CN110911178A - 一种电解液及其在电化学储能器件中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电解液，该电解液包含溶剂和电解质；其中，所述溶剂为有机溶剂和水的混合，其中，所述有机溶剂和水的质量比为1/10‑1/1；所述电解质为碱金属和/或锌的可溶性盐。该电解液具有较好的高压耐低温的性能，具备高电压窗口和宽的工作温度区间，可较好的用于超级电容器或混合例子电容器中。本发明还公开了该电解液的应用。
Description
技术领域
本发明涉及电化学储能领域。更具体地，涉及一种电解液及其在电化学储能器件中的应用。
背景技术
超级电容器由于具有超高的功率密度及超长的寿命，从而在电化学储能领域有着不可或缺的作用。但是超级电容器也存在能量密度较低的缺点，因此如何获得储能密度高的超级电容器也是相关研究者的主要研究内容之一。
通过提升超级电容器的工作电压以改善其储能密度是现有的研究方向之一。现有的超级电容器中采用的电解液通常为水系电解液或有机电解液。水系电解液虽然价格低廉，但传统水系电解液受限于水的分解电压低，电化学窗口小，且由于其中强酸或强碱有较强的腐蚀性，对封装要求苛刻且不利于操作。目前商品化的超级电容器大部分都采用有机体系电解液，采用有机体系电解液来替代水系电解液的超级电容器工作电压可以获得明显提高。但有机电解液常用的电解质盐一般采用季铵盐，其生产成本高，采用的有机溶剂易燃，安全性差。
因此，需要提供一种新的界面相容性好，且具有好的耐高压、低温的适用于超级电容器的电解液。
发明内容
本发明的第一个目的在于提供一种电解液，该电解液具有较好的高压耐低温的性能，具备高电压窗口和宽的工作温度区间，可较好的用于超级电容器中。
本发明的另一个目的在于提供一种电解液的应用。
为达到上述第一个目的，本发明采用下述技术方案：
一种电解液，包含溶剂和电解质；其中，
所述溶剂为有机溶剂和水的混合，其中，所述有机溶剂和水的质量比为1/10-1/1；
所述电解质为碱金属和/或锌的可溶性盐。
可选地，所述有机溶剂和水的质量比为1/2-1/1。
可选地，所述有机溶剂选自乙腈、碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯中的一种或几种。
可选地，所述有机溶剂为碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯的混合。
可选地，所述电解液中还包含限域水分子功能溶质。
可选地，所述限域水分子功能溶质选自蔗糖、麦芽糖、果糖中的一种或几种。
可选地，按质量百分含量计，所述电解液中包含0.5-7％的电解质。
可选地，按质量百分含量计，所述电解液中包含1-5％的电解质。
可选地，按质量百分含量计，所述电解液中包含20-80％的限域水分子功能溶质。
可选地，按质量百分含量计，所述电解液中包含20-60％的限域水分子功能溶质。
可选地，按质量百分含量计，所述电解液中包含但不限于20-55％、22-52％、20-45％、25-42％、22-42％、35-55％、35-50％、35-45％的限域水分子功能溶质。
可选地，所述碱金属的可溶性盐选自碱金属的硫酸盐、硝酸盐、醋酸盐和氯化盐。
可选地，所述碱金属的可溶性盐选自硫酸锂、硝酸锂、醋酸锂、氯化锂、硫酸钠、硝酸钠、醋酸钠、氯化钠、硫酸钾、硝酸钾、醋酸钾和氯化钾中的一种或几种。
可选地，所述锌的可溶性盐选自硫酸锌、乙酸锌、氯化锌中的一种或几种。
可选地，按质量百分含量计，所述电解液中包含1-5％的助剂。例如，所述助剂选自硝酸铵、硫氰酸铵、高氯酸银、氟硅酸铅、碘化铵、氯酸镉、高氯酸亚汞、氯酸钴、硝酸锰、高氯酸亚铁、硫酸铁、氯酸铜、氟酸锌中的一种或几种。
为达到上述第二个目的，本发明提供如上第一个目的提供的电解液在电化学储能器件中的应用。
本发明的有益效果如下：
本发明提供的电解液中，优选通过选择特定组成及比例的有机溶剂与水的混合形成的溶剂及限域水分子功能溶质，从而使得该电解液具有高的电压窗口和宽的工作温度区间，进而提高了电化学储能器件的电化学性能和应用范围，为电化学储能器的推广运用奠定了基础。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1示出实施例2将准备的混合电解液用于非对称超级电容器中得到的循环性能测试结果。
图2示出实施例15将准备的混合电解液用于非对称超级电容器中得到的循环性能测试结果。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
实施例1
本例的混合电解液具体组成为溶剂(水和乙腈)，限域水分子功能溶质为蔗糖，电解质为硝酸钠，其制备方法如下：称取1.5g蔗糖和0.1g硝酸钠相继加入到装有1g去离子水和0.3g乙腈的玻璃样品瓶中，密封后放入90℃的鼓风干燥箱中加热20分钟至充分溶解，冷却后即获得本例混合电解液。其中，蔗糖占电解液的质量分数为51.7％。采用线性伏安法(饱和甘汞电极作为参比电极，铂盘电极作为工作电极，铂片电极作为对电极)对本例制备的混合电解液进行电化学窗口测试。结果表明该混合电解液的电化学稳定窗口为2.5V。
将本例的混合电解液用于水系钠离子纽扣电池的组装。其中正极为Na2FeFe(CN)6，负极为活性炭，正负极材料分别按活性材料/导电炭黑/PVDF＝80/10/10的质量比混合制成浆料，并涂覆于石墨纸上，烘干后制作成电极。然后以商业化的玻璃纤维隔膜作为隔膜，以本例混合电解液作为电解液，组装成钠离子纽扣电池。在0-2.0V下进行充放电测试，电流密度为2A/g，在室温下循环2000次，容量保持率为86.2％。
实施例2
本例的混合电解液具体组成为溶剂(水和乙腈)，限域水分子功能溶质为麦芽糖，电解质为硝酸钠，其制备方法如下：称取1g麦芽糖和0.1g硝酸钠相继加入到装有1g去离子水和0.3g乙腈的玻璃样品瓶中，密封后放入90℃的鼓风干燥箱中加热20分钟至充分溶解，冷却后即获得本例混合电解液。其中，麦芽糖占电解液的质量分数为41.7％。采用线性伏安法(饱和甘汞电极作为参比电极，铂盘电极作为工作电极，铂片电极作为对电极)对本例制备的混合电解液进行电化学窗口测试。结果表明该混合电解液的电化学稳定窗口为2.4V。
将本例的混合电解液用于水系钠离子纽扣电池的组装。其中正极为Na2FeFe(CN)6，负极为活性炭，正负极材料分别按活性材料/导电炭黑/PVDF＝80/10/10的质量比混合制成浆料，并涂覆于石墨纸上，烘干后制作成电极。然后以商业化的玻璃纤维隔膜作为隔膜，以本例混合电解液作为电解液，组装成钠离子纽扣电池。在0～2.0V下进行充放电测试，电流密度为2A/g，在室温下循环2000次，容量保持率为92.2％。
实施例3
本例的混合电解液具体组成为溶剂(水和乙腈)，限域水分子功能溶质为果糖，电解质为硝酸钠，其制备方法如下：称取1.5g果糖和0.1g硝酸钠相继加入到装有1g去离子水和0.3g乙腈的玻璃样品瓶中，密封后放入90℃的鼓风干燥箱中加热20分钟至充分溶解，冷却后即获得本例混合电解液。其中，果糖占电解液的质量分数为51.7％。采用线性伏安法(饱和甘汞电极作为参比电极，铂盘电极作为工作电极，铂片电极作为对电极)对本例制备的混合电解液进行电化学窗口测试。结果表明该混合电解液的电化学稳定窗口为2.3V。
将本例的混合电解液用于水系钠离子纽扣电池的组装。其中正极为Na2FeFe(CN)6，负极为活性炭，正负极材料分别按活性材料/导电炭黑/PVDF＝80/10/10的质量比混合制成浆料，并涂覆于石墨纸上，烘干后制作成电极。然后以商业化的玻璃纤维隔膜作为隔膜，以本例混合电解液作为电解液，组装成钠离子纽扣电池。在0～2.0V下进行充放电测试，电流密度为2A/g，在室温下循环2000次，容量保持率为85.6％。
实施例4
本例的混合电解液具体组成为溶剂(水和乙腈)，限域水分子功能溶质为乙酸钾，电解质为硝酸钠，其制备方法如下：称取1.5g乙酸钾和0.1g硝酸钠相继加入到装有1g去离子水和0.3g乙腈的玻璃样品瓶中，密封后放入90℃的鼓风干燥箱中加热20分钟至充分溶解，冷却后即获得本例混合电解液。其中，乙酸钾占电解液的质量分数为51.7％。采用线性伏安法(饱和甘汞电极作为参比电极，铂盘电极作为工作电极，铂片电极作为对电极)对本例制备的混合电解液进行电化学窗口测试。结果表明该混合电解液的电化学稳定窗口为2.3V。
将本例的混合电解液用于水系钠离子纽扣电池的组装。其中正极为Na2FeFe(CN)6，负极为活性炭，正负极材料分别按活性材料/导电炭黑/PVDF＝80/10/10的质量比混合制成浆料，并涂覆于石墨纸上，烘干后制作成电极。然后以商业化的玻璃纤维隔膜作为隔膜，以本例混合电解液作为电解液，组装成钠离子纽扣电池。在0～2.0V下进行充放电测试，电流密度为2A/g，在室温下循环2000次，容量保持率为73.8％。
实施例5
本例的混合电解液具体组成为溶剂(水和乙腈)，限域水分子功能溶质为甲酸钾，电解质为硝酸钠，其制备方法如下：称取1.5g甲酸钾和0.1g硝酸钠相继加入到装有1g去离子水和0.3g乙腈的玻璃样品瓶中，密封后放入90℃的鼓风干燥箱中加热20分钟至充分溶解，冷却后即获得本例混合电解液。其中，甲酸钾占电解液的质量分数为51.7％。采用线性伏安法(饱和甘汞电极作为参比电极，铂盘电极作为工作电极，铂片电极作为对电极)对本例制备的混合电解液进行电化学窗口测试。结果表明该混合电解液的电化学稳定窗口为0.9V。
将本例的混合电解液用于水系钠离子纽扣电池的组装。其中正极为Na2FeFe(CN)6，负极为活性炭，正负极材料分别按活性材料/导电炭黑/PVDF＝80/10/10的质量比混合制成浆料，并涂覆于石墨纸上，烘干后制作成电极。然后以商业化的玻璃纤维隔膜作为隔膜，以本例混合电解液作为电解液，组装成钠离子纽扣电池。在0～1.6V下进行充放电测试，电流密度为2A/g，在室温下循环2000次，容量保持率为73.2％。
实施例6
本例的混合电解液具体组成为溶剂(水和乙腈)，限域水分子功能溶质为亚硝酸钾，电解质为硝酸钠，其制备方法如下：称取1.5g亚硝酸钾和0.1g硝酸钠相继加入到装有1g去离子水和0.3g乙腈的玻璃样品瓶中，密封后放入90℃的鼓风干燥箱中加热20分钟至充分溶解，冷却后即获得本例混合电解液。其中，亚硝酸钾占电解液的质量分数为51.7％。采用线性伏安法(饱和甘汞电极作为参比电极，铂盘电极作为工作电极，铂片电极作为对电极)对本例制备的混合电解液进行电化学窗口测试。结果表明该混合电解液的电化学稳定窗口为1.3V。
将本例的混合电解液用于水系钠离子纽扣电池的组装。其中正极为Na2FeFe(CN)6，负极为活性炭，正负极材料分别按活性材料/导电炭黑/PVDF＝80/10/10的质量比混合制成浆料，并涂覆于石墨纸上，烘干后制作成电极。然后以商业化的玻璃纤维隔膜作为隔膜，以本例混合电解液作为电解液，组装成钠离子纽扣电池。在0～1.4V下进行充放电测试，电流密度为2A/g，在室温下循环2000次，容量保持率为71.5％。
实施例7
本例的混合电解液具体组成为溶剂水和碳酸乙烯酯，限域水分子功能溶质为蔗糖，电解质为硝酸钾，其制备方法如下：称取1g蔗糖和0.17g硝酸钾相继加入到装有1g去离子水和0.3g碳酸乙烯酯的玻璃样品瓶中，密封后放入90℃的鼓风干燥箱中加热20分钟至充分溶解，冷却后即获得本例混合电解液。其中，蔗糖占电解液的质量分数为40.5％。采用线性伏安法(饱和甘汞电极作为参比电极，铂盘电极作为工作电极，铂片电极作为对电极)对本例制备的混合电解液进行电化学窗口测试。结果表明该混合电解液的电化学稳定窗口为1.9V。
将本例的混合电解液用于水系钾离子纽扣电池的组装。其中正极为K2FeFe(CN)6，负极为活性炭，正负极材料分别按活性材料/导电炭黑/PVDF＝80/10/10的质量比混合制成浆料，并涂覆于石墨纸上，烘干后制作成电极。然后以商业化的玻璃纤维隔膜作为隔膜，以本例混合电解液作为电解液，组装成钠离子纽扣电池。在0-2.0V下进行充放电测试，电流密度为2A/g，在室温下循环2000次，容量保持率为78.3％。
实施例8
本例的混合电解液具体组成为溶剂水和碳酸乙烯酯，限域水分子功能溶质为麦芽糖，电解质为硝酸钾，其制备方法如下：称取1g麦芽糖和0.17g硝酸钾相继加入到装有1g去离子水和0.3g碳酸乙烯酯的玻璃样品瓶中，密封后放入90℃的鼓风干燥箱中加热20分钟至充分溶解，冷却后即获得本例混合电解液。其中，麦芽糖占电解液的质量分数为40.5％。采用线性伏安法(饱和甘汞电极作为参比电极，铂盘电极作为工作电极，铂片电极作为对电极)对本例制备的混合电解液进行电化学窗口测试。结果表明该混合电解液的电化学稳定窗口为1.8V。
将本例的混合电解液用于水系钾离子纽扣电池的组装。其中正极为K2FeFe(CN)6，负极为活性炭，正负极材料分别按活性材料/导电炭黑/PVDF＝80/10/10的质量比混合制成浆料，并涂覆于石墨纸上，烘干后制作成电极。然后以商业化的玻璃纤维隔膜作为隔膜，以本例混合电解液作为电解液，组装成钠离子纽扣电池。在0～2.0V下进行充放电测试，电流密度为2A/g，在室温下循环2000次，容量保持率为81.5％。
实施例9
本例的混合电解液具体组成为溶剂水和碳酸乙烯酯，限域水分子功能溶质为果糖，电解质为硝酸钾，其制备方法如下：称取1g果糖和0.17g硝酸钾相继加入到装有1g去离子水和0.3g碳酸乙烯酯的玻璃样品瓶中，密封后放入90℃的鼓风干燥箱中加热20分钟至充分溶解，冷却后即获得本例混合电解液。其中，果糖占电解液的质量分数为40.5％。采用线性伏安法(饱和甘汞电极作为参比电极，铂盘电极作为工作电极，铂片电极作为对电极)对本例制备的混合电解液进行电化学窗口测试。结果表明该混合电解液的电化学稳定窗口为1.8V。
将本例的混合电解液用于水系钾离子纽扣电池的组装。其中正极为K2FeFe(CN)6，负极为活性炭，正负极材料分别按活性材料/导电炭黑/PVDF＝80/10/10的质量比混合制成浆料，并涂覆于石墨纸上，烘干后制作成电极。然后以商业化的玻璃纤维隔膜作为隔膜，以本例混合电解液作为电解液，组装成钠离子纽扣电池。在0～2.0V下进行充放电测试，电流密度为2A/g，在室温下循环2000次，容量保持率为81.3％。
实施例10
本例的混合电解液具体组成为溶剂水和碳酸乙烯酯，限域水分子功能溶质为乙酸钾，电解质为硝酸钾，其制备方法如下：称取1g乙酸钾和0.17g硝酸钾相继加入到装有1g去离子水和0.3g碳酸乙烯酯的玻璃样品瓶中，密封后放入90℃的鼓风干燥箱中加热20分钟至充分溶解，冷却后即获得本例混合电解液。其中，乙酸钾占电解液的质量分数为40.5％。采用线性伏安法(饱和甘汞电极作为参比电极，铂盘电极作为工作电极，铂片电极作为对电极)对本例制备的混合电解液进行电化学窗口测试。结果表明该混合电解液的电化学稳定窗口为1.8V。
将本例的混合电解液用于水系钾离子纽扣电池的组装。其中正极为K2FeFe(CN)6，负极为活性炭，正负极材料分别按活性材料/导电炭黑/PVDF＝80/10/10的质量比混合制成浆料，并涂覆于石墨纸上，烘干后制作成电极。然后以商业化的玻璃纤维隔膜作为隔膜，以本例混合电解液作为电解液，组装成钠离子纽扣电池。在0～2.0V下进行充放电测试，电流密度为2A/g，在室温下循环2000次，容量保持率为75.6％。
实施例11
本例的混合电解液具体组成为溶剂水和碳酸乙烯酯，限域水分子功能溶质为甲酸钾，电解质为硝酸钾，其制备方法如下：称取1g甲酸钾和0.17g硝酸钾相继加入到装有1g去离子水和0.3g碳酸乙烯酯的玻璃样品瓶中，密封后放入90℃的鼓风干燥箱中加热20分钟至充分溶解，冷却后即获得本例混合电解液。其中，甲酸钾占电解液的质量分数为40.5％。采用线性伏安法(饱和甘汞电极作为参比电极，铂盘电极作为工作电极，铂片电极作为对电极)对本例制备的混合电解液进行电化学窗口测试。结果表明该混合电解液的电化学稳定窗口为1.9V。
将本例的混合电解液用于水系钾离子纽扣电池的组装。其中正极为K2FeFe(CN)6，负极为活性炭，正负极材料分别按活性材料/导电炭黑/PVDF＝80/10/10的质量比混合制成浆料，并涂覆于石墨纸上，烘干后制作成电极。然后以商业化的玻璃纤维隔膜作为隔膜，以本例混合电解液作为电解液，组装成钠离子纽扣电池。在0～1.6V下进行充放电测试，电流密度为2A/g，在室温下循环2000次，容量保持率为75.1％。
实施例12
本例的混合电解液具体组成为溶剂水和碳酸乙烯酯，限域水分子功能溶质为亚硝酸钾，电解质为硝酸钾，其制备方法如下：称取0.8g亚硝酸钾和0.17g硝酸钾相继加入到装有1g去离子水和0.3g碳酸乙烯酯的玻璃样品瓶中，密封后放入90℃的鼓风干燥箱中加热20分钟至充分溶解，冷却后即获得本例混合电解液。其中，亚硝酸钾占电解液的质量分数为35.2％。采用线性伏安法(饱和甘汞电极作为参比电极，铂盘电极作为工作电极，铂片电极作为对电极)对本例制备的混合电解液进行电化学窗口测试。结果表明该混合电解液的电化学稳定窗口为1.9V。
将本例的混合电解液用于水系钾离子纽扣电池的组装。其中正极为K2FeFe(CN)6，负极为活性炭，正负极材料分别按活性材料/导电炭黑/PVDF＝80/10/10的质量比混合制成浆料，并涂覆于石墨纸上，烘干后制作成电极。然后以商业化的玻璃纤维隔膜作为隔膜，以本例混合电解液作为电解液，组装成钠离子纽扣电池。在0～1.4V下进行充放电测试，电流密度为2A/g，在室温下循环2000次，容量保持率为65.6％。
实施例13
本例的混合电解液具体组成为溶剂水、碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯，限域水分子功能溶质为蔗糖，电解质为醋酸锂，其制备方法如下：称取1g蔗糖和0.1g醋酸锂相继加入到装有1g去离子水、0.15g碳酸乙烯酯和0.15g碳酸二甲酯的玻璃样品瓶中，密封后放入90℃的鼓风干燥箱中加热20分钟至充分溶解，冷却后即获得本例混合电解液。其中，蔗糖占电解液的质量分数为41.7％。采用线性伏安法(饱和甘汞电极作为参比电极，铂盘电极作为工作电极，铂片电极作为对电极)对本例制备的混合电解液进行电化学窗口测试。结果表明该混合电解液的电化学稳定窗口为2.1V。
将本例的混合电解液用于水系锂离子纽扣电池的组装。其中正极为LiMn2O4，负极为活性炭，正负极材料分别按活性材料/导电炭黑/PVDF＝80/10/10的质量比混合制成浆料，并涂覆于石墨纸上，烘干后制作成电极。然后以商业化的玻璃纤维隔膜作为隔膜，以本例混合电解液作为电解液，组装成锂离子纽扣电池。在0～2V下进行充放电测试，电流密度为2A/g，在室温下循环2000次，容量保持率为89.7％。
实施例14
本例的混合电解液具体组成为溶剂水、碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯，限域水分子功能溶质为麦芽糖，电解质为醋酸锂，其制备方法如下：称取1g麦芽糖和0.1g醋酸锂相继加入到装有1g去离子水、0.15g碳酸乙烯酯和0.15g碳酸二甲酯的玻璃样品瓶中，密封后放入90℃的鼓风干燥箱中加热20分钟至充分溶解，冷却后即获得本例混合电解液。其中，麦芽糖占电解液的质量分数为41.7％。采用线性伏安法(饱和甘汞电极作为参比电极，铂盘电极作为工作电极，铂片电极作为对电极)对本例制备的混合电解液进行电化学窗口测试。结果表明该混合电解液的电化学稳定窗口为2.1V。
将本例的混合电解液用于水系锂离子纽扣电池的组装。其中正极为LiMn2O4，负极为活性炭，正负极材料分别按活性材料/导电炭黑/PVDF＝80/10/10的质量比混合制成浆料，并涂覆于石墨纸上，烘干后制作成电极。然后以商业化的玻璃纤维隔膜作为隔膜，以本例混合电解液作为电解液，组装成锂离子纽扣电池。在0～2V下进行充放电测试，电流密度为2A/g，在室温下循环2000次，容量保持率为88.7％。
实施例15
本例的混合电解液具体组成为溶剂水、碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯，限域水分子功能溶质为果糖，电解质为醋酸锂，其制备方法如下：称取1g果糖和0.1g醋酸锂相继加入到装有1g去离子水、0.15g碳酸乙烯酯和0.15g碳酸二甲酯的玻璃样品瓶中，密封后放入90℃的鼓风干燥箱中加热20分钟至充分溶解，冷却后即获得本例混合电解液。其中，果糖占电解液的质量分数为41.7％。采用线性伏安法(饱和甘汞电极作为参比电极，铂盘电极作为工作电极，铂片电极作为对电极)对本例制备的混合电解液进行电化学窗口测试。结果表明该混合电解液的电化学稳定窗口为2V。
将本例的混合电解液用于水系锂离子纽扣电池的组装。其中正极为LiMn2O4，负极为活性炭，正负极材料分别按活性材料/导电炭黑/PVDF＝80/10/10的质量比混合制成浆料，并涂覆于石墨纸上，烘干后制作成电极。然后以商业化的玻璃纤维隔膜作为隔膜，以本例混合电解液作为电解液，组装成锂离子纽扣电池。在0～2V下进行充放电测试，电流密度为2A/g，在室温下循环2000次，容量保持率为88.7％。
实施例16
本例的混合电解液具体组成为溶剂水、碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯，限域水分子功能溶质为乙酸钾，电解质为醋酸锂，其制备方法如下：称取1g乙酸钾和0.1g醋酸锂相继加入到装有1g去离子水、0.15g碳酸乙烯酯和0.15g碳酸二甲酯的玻璃样品瓶中，密封后放入90℃的鼓风干燥箱中加热20分钟至充分溶解，冷却后即获得本例混合电解液。其中，乙酸钾占电解液的质量分数为41.7％。采用线性伏安法(饱和甘汞电极作为参比电极，铂盘电极作为工作电极，铂片电极作为对电极)对本例制备的混合电解液进行电化学窗口测试。结果表明该混合电解液的电化学稳定窗口为2.3V。
将本例的混合电解液用于水系锂离子纽扣电池的组装。其中正极为LiMn2O4，负极为活性炭，正负极材料分别按活性材料/导电炭黑/PVDF＝80/10/10的质量比混合制成浆料，并涂覆于石墨纸上，烘干后制作成电极。然后以商业化的玻璃纤维隔膜作为隔膜，以本例混合电解液作为电解液，组装成锂离子纽扣电池。在0～2V下进行充放电测试，电流密度为2A/g，在室温下循环2000次，容量保持率为81.7％。
实施例17
本例的混合电解液具体组成为溶剂水、碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯，限域水分子功能溶质为甲酸钾，电解质为醋酸锂，其制备方法如下：称取1g甲酸钾和0.1g醋酸锂相继加入到装有1g去离子水、0.15g碳酸乙烯酯和0.15g碳酸二甲酯的玻璃样品瓶中，密封后放入90℃的鼓风干燥箱中加热20分钟至充分溶解，冷却后即获得本例混合电解液。其中，甲酸钾占电解液的质量分数为41.7％。采用线性伏安法(饱和甘汞电极作为参比电极，铂盘电极作为工作电极，铂片电极作为对电极)对本例制备的混合电解液进行电化学窗口测试。结果表明该混合电解液的电化学稳定窗口为1.8V。
将本例的混合电解液用于水系锂离子纽扣电池的组装。其中正极为LiMn2O4，负极为活性炭，正负极材料分别按活性材料/导电炭黑/PVDF＝80/10/10的质量比混合制成浆料，并涂覆于石墨纸上，烘干后制作成电极。然后以商业化的玻璃纤维隔膜作为隔膜，以本例混合电解液作为电解液，组装成锂离子纽扣电池。在0～1.6V下进行充放电测试，电流密度为2A/g，在室温下循环2000次，容量保持率为71.7％。
实施例18
本例的混合电解液具体组成为溶剂水、碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯，限域水分子功能溶质为亚硝酸钾，电解质为醋酸锂，其制备方法如下：称取0.8g亚硝酸钾和0.1g醋酸锂相继加入到装有1g去离子水、0.15g碳酸乙烯酯和0.15g碳酸二甲酯的玻璃样品瓶中，密封后放入90℃的鼓风干燥箱中加热20分钟至充分溶解，冷却后即获得本例混合电解液。其中，甲酸钾占电解液的质量分数为36.4％。采用线性伏安法(饱和甘汞电极作为参比电极，铂盘电极作为工作电极，铂片电极作为对电极)对本例制备的混合电解液进行电化学窗口测试。结果表明该混合电解液的电化学稳定窗口为1.9V。
将本例的混合电解液用于水系锂离子纽扣电池的组装。其中正极为LiMn2O4，负极为活性炭，正负极材料分别按活性材料/导电炭黑/PVDF＝80/10/10的质量比混合制成浆料，并涂覆于石墨纸上，烘干后制作成电极。然后以商业化的玻璃纤维隔膜作为隔膜，以本例混合电解液作为电解液，组装成锂离子纽扣电池。在0～1.6V下进行充放电测试，电流密度为2A/g，在室温下循环2000次，容量保持率为73.5％。
实施例19
本例的混合电解液具体组成为溶剂水、碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯，限域水分子功能溶质为蔗糖，电解质为硝酸钾，其制备方法如下：称取0.8g蔗糖和0.1g硝酸钾相继加入到装有1g去离子水、0.15g碳酸乙烯酯和0.15g碳酸二甲酯的玻璃样品瓶中，密封后放入90℃的鼓风干燥箱中加热20分钟至充分溶解，冷却后即获得本例混合电解液。其中，蔗糖占电解液的质量分数为36.4％。采用线性伏安法(饱和甘汞电极作为参比电极，铂盘电极作为工作电极，铂片电极作为对电极)对本例制备的混合电解液进行电化学窗口测试。结果表明该混合电解液的电化学稳定窗口为2.1V。
将本例的混合电解液用于水系活性炭纽扣电池的组装。其中正极、负极均为活性炭，正负极材料分别按活性材料/导电炭黑/PVDF＝80/10/10的质量比混合制成浆料，并涂覆于石墨纸上，烘干后制作成电极。然后以商业化的玻璃纤维隔膜作为隔膜，以本例混合电解液作为电解液，组装成活性炭纽扣电池。在0～2.0V下进行充放电测试，电流密度为2A/g，在室温下循环10000次，容量保持率为87.3％。
实施例20
本例的混合电解液具体组成为溶剂水、碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯，限域水分子功能溶质为麦芽糖，电解质为硝酸钾，其制备方法如下：称取0.8g麦芽糖和0.1g硝酸钾相继加入到装有1g去离子水、0.15g碳酸乙烯酯和0.15g碳酸二甲酯的玻璃样品瓶中，密封后放入90℃的鼓风干燥箱中加热20分钟至充分溶解，冷却后即获得本例混合电解液。其中，麦芽糖占电解液的质量分数为36.4％。采用线性伏安法(饱和甘汞电极作为参比电极，铂盘电极作为工作电极，铂片电极作为对电极)对本例制备的混合电解液进行电化学窗口测试。结果表明该混合电解液的电化学稳定窗口为2.1V。
将本例的混合电解液用于水系活性炭纽扣电池的组装。其中正极、负极均为活性炭，正负极材料分别按活性材料/导电炭黑/PVDF＝80/10/10的质量比混合制成浆料，并涂覆于石墨纸上，烘干后制作成电极。然后以商业化的玻璃纤维隔膜作为隔膜，以本例混合电解液作为电解液，组装成活性炭纽扣电池。在0～2.0V下进行充放电测试，电流密度为2A/g，在室温下循环10000次，容量保持率为80.3％。
实施例21
本例的混合电解液具体组成为溶剂水、碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯，限域水分子功能溶质为果糖，电解质为硝酸钾，其制备方法如下：称取0.8g果糖和0.1g硝酸钾相继加入到装有1g去离子水、0.15g碳酸乙烯酯和0.15g碳酸二甲酯的玻璃样品瓶中，密封后放入90℃的鼓风干燥箱中加热20分钟至充分溶解，冷却后即获得本例混合电解液。其中，果糖占电解液的质量分数为36.4％。采用线性伏安法(饱和甘汞电极作为参比电极，铂盘电极作为工作电极，铂片电极作为对电极)对本例制备的混合电解液进行电化学窗口测试。结果表明该混合电解液的电化学稳定窗口为2.2V。
将本例的混合电解液用于水系活性炭纽扣电池的组装。其中正极、负极均为活性炭，正负极材料分别按活性材料/导电炭黑/PVDF＝80/10/10的质量比混合制成浆料，并涂覆于石墨纸上，烘干后制作成电极。然后以商业化的玻璃纤维隔膜作为隔膜，以本例混合电解液作为电解液，组装成活性炭纽扣电池。在0～2.0V下进行充放电测试，电流密度为2A/g，在室温下循环10000次，容量保持率为82.3％。
实施例22
本例的混合电解液具体组成为溶剂水、碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯，限域水分子功能溶质为乙酸钾，电解质为硝酸钾，其制备方法如下：称取1g乙酸钾和0.1g硝酸钾相继加入到装有1g去离子水、0.15g碳酸乙烯酯和0.15g碳酸二甲酯的玻璃样品瓶中，密封后放入90℃的鼓风干燥箱中加热20分钟至充分溶解，冷却后即获得本例混合电解液。其中，麦芽糖占电解液的质量分数为41.7％。采用线性伏安法(饱和甘汞电极作为参比电极，铂盘电极作为工作电极，铂片电极作为对电极)对本例制备的混合电解液进行电化学窗口测试。结果表明该混合电解液的电化学稳定窗口为2.1V。
将本例的混合电解液用于水系活性炭纽扣电池的组装。其中正极、负极均为活性炭，正负极材料分别按活性材料/导电炭黑/PVDF＝80/10/10的质量比混合制成浆料，并涂覆于石墨纸上，烘干后制作成电极。然后以商业化的玻璃纤维隔膜作为隔膜，以本例混合电解液作为电解液，组装成活性炭纽扣电池。在0～2.0V下进行充放电测试，电流密度为2A/g，在室温下循环10000次，容量保持率为57.3％。
实施例23
本例的混合电解液具体组成为溶剂水、碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯，限域水分子功能溶质为甲酸钾，电解质为硝酸钾，其制备方法如下：称取0.8g甲酸钾和0.1g硝酸钾相继加入到装有1g去离子水、0.15g碳酸乙烯酯和0.15g碳酸二甲酯的玻璃样品瓶中，密封后放入90℃的鼓风干燥箱中加热20分钟至充分溶解，冷却后即获得本例混合电解液。其中，甲酸钾占电解液的质量分数为36.4％。采用线性伏安法(饱和甘汞电极作为参比电极，铂盘电极作为工作电极，铂片电极作为对电极)对本例制备的混合电解液进行电化学窗口测试。结果表明该混合电解液的电化学稳定窗口为1.8V。
将本例的混合电解液用于水系活性炭纽扣电池的组装。其中正极、负极均为活性炭，正负极材料分别按活性材料/导电炭黑/PVDF＝80/10/10的质量比混合制成浆料，并涂覆于石墨纸上，烘干后制作成电极。然后以商业化的玻璃纤维隔膜作为隔膜，以本例混合电解液作为电解液，组装成活性炭纽扣电池。在0～1.6V下进行充放电测试，电流密度为2A/g，在室温下循环10000次，容量保持率为47.3％。
实施例24
本例的混合电解液具体组成为溶剂水、碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯，限域水分子功能溶质为亚硝酸钾，电解质为硝酸钾，其制备方法如下：称取0.8g亚硝酸钾和0.1g硝酸钾相继加入到装有1g去离子水、0.15g碳酸乙烯酯和0.15g碳酸二甲酯的玻璃样品瓶中，密封后放入90℃的鼓风干燥箱中加热20分钟至充分溶解，冷却后即获得本例混合电解液。其中，亚硝酸钾占电解液的质量分数为36.4％。采用线性伏安法(饱和甘汞电极作为参比电极，铂盘电极作为工作电极，铂片电极作为对电极)对本例制备的混合电解液进行电化学窗口测试。结果表明该混合电解液的电化学稳定窗口为1.8V。
将本例的混合电解液用于水系活性炭纽扣电池的组装。其中正极、负极均为活性炭，正负极材料分别按活性材料/导电炭黑/PVDF＝80/10/10的质量比混合制成浆料，并涂覆于石墨纸上，烘干后制作成电极。然后以商业化的玻璃纤维隔膜作为隔膜，以本例混合电解液作为电解液，组装成活性炭纽扣电池。在0～1.4V下进行充放电测试，电流密度为2A/g，在室温下循环10000次，容量保持率为57.3％。
实施例25
本例的混合电解液具体组成为溶剂水和乙腈，限域水分子功能溶质为蔗糖，电解质为硫酸锌，其制备方法如下：称取0.5g蔗糖和0.2g硫酸锌相继加入到装有1g去离子水和0.5g乙腈的玻璃样品瓶中，密封后放入90℃的鼓风干燥箱中加热20分钟至充分溶解，冷却后即获得本例混合电解液。其中，蔗糖占电解液的质量分数为22.7％。采用线性伏安法(饱和甘汞电极作为参比电极，铂盘电极作为工作电极，铂片电极作为对电极)对本例制备的混合电解液进行电化学窗口测试。结果表明该混合电解液的电化学稳定窗口为1.8V。
将本例的混合电解液用于水系锌离子纽扣电池的组装。其中正极材料和负极材料分别为二氧化锰和活性炭，正负极材料分别按活性材料/导电炭黑/PVDF＝80/10/10的质量比混合制成浆料，并涂覆于石墨纸上，烘干后制作成电极。然后以商业化的玻璃纤维隔膜作为隔膜，以本例混合电解液作为电解液，组装成活性炭纽扣电池。在0～2.0V下进行充放电测试，电流密度为2A/g，在室温下循环3000次，容量保持率为77％。
实施例26
本例的混合电解液具体组成为溶剂水和乙腈，限域水分子功能溶质为麦芽糖，电解质为硫酸锌，其制备方法如下：称取0.5g麦芽糖和0.2g硫酸锌相继加入到装有1g去离子水和0.5g乙腈的玻璃样品瓶中，密封后放入90℃的鼓风干燥箱中加热20分钟至充分溶解，冷却后即获得本例混合电解液。其中，麦芽糖占电解液的质量分数为22.7％。采用线性伏安法(饱和甘汞电极作为参比电极，铂盘电极作为工作电极，铂片电极作为对电极)对本例制备的混合电解液进行电化学窗口测试。结果表明该混合电解液的电化学稳定窗口为1.8V。
将本例的混合电解液用于水系锌离子纽扣电池的组装。其中正极材料和负极材料分别为二氧化锰和活性炭，正负极材料分别按活性材料/导电炭黑/PVDF＝80/10/10的质量比混合制成浆料，并涂覆于石墨纸上，烘干后制作成电极。然后以商业化的玻璃纤维隔膜作为隔膜，以本例混合电解液作为电解液，组装成活性炭纽扣电池。在0～2.0V下进行充放电测试，电流密度为2A/g，在室温下循环3000次，容量保持率为87％。
实施例27
本例的混合电解液具体组成为溶剂水和乙腈，限域水分子功能溶质为果糖，电解质为硫酸锌，其制备方法如下：称取0.5g果糖和0.2g硫酸锌相继加入到装有1g去离子水和0.5g乙腈的玻璃样品瓶中，密封后放入90℃的鼓风干燥箱中加热20分钟至充分溶解，冷却后即获得本例混合电解液。其中，果糖占电解液的质量分数为22.7％。采用线性伏安法(饱和甘汞电极作为参比电极，铂盘电极作为工作电极，铂片电极作为对电极)对本例制备的混合电解液进行电化学窗口测试。结果表明该混合电解液的电化学稳定窗口为1.8V。
将本例的混合电解液用于水系锌离子纽扣电池的组装。其中正极材料和负极材料分别为二氧化锰和活性炭，正负极材料分别按活性材料/导电炭黑/PVDF＝80/10/10的质量比混合制成浆料，并涂覆于石墨纸上，烘干后制作成电极。然后以商业化的玻璃纤维隔膜作为隔膜，以本例混合电解液作为电解液，组装成活性炭纽扣电池。在0～2.0V下进行充放电测试，电流密度为2A/g，在室温下循环3000次，容量保持率为83％。
实施例28
本例的混合电解液具体组成为溶剂水和乙腈，限域水分子功能溶质为蔗糖，助剂为高氯酸银，电解质为硝酸钠，其制备方法如下：称取1.5g蔗糖、0.1g硝酸钠和0.08克高氯酸银相继加入到装有1g去离子水和0.3g乙腈的玻璃样品瓶中，密封后放入90℃的鼓风干燥箱中加热20分钟至充分溶解，冷却后即获得本例混合电解液。其中，蔗糖占电解液的质量分数为50.3％，高氯酸银占电解液的质量分数为2.7％。采用线性伏安法(饱和甘汞电极作为参比电极，铂盘电极作为工作电极，铂片电极作为对电极)对本例制备的混合电解液进行电化学窗口测试。结果表明该混合电解液的电化学稳定窗口为2.5V。
将本例的混合电解液用于水系钠离子纽扣电池的组装。其中正极为Na2FeFe(CN)6，负极为活性炭，正负极材料分别按活性材料/导电炭黑/PVDF＝80/10/10的质量比混合制成浆料，并涂覆于石墨纸上，烘干后制作成电极。然后以商业化的玻璃纤维隔膜作为隔膜，以本例混合电解液作为电解液，组装成钠离子纽扣电池。在0～2.0V下进行充放电测试，电流密度为2A/g，在室温下循环2000次，容量保持率为93.5％。
实施例29
本例的混合电解液具体组成为溶剂水和碳酸乙烯酯，限域水分子功能溶质为麦芽糖，助剂为氯酸铜，电解质为硝酸钾，其制备方法如下：称取1g麦芽糖、0.06克氯酸铜和0.17g硝酸钾相继加入到装有1g去离子水和0.3g碳酸乙烯酯的玻璃样品瓶中，密封后放入90℃的鼓风干燥箱中加热20分钟至充分溶解，冷却后即获得本例混合电解液。其中，麦芽糖占电解液的质量分数为39.5％，氯酸铜占电解液的质量分数为2.4％。采用线性伏安法(饱和甘汞电极作为参比电极，铂盘电极作为工作电极，铂片电极作为对电极)对本例制备的混合电解液进行电化学窗口测试。结果表明该混合电解液的电化学稳定窗口为1.8V。
将本例的混合电解液用于水系钾离子纽扣电池的组装。其中正极为K2FeFe(CN)6，负极为活性炭，正负极材料分别按活性材料/导电炭黑/PVDF＝80/10/10的质量比混合制成浆料，并涂覆于石墨纸上，烘干后制作成电极。然后以商业化的玻璃纤维隔膜作为隔膜，以本例混合电解液作为电解液，组装成钠离子纽扣电池。在0～2.0V下进行充放电测试，电流密度为2A/g，在室温下循环2000次，容量保持率为91.6％。
实施例30
本例的混合电解液具体组成为溶剂水、碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯，限域水分子功能溶质为乙酸钾，助剂为氟酸锌，电解质为醋酸锂，其制备方法如下：称取1g乙酸钾、0.04克氟酸锌和0.1g醋酸锂相继加入到装有1g去离子水、0.15g碳酸乙烯酯和0.15g碳酸二甲酯的玻璃样品瓶中，密封后放入90℃的鼓风干燥箱中加热20分钟至充分溶解，冷却后即获得本例混合电解液。其中，乙酸钾占电解液的质量分数为40.9％，氟酸锌占电解液的质量分数为1.6％。采用线性伏安法(饱和甘汞电极作为参比电极，铂盘电极作为工作电极，铂片电极作为对电极)对本例制备的混合电解液进行电化学窗口测试。结果表明该混合电解液的电化学稳定窗口为2.3V。
将本例的混合电解液用于水系锂离子纽扣电池的组装。其中正极为LiMn2O4，负极为活性炭，正负极材料分别按活性材料/导电炭黑/PVDF＝80/10/10的质量比混合制成浆料，并涂覆于石墨纸上，烘干后制作成电极。然后以商业化的玻璃纤维隔膜作为隔膜，以本例混合电解液作为电解液，组装成锂离子纽扣电池。在0～2V下进行充放电测试，电流密度为2A/g，在室温下循环2000次，容量保持率为95.7％。
实施例31
重复实施例1，区别在于，将电解质硝酸钠换成氯化钾，其余条件不变，制备得到的电解液性能与实施例1中相近。
实施例32
重复实施例13，区别在于，将电解质醋酸锂换成乙酸锌，其余条件不变，制备得到的电解液性能与实施例13中相近。
实施例33
重复实施例13，区别在于，将电解质醋酸锂换成氯化锌，其余条件不变，制备得到的电解液性能与实施例13中相近。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (10)
1.一种电解液，其特征在于，包含溶剂和电解质；其中，
所述溶剂为有机溶剂和水的混合，其中，所述有机溶剂和水的质量比为1/10-1/1；
所述电解质为碱金属和/或锌的可溶性盐。
2.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述有机溶剂和水的质量比为1/2-1/1。
3.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述有机溶剂选自乙腈、碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述电解液中还包含限域水分子功能溶质；优选地，所述限域水分子功能溶质选自蔗糖、麦芽糖、果糖中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，按质量百分含量计，所述电解液中包含0.5-7％的电解质；优选地，按质量百分含量计，所述电解液中包含1-5％的电解质。
6.根据权利要求4所述的电解液，其特征在于，按质量百分含量计，所述电解液中包含20-80％的限域水分子功能溶质；优选地，按质量百分含量计，所述电解液中包含20-60％的限域水分子功能溶质。
7.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述碱金属的可溶性盐选自碱金属的硫酸盐、硝酸盐、醋酸盐和氯化盐；优选地，所述碱金属的可溶性盐选自硫酸锂、硝酸锂、醋酸锂、氯化锂、硫酸钠、硝酸钠、醋酸钠、氯化钠、硫酸钾、硝酸钾、醋酸钾和氯化钾中的一种或几种。
8.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述锌的可溶性盐选自硫酸锌、乙酸锌、氯化锌中的一种或几种。
9.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，按质量百分含量计，所述电解液中包含1-5％的助剂。
10.如权利要求1-9任一项所述的电解液在电化学储能器件中的应用。
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