一种抑制锌枝晶生长水系复合电解液的制备方法和应用

本发明涉及系锌离子电池，尤其是一种抑制锌枝晶生长水系复合电解液的制备方法和应用。

背景技术：

1、在各种储能体系中，可充电的水系锌离子电池因为其锌金属阳极具有低氧化还原电位，高比容量(820mah/g)以及水性电解质具有卓越的安全性，低成本和高离子导电率，具有良好的氧化还原电位而受到了广泛的关注。

2、水系锌离子电池也面临着诸多的挑战，在电池充放电过程中，水的存在影响了电池中电极上的电化学反应过程，高活性的水分子在电极与电解液之间的不稳定界面不可避免的发生析氢反应导致电极界面oh-浓度升高从而逐步导致锌负极表面绝缘产物的产生与堆积和表面钝化的不断产生，不均匀的电场分布导致锌负极表面不均匀锌离子的沉积与剥离从而逐步生长出锌枝晶，锌枝晶的持续生长会导致“死锌”的形成，降低负极金属的利用率，同样锌枝晶的持续生长还有可能穿透隔膜最终导致电池短路故障和失效，同时枝晶的形成增大了负极的表面积促进了析氢反应，锌阳极中枝晶的形成、腐蚀反应、析氢反应，这三者相互作用和影响，此外，水性电解质在零度以下的温度下很容易冻结，使水系锌离子电池在低温下失效，严重阻碍了水系锌离子电池发发展。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供一种抑制锌枝晶生长水系复合电解液的制备方法和应用，本发明调节锌电极表面的锌离子沉积抑制锌枝晶的生长，防止“死锌”的产生，抑制腐蚀性副产物的生成，提高负极材料的利用率。

2、本发明的技术方案为：一种抑制锌枝晶生长水系复合电解液的制备方法，包括以下步骤：

3、s1)、取一定量的水系锌盐和糖类添加剂混合均匀；

4、s2)、加入去离子水，定容，并不断搅拌至溶解，静置待复合水系电解液ph值稳定获得稳定的抑制枝晶生长含糖类有机添加剂的水系复合电解液。

5、作为优选的，步骤s1)中，所述的糖类添加剂选自海藻糖、麦芽糖、吡喃糖、异麦芽糖、龙胆二糖、乳糖、蔗糖、果糖等的一种或两种以上的组合。

6、作为优选的，步骤s1)中，所述的水系可溶性锌盐选自所述水系锌盐可以选自硫酸锌、氯化锌、乙酸锌、醋酸锌、硝酸锌等的一种或两种以上的组合。

7、作为优选的，步骤s1)中，所述水系锌盐电解质中，可溶性锌盐的浓度为0.2-4mol/l，糖类添加剂的浓度为0.01-2.0mol/l。

8、作为优选的，步骤s2)中，所述含糖类有机添加剂的水系复合电解液静置两小时，水系复合电解液稳定的ph值范围为3.6-5.2。

9、作为优选的，将步骤s2)中，所述的水系复合电解液用于对称纽扣电池、半电池或水系锌离子全电池。

10、作为优选的，所述对称纽扣电池以锌片作为正极和负极。

11、作为优选的，所述的半电池以锌片作负极，铜箔作正极。

12、作为优选的，所述的水系锌离子全电池以锌片作负极材料，i/c作正极材料。

13、本发明的有益效果为：

14、1、本发明的含糖类有机添加剂的水系复合电解液具有极强的稳定性，糖类分子可以与水分子和锌电极强烈相互作用，从而改变水合zn2+离子的溶剂化鞘结构，调节锌电极表面的电化学反应过程，降低去溶剂化活化能，抑制了析氢反应，减少了腐蚀性副产物的生成，从而有效的提升锌负极的耐腐蚀性和循环稳定性，对称电池循环超过1700h，适用于商业水系锌离子电池电解质的长期储存和使用；

15、2、本发明糖类有机添加剂可以吸附在锌电极表面现有突起尖端，从而抑制“尖端效应”并引导均匀的锌沉积，抑制锌枝晶的生长，防止锌枝晶过度生长而刺穿隔膜和生成“死锌”，同时提高了负极材料的利用率，有效改善了水系锌离子电池的性能。

技术特征：

1.一种抑制锌枝晶生长水系复合电解液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种抑制锌枝晶生长水系复合电解液的制备方法，其特征在于：步骤s1)中，所述水系锌盐电解质中，水系可溶性锌盐的浓度为0.2-4mol/l，糖类添加剂的浓度为0.01-2.0mol/l。

3.根据权利要求2所述的一种抑制锌枝晶生长水系复合电解液的制备方法，其特征在于：步骤s1)中，所述的糖类添加剂选自海藻糖、麦芽糖、吡喃糖、异麦芽糖、龙胆二糖、乳糖、蔗糖、果糖等的一种或两种以上的组合。

4.根据权利要求2所述的一种抑制锌枝晶生长水系复合电解液的制备方法，其特征在于：步骤s1)中，所述的水系可溶性锌盐选自所述水系锌盐可以选自硫酸锌、氯化锌、乙酸锌、醋酸锌、硝酸锌等的一种或两种以上的组合。

5.根据权利要求1所述的一种抑制锌枝晶生长水系复合电解液的制备方法，其特征在于：步骤s2)中，所述含糖类有机添加剂的水系复合电解液静置两小时，水系复合电解液稳定的ph值范围为3.6-5.2。

6.根据权利要求5所述的一种抑制锌枝晶生长水系复合电解液的制备方法，其特征在于：将步骤s2)中，所述的水系复合电解液用于对称纽扣电池、半电池或水系锌离子全电池。

7.根据权利要求6所述的一种抑制锌枝晶生长水系复合电解液的制备方法，其特征在于：所述对称纽扣电池以锌片作为正极和负极。

8.根据权利要求6所述的一种抑制锌枝晶生长水系复合电解液的制备方法，其特征在于：所述的半电池以锌片作负极，铜箔作正极。

9.根据权利要求6所述的一种抑制锌枝晶生长水系复合电解液的制备方法，其特征在于：所述的水系锌离子全电池以锌片作负极材料，i/c作正极材料。

技术总结
本发明提供一种抑制锌枝晶生长水系复合电解液的制备方法和应用，包括S1)、取一定量的水系可溶性锌盐和糖类添加剂混合均匀；S2)、加入去离子水，定容，并不断搅拌至溶解，静置待复合水系电解液pH值稳定获得稳定的抑制枝晶生长含糖类有机添加剂的水系复合电解液。本发明具有极强的稳定性，糖类分子可以与水分子和锌电极强烈相互作用，从而改变水合Zn<supgt;2+</supgt;离子的溶剂化鞘结构，调节锌电极表面的电化学反应过程，降低去溶剂化活化能，抑制了析氢反应，减少了腐蚀性副产物的生成，从而有效的提升锌负极的耐腐蚀性和循环稳定性，本发明能够抑制锌枝晶的生长，增强电池的可逆容量、库伦效率和循环稳定性，在能源储能方面具有很广阔的应用前景。

技术研发人员：林展,陈双,张少坚
受保护的技术使用者：广东工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15