锌离子电池用碱性电解液、制备方法和碱性锌离子电池

本发明属于电解液，具体涉及一种锌离子碱性电池用电解液、制备方法和碱性锌离子电池。

背景技术：

1、金属锌具有独特性能和优势，在自然界中含量丰富，价格低廉。锌金属作为电池负极材料具有良好的导电性(5.91μωcm-1)、高体积能量密度(5851mah cm-3)、高理论容量(820mah g-1)和相对较低的氧化还原电位(-0.763v vs.she)，这些特性使锌金属成为水系电解液中理想的负极材料。

2、锌作为两性金属，既能与oh-反应又能与h+反应。在一般的碱性电解液中，锌负极在碱性环境中形成zn(oh)42-络合离子并与正极进行反应，在该过程中，zn(oh)42-发生不可逆的分解反应生成固态zno，造成锌负极表面锌金属的损失，在锌负极表面产生裂痕，同时引起锌负极钝化。同时，在充放电的过程中，锌金属反复溶解和沉积使得析氢副反应加剧，容易引起电池鼓包问题，存在安全隐患。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种锌离子电池用碱性电解液，减少了锌负极的腐蚀损失，避免锌负极表面的钝化，同时对锌负极侧的析氢反应具有明显的抑制效果。

2、本发明是通过以下技术方案实现的：

3、一种锌离子电池用碱性电解液，包括碱性电解质盐、水性溶剂和添加液；所述碱性电解质盐为氢氧化钾、氢氧化锂或氢氧化钠中的一种或几种，所述碱性电解质盐的浓度为1-6mol/l；所述添加液包括n，n-二甲基甲酰胺和乙二醛；所述锌离子电池用碱性电解液的ph值为12.5-14.8。

4、本发明提供一种锌离子电池用碱性电解液，锌离子电池用碱性电解液呈强碱性，利用n，n-二甲基甲酰胺和乙二醛改变锌离子在水性溶剂中的成核结构，当锌负极表面的zn溶解在水性溶剂中生成锌离子时，n，n-二甲基甲酰胺、乙二醛以及n，n-二甲基甲酰胺和乙二醛各自的水解产物可与zn2+形成络合物，替代了原本zn2+与oh-形成络合物zn(oh)42-的反应，从而阻止了zn(oh)42-分解形成不可逆的固态zno，减少了锌负极的腐蚀损失，避免锌负极表面的钝化；同时，加入了有机的添加液可使水性溶剂的离子电导率下降，降低电化学活性，也使得析氢电位更负，对锌负极侧的析氢反应具有明显的抑制效果。

5、进一步，所述水性溶剂和所述添加液的体积比为2:3。选择适当的比例，使所述添加液中的n，n-二甲基甲酰胺、乙二醛可替代水性溶剂中的oh-生成络合物。

6、进一步，所述n，n-二甲基甲酰胺和乙二醛的体积比为1:1。此为一种具体方式，选择适当的比例，有利于发挥协同作用，达到更好的防止腐蚀的效果。

7、进一步，所述碱性电解质盐为氢氧化钾，所述碱性电介质盐的浓度为6mol/l。使用氢氧化钾作为碱性电解质溶液，k+离子半径较大，有利于减小阳离子与水分子的相互作用，具有更高的离子电导率和动力学性能，有利于电化学反应的进行。

8、进一步，所述水性溶剂为去离子水。使用去离子水有利于溶解氢氧化钾。

9、本发明还提供一种锌离子电池用碱性电解液的制备方法，包括以下步骤：将电解质盐加入水性溶剂中，搅拌至溶解，得到第一混合溶液；将所述添加液中的一种组分加入到所述混合溶液中，得到第二混合溶液；将所述添加液中的另一组分加入到所述第二混合溶液中，得到第三混合溶液，静置至所述第三混合溶液达到室温，得到所述锌离子电池用碱性电解液。

10、本发明提供的锌离子电池用碱性电解液的制备方法，通过逐步添加电解质盐和添加液，配置形成锌离子电池用碱性电解液。其中，所述添加液中的两种组分需要分次添加，以避免溶解的反应速率过快造成大量放热。

11、本发明还提供一种碱性锌离子电池，包括正极、锌负极、隔膜和上述的锌离子电池用碱性电解液。本发明提供的碱性锌离子电池中，所述锌负极在锌离子电池用碱性电解液中与n，n-二甲基甲酰胺和乙二醛形成络合物，避免了氧化锌的形成同时降低析氢反应的电位，减缓锌负极的钝化同时减少碱性锌离子电池胀气，延长使用寿命并增强安全性。

12、进一步，所述正极的制备方法为：将活性炭、导电剂和粘接剂混合均匀后加入n-甲基吡咯烷酮中，搅拌均匀后涂覆在碳布上烘干，形成所述正极。此为一种具体实施方式，使用所述活性炭作为正极，与具有优良的导电导热性和耐化学腐蚀性。

13、进一步，所述导电剂为科琴黑，所述粘接剂为聚偏氟乙烯，所述活性炭、科琴黑和聚偏氟乙烯按质量比7：2：1混合均匀后加入n-甲基吡咯烷酮中。

14、进一步，所述碱性锌离子电池为对称电池或全电池。

技术特征：

1.一种锌离子电池用碱性电解液，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的锌离子电池用碱性电解液，其特征在于：

3.根据权利要求1所述的锌离子电池用碱性电解液，其特征在于：

4.根据权利要求1所述的锌离子电池用碱性电解液，其特征在于：

5.根据权利要求4所述的锌离子电池用碱性电解液，其特征在于：

6.一种权利要求1-5任一项所述的锌离子电池用碱性电解液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.一种碱性锌离子电池，其特征在于：

8.根据权利要求7所述的碱性锌离子电池，其特征在于：

9.根据权利要求8所述的碱性锌离子电池，其特征在于：

10.根据权利要求7所述的碱性锌离子电池，其特征在于：

技术总结
本发明提供一种锌离子电池用碱性电解液、制备方法和锌离子碱性电池，锌离子电池用碱性电解液包括碱性电解质盐、水性溶剂和添加液；所述碱性电解质盐为氢氧化钾、氢氧化锂或氢氧化钠中的一种或几种，所述碱性电解质盐的浓度为1‑6mol/L；所述添加液包括N，N‑二甲基甲酰胺和乙二醛；所述锌离子电池用碱性电解液的pH值为12.5‑14.8。本发明提供一种锌离子电池用碱性电解液，减少了锌负极的腐蚀损失，避免锌负极表面的钝化，同时使得析氢电位更负，对锌负极侧的析氢反应具有明显的抑制效果。

技术研发人员：王嘉琦
受保护的技术使用者：华南师范大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14