圍為5％。

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種濃堿性鋅基電池的堿性電解液，其特征在于，所述堿性電解液的電解質(zhì)包含水性溶劑和堿性電解質(zhì)，所述堿性電解質(zhì)為無機(jī)堿-氫氧化鉀。

9.一種濃堿性鋅基電池，其特征在于，所述濃堿性鋅基電池的堿性電解液采用權(quán)利要求5～8中任一項(xiàng)所述的堿性電解液。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種濃堿性鋅基電池，其特征在于，堿性電解液的濃度為3mol/l～8mol/l。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種用于濃堿性鋅基電池的球狀鋅沉積生長調(diào)節(jié)劑、電解液，將含強(qiáng)陽離子基團(tuán)的聚二甲基二烯丙基氯化銨(PDA)作為球狀鋅沉積生長調(diào)節(jié)劑添加在堿性鋅基電池的堿性電解液中，球狀鋅沉積生長調(diào)節(jié)劑會(huì)調(diào)節(jié)堿性電解液理化狀態(tài)來降低鋅酸鹽離子[Zn(OH)<subgt;4</subgt;]<supgt;2?</supgt;的擴(kuò)散速率，并促進(jìn)[Zn(OH)<subgt;4</subgt;]<supgt;2?</supgt;均勻有序遷移，從而調(diào)控鋅均勻成核進(jìn)而誘導(dǎo)致密的球狀生長。

技術(shù)研發(fā)人員：丁書江,張亞楠,趙洪洋
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西安交通大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10