一种水系锌离子电池电解液添加剂、基于它的电解液及其制备方法和应用

本发明属于水系锌离子电池电解液领域，具体涉及一种水系锌离子电池电解液添加剂、基于它的电解液及其制备方法和应用。

背景技术：

1、目前，开发可靠的能源存储系统已成为建设绿色世界的主要任务。锂离子电池在成为能源存储系统主导地位的同时，也面临着巨大的挑战，如易燃性、高成本和有机电解液的低安全性。尽管钠离子电池在成本效益方面正在成为锂离子电池的替代品，但很难解决有机电解质的本质安全问题。与之相比，水系锌离子电池因其安全性高、水系电解质离子电导率快、低成本、理论容量大、锌负极与水系电解质相容性好等优点而倍受关注。

2、近年来，人们在正极材料方面付出了巨大的努力，主要包括普鲁士蓝类似物、钒氧化物和锰氧化物。然而，锌负极的可逆性和循环稳定性差阻碍了其进一步应用。与其他金属负极(如锂、钠、钾等)类似，锌负极由于电场分布不均匀而产生严重的枝晶生长，由于zn2+/zn的氧化还原电位大于析氢反应，因此必然会发生析氢反应，从而诱发多孔氢氧化锌和碱式硫酸锌的形成，加剧化学腐蚀。这些方面被认为是库仑效率差、寿命短的主要原因，是水系锌离子电池仍面临的巨大挑战。

3、为了克服这些障碍，人们探索了许多策略来改性锌负极或进行电解液设计，如表面涂层改性，负极结构优化，以及电解液改性。与涂层改性和结构优化相比，电解液改性是提高水系锌离子电池性能的经济途径。相比较而言，水系电解液具有低阻抗、高功率、环保安全等优点。其中，“盐包水”电解质设计似乎是降低zn2+溶剂化鞘中含水量的有效方法，但由于高盐浓度和高粘度会导致成本增加，由此使该种方法面临巨大的挑战。

技术实现思路

1、针对背景技术中指出的上述不足，本发明提供了一种水系锌离子电池电解液添加剂、基于它的电解液及其制备方法和应用，旨在提高循环稳定性并抑制负极上的副反应，从而提高水系锌离子电池的电化学性能。

2、本发明的技术方案如下：

3、本发明的目的之一在于提供一种水系锌离子电池电解液添加剂，所述添加剂为草酸铵。

4、本发明的目的之二在于提供一种水系锌离子电池电解液，所述电解液由水溶性锌盐、水和上述添加剂组成。

5、进一步限定，电解液中水溶性锌盐的浓度为1.5-2.5mol/l，添加剂的浓度为0.5-1.5mmol/l。

6、进一步限定，电解液中水溶性锌盐的浓度为2mol/l，添加剂的浓度为1mmol/l。

7、进一步限定，水溶性锌盐包括硫酸锌。

8、本发明的目的之三在于提供一种上述水系锌离子电池电解液的制备方法，所述制备方法通过将水溶性锌盐和添加剂溶于水完成。

9、本发明的目的之四在于提供一种上述水系锌离子电池电解液在水系锌离子电池中的应用。

10、本发明的目的之五在于提供一种纽扣电池，所述纽扣电池由上述电解液、金属锌片电极和玻璃纤维隔膜组成。

11、进一步限定，金属锌片电极直径为12mm，厚度为100μm。

12、进一步限定，电解液体积为50-70μl。

13、本发明与现有技术相比具有的优点：

14、本发明提供的电解液添加剂含铵根(nh4+)在zn表面有较好的吸附作用，形成了“屏蔽效应”，阻断了水与zn的直接接触，从而抑制了氢气产生(her)。此外，nh4+和草酸根(c2o42–)可以和h+和oh–反应，能够协同维持电极-电解质界面的ph值的稳定。稳定的电极-电解液界面ph值可以促进zn的均匀沉积和脱落过程，实现优异的循环性能。

技术特征：

1.一种水系锌离子电池电解液添加剂，其特征在于，所述添加剂为草酸铵。

2.一种水系锌离子电池电解液，其特征在于，所述电解液由水溶性锌盐、水和权利要求1所述的添加剂组成。

3.根据权利要求2所述的电解液，其特征在于，电解液中水溶性锌盐的浓度为1.5-2.5mol/l，添加剂的浓度为0.5-1.5mmol/l。

4.根据权利要求3所述的电解液，其特征在于，电解液中水溶性锌盐的浓度为2mol/l，添加剂的浓度为1mmol/l。

5.根据权利要求2所述的电解液，其特征在于，水溶性锌盐包括硫酸锌。

6.权利要求2-5所述的电解液的制备方法，其特征在于，通过将水溶性锌盐和添加剂溶于水完成。

7.权利要求2-5所述的电解液在水系锌离子电池中的应用。

8.一种纽扣电池，其特征在于，所述纽扣电池由权利要求2-5所述的电解液、金属锌片电极和玻璃纤维隔膜组成。

9.根据权利要求8所述的纽扣电池，其特征在于，金属锌片电极直径为12mm，厚度为100μm。

10.根据权利要求8所述的纽扣电池，其特征在于，电解液体积为50-70μl。

技术总结
水系锌离子电池电解液添加剂、基于它的电解液及其制备方法和应用。本发明属于水系锌离子电池电解液领域。本发明提供了一种水系锌离子电池电解液添加剂、基于它的电解液及其制备方法和应用，本发明提供的电解液添加剂含铵根(NH<subgt;4</subgt;<supgt;+</supgt;)在Zn表面有较好的吸附作用，形成了“屏蔽效应”，阻断了水与Zn的直接接触，从而抑制了氢气产生(HER)。此外，NH<subgt;4</subgt;<supgt;+</supgt;和草酸根(C<subgt;2</subgt;O<subgt;4</subgt;<supgt;2–</supgt;)可以和H+和OH<supgt;–</supgt;反应，能够协同维持电极‑电解质界面的pH值的稳定。稳定的电极‑电解液界面pH值可以促进Zn的均匀沉积和脱落过程，实现优异的循环性能。

技术研发人员：闫春爽,井凤阳,马喜坡,吴佳俊,吕查德
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15