本發(fā)明涉及一種鋅離子電池電解液，具體涉及一種增加離子溶劑化結(jié)構(gòu)熵提高離子電導(dǎo)率的鋅離子電池電解液及其制備方法與應(yīng)用，屬于鋅離子電池。

背景技術(shù)：

1、鋰離子電池由于制備成本高以及有機(jī)電解質(zhì)的可燃性所造成的安全問(wèn)題，其發(fā)展一直受到限制。相比之下，水系鋅離子電池由于其電解質(zhì)固有的安全和環(huán)保特性以及經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)而越來(lái)越受到人們的關(guān)注。

2、金屬鋅因比容量高(820mah?g-1)、氧化還原電位低(-0.76v相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)氫電極)、資源豐富、不易燃等特點(diǎn)，被認(rèn)為是水系鋅離子電池的理想負(fù)極材料。然而，由于溶劑化鋅離子的熱力學(xué)不穩(wěn)定性以及不穩(wěn)定電極/電解質(zhì)界面造成枝晶生長(zhǎng)、析氫反應(yīng)和腐蝕等副反應(yīng)，導(dǎo)致鋅利用率低、庫(kù)侖效率低和短的循環(huán)壽命。

3、人們開展了電解質(zhì)優(yōu)化、界面工程和鋅電極結(jié)構(gòu)等策略來(lái)應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，在這些策略中，電解質(zhì)調(diào)節(jié)由于其可行性和有效性被廣泛認(rèn)為是一種有前途的方法。但該方法仍存在一些缺點(diǎn)。特別是，雖然使用有機(jī)添加劑通過(guò)關(guān)聯(lián)電雙層電容和優(yōu)化溶劑化結(jié)構(gòu)和氫鍵網(wǎng)絡(luò)已顯示出在穩(wěn)定鋅負(fù)極方面的顯著效果，但這些解決方案往往會(huì)導(dǎo)致離子電導(dǎo)率差、擴(kuò)散速率動(dòng)力學(xué)緩慢、在惡劣條件下循環(huán)壽命不足以及可燃性風(fēng)險(xiǎn)增加。利用金屬鹽添加劑可以通過(guò)界面吸收或靜電屏蔽產(chǎn)生無(wú)枝晶的鋅負(fù)極。然而，引入金屬離子不僅對(duì)在水性條件下穩(wěn)定鋅負(fù)極的改善有限，而且更重要的是，引入陽(yáng)離子的潛在沉積/剝離機(jī)制仍然難以捉摸。此外，雖然設(shè)計(jì)高濃度電解質(zhì)可以通過(guò)破壞氫鍵網(wǎng)絡(luò)來(lái)降低水的活性，但它也會(huì)導(dǎo)致粘度增加、離子擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)降低和其他經(jīng)濟(jì)缺陷，極大地限制了其實(shí)用性實(shí)用性。因此，創(chuàng)建一種僅由鋅鹽組成的新型水性電解質(zhì)對(duì)于增強(qiáng)高度可逆的鋅陽(yáng)極、延長(zhǎng)使用壽命和提高成本效益至關(guān)重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的主要目的在于提供一種增加離子溶劑化結(jié)構(gòu)熵可提高離子電導(dǎo)率的水系鋅離子電池電解液及其制備方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足。

2、本發(fā)明的另一目的還在于提供所述鋅離子電池電解液的應(yīng)用。

3、為實(shí)現(xiàn)前述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括：

4、本發(fā)明實(shí)施例提供了一種增加離子溶劑化結(jié)構(gòu)熵的鋅離子電池電解液，其包括：可溶性鋅鹽和溶劑，所述可溶性鋅鹽包括硫酸鋅、無(wú)機(jī)陰離子鋅鹽和有機(jī)陰離子鋅鹽的組合，其中，所述無(wú)機(jī)陰離子鋅鹽包括氯化鋅、溴化鋅、硝酸鋅、磷酸鋅、高氯酸鋅、氟硼酸鋅中的任意一種或兩種以上的組合，所述有機(jī)陰離子鋅鹽包括三氟甲烷磺酸鋅、雙(三氟甲基磺酰基)酰亞胺鋅、雙(二氟甲基磺?；?(三氟甲黃酰)酰亞胺鋅、十一烯酸鋅、n-(苯磺酰基)苯磺酰胺鋅、四(六氟異丙氧基)硼酸鋅、葡萄糖酸鋅、碳酸鋅中的任意一種或兩種以上的組合，并且，所述可溶性鋅鹽的種類為五種以上。

5、本發(fā)明實(shí)施例還提供了前述增加離子溶劑化結(jié)構(gòu)熵的鋅離子電池電解液的制備方法，其包括：將作為電解質(zhì)的可溶性鋅鹽溶解于溶劑中，攪拌混合均勻，制得增加離子溶劑化結(jié)構(gòu)熵的鋅離子電池電解液。

6、本發(fā)明實(shí)施例還提供了前述的增加離子溶劑化結(jié)構(gòu)熵的鋅離子電池電解液在水系鋅離子電池或鋅離子電化學(xué)儲(chǔ)能裝置中的應(yīng)用。

7、相應(yīng)的，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種水系鋅離子電池，其包括：正極、負(fù)極、隔膜和電解液，其中，所述電解液為前述的增加離子溶劑化結(jié)構(gòu)熵的鋅離子電池電解液。

8、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果包括：

9、1)本發(fā)明提供的鋅離子電池電解液通過(guò)多陰離子協(xié)同參與增加鋅離子的溶劑化結(jié)構(gòu)熵，降低鋅離子簇尺寸，增強(qiáng)鋅離子的遷移動(dòng)力學(xué)，提高離子電導(dǎo)率；同時(shí)減少體系中強(qiáng)氫鍵數(shù)目，降低結(jié)合水和游離水的活性；進(jìn)一步地，多陰離子吸附并修飾固體電解質(zhì)界面膜保護(hù)層，可有效降低鋅離子的脫溶能力，均勻界面電流密度分布以及促進(jìn)界面處鋅離子的均勻分布；從而抑制不可控枝晶生長(zhǎng)，顯著降低析氫、腐蝕等副反應(yīng)的發(fā)生，延長(zhǎng)鋅離子電池的循環(huán)壽命和提高全電池的電化學(xué)性能穩(wěn)定性；

10、2)本發(fā)明提供的鋅離子電池電解液的制備方法簡(jiǎn)單易行，加工成本低，具有很強(qiáng)的普適性和工業(yè)應(yīng)用兼容性。

技術(shù)特征：

1.一種增加離子溶劑化結(jié)構(gòu)熵的鋅離子電池電解液，其特征在于，包括：可溶性鋅鹽和溶劑，所述可溶性鋅鹽包括硫酸鋅、無(wú)機(jī)陰離子鋅鹽和有機(jī)陰離子鋅鹽的組合，其中，所述無(wú)機(jī)陰離子鋅鹽包括氯化鋅、溴化鋅、硝酸鋅、磷酸鋅、高氯酸鋅、氟硼酸鋅中的任意一種或兩種以上的組合，所述有機(jī)陰離子鋅鹽包括三氟甲烷磺酸鋅、雙(三氟甲基磺?；?酰亞胺鋅、雙(二氟甲基磺?；?(三氟甲黃酰)酰亞胺鋅、十一烯酸鋅、n-(苯磺酰基)苯磺酰胺鋅、四(六氟異丙氧基)硼酸鋅、葡萄糖酸鋅、碳酸鋅、醋酸鋅中的任意一種或兩種以上的組合，并且，所述可溶性鋅鹽的種類為五種以上。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增加離子溶劑化結(jié)構(gòu)熵的鋅離子電池電解液，其特征在于，包括：硫酸鋅，以及無(wú)機(jī)陰離子鋅鹽、有機(jī)陰離子鋅鹽中的四種以上。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增加離子溶劑化結(jié)構(gòu)熵的鋅離子電池電解液，其特征在于：所述鋅離子電池電解液中可溶性鋅鹽的濃度為1～3mol/l。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的增加離子溶劑化結(jié)構(gòu)熵的鋅離子電池電解液，其特征在于：所述鋅離子電池電解液中硫酸鋅的濃度為0.2～2.0mol/l，其他四種以上的可溶性鋅鹽的濃度之和為0.8～2.8mo1/l。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的增加離子溶劑化結(jié)構(gòu)熵的鋅離子電池電解液，其特征在于：所述鋅離子電池電解液中硫酸鋅的濃度為0.4～1.6mol/l，優(yōu)選為0.8～1.6mol/l，其他四種以上的可溶性鋅鹽的濃度為0.4～1.6mol/l。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的增加離子溶劑化結(jié)構(gòu)熵的鋅離子電池電解液，其特征在于：所述鋅離子電池電解液中其他四種以上的可溶性鋅鹽的摩爾比相等；優(yōu)選的，所述鋅離子電池電解液中其他四種以上的可溶性鋅鹽包括氯化鋅、溴化鋅、三氟甲烷磺酸鋅和高氯酸鋅的組合；

7.如權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的增加離子溶劑化結(jié)構(gòu)熵的鋅離子電池電解液的制備方法，其特征在于，包括：將作為電解質(zhì)的可溶性鋅鹽溶解于溶劑中，攪拌混合均勻，制得增加離子溶劑化結(jié)構(gòu)熵的鋅離子電池電解液。

8.權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的增加離子溶劑化結(jié)構(gòu)熵的鋅離子電池電解液在水系鋅離子電池或鋅離子電化學(xué)儲(chǔ)能裝置中的應(yīng)用。

9.一種水系鋅離子電池，其特征在于，包括：正極、負(fù)極、隔膜和電解液，其中，所述電解液采用權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的增加離子溶劑化結(jié)構(gòu)熵的鋅離子電池電解液。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的水系鋅離子電池，其特征在于：所述負(fù)極包括鋅箔、鋅片、鋅絲、鋅粉、泡沫鋅、鋅板和鋅合金中的至少任意一種；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種增加離子溶劑化結(jié)構(gòu)熵的鋅離子電池電解液及其制備方法與應(yīng)用。所述鋅離子電池電解液包括可溶性鋅鹽和溶劑，所述可溶性鋅鹽包括硫酸鋅、無(wú)機(jī)陰離子鋅鹽和有機(jī)陰離子鋅鹽的組合，且可溶性鋅鹽的種類為五種以上。本發(fā)明的鋅離子電池電解液通過(guò)多陰離子協(xié)同參與增加鋅離子的溶劑化結(jié)構(gòu)熵，降低鋅離子簇尺寸，增強(qiáng)鋅離子的遷移動(dòng)力學(xué)，提高離子電導(dǎo)率；同時(shí)減少體系中強(qiáng)氫鍵數(shù)目，降低結(jié)合水和游離水的活性；多陰離子吸附并修飾固體電解質(zhì)界面膜保護(hù)層，可有效降低鋅離子的脫溶能力，均勻界面電流密度分布以及促進(jìn)界面處鋅離子的均勻分布；從而抑制不可控枝晶生長(zhǎng)，延長(zhǎng)鋅離子電池的循環(huán)壽命和提高全電池的電化學(xué)性能穩(wěn)定性。

技術(shù)研發(fā)人員：羅杰,張其沖,后士勝
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10