CN114447446A - 一种水系锌离子电池添加剂及其制备的电解液及应用 - Google Patents
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Abstract
一种水系锌离子电池添加剂和含有该添加剂的电解液及应用，其添加剂为甲醇、乙醇、乙二醇中的一种或几种，电解液包括溶剂和溶质。其中，溶剂为水，溶质为三氟甲烷磺酸锌、硫酸锌、氯化锌中的一种或几种，且添加剂与溶剂水的体积比为1：1～10。本发明提供的添加剂可以与水以任何比例混合，并且可以与水形成氢键。本发明提供的添加剂和水之间的相互作用可以有效地抑制水系锌离子电池中的不良反应，从而提高水系锌离子电池的电化学性能。
Description
技术领域
本发明属于水系锌离子电池领域，特别涉及一种水系锌离子电池添加剂和及其制备的电解液及应用。
背景技术
由于锂离子电池的安全问题和资源短缺，开发新一代储能装置作为替代品引起了越来越多的研究兴趣。作为最有前途的替代品之一，水系可充电锌离子电池已进入研究人员的视野，具有安全、环保、理论容量高等优点。虽然锌离子电池被认为是锂离子电池的重要替代品，但枝晶问题和副反应仍是限制其发展的主要障碍。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。
本发明通过将甲醇、乙醇、乙二醇中的一种或几种作为添加剂，水为溶剂，三氟甲烷磺酸锌、硫酸锌、氯化锌中的一种或几种为电解质。甲醇、乙醇、乙二醇被证实是水系锌离子电池中含锌离子电解液的有效添加剂，它可以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。
发明内容
本发明旨在克服水系锌离子电池应用中存在的技术难题。为此，本发明的目的之一在于提供一种水系锌离子电池添加剂及其电解液制备方法，用于提升水系锌离子电池的电化学性能。
本发明的另一目的在于提供一种基于上述电解液的2032型纽扣锌离子电池。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种水系锌离子电池添加剂。
一种水系电解液，其特征在于，含有上述的电池添加剂。
优选的，所述的电解液由溶剂、电解质和添加剂组成。
优选的，所述添加剂为为甲醇、乙醇、乙二醇中的一种或几种。
优选的，所述的电解质为三氟甲烷磺酸锌、硫酸锌、氯化锌中的一种或几种。
优选的，所述的电池添加剂与溶剂水的体积比为1：1～10。
优选的，所述电解液的浓度为1～3mol/L。
进一步优选的，所述电解液的浓度为1mol/L。
进一步优选的，所述电解液的溶剂为水。
进一步优选的，所述的电池添加剂与溶剂水的体积比为1：3。
本发明还提供了一种含有如上所述的水系锌离子电池电解液的水系2032型纽扣锌离子电池。
进一步优选的，如上所述的水系2032型纽扣锌离子电池，包括电池壳、极芯和电解液，所述的极芯和电解液密封于电池壳内，所述的极芯包括正极片、锌负极片和位于正负极之间的隔膜，所述的电解液为如上所述的水系锌离子电池电解液。
本发明的优点主要体现在以下几个方面：
添加剂具有价格低廉、适用范围广和亲水性等固有优势。
本发明提供的电解液中采用的原料成本较低，制备方法简单，在锌离子电池的安全领域有较大的应用前景和研究价值。
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是本发明实施例1的锌离子电池循环后锌负极截面的SEM图，其电解液为加入甲醇的1mol/L三氟甲烷磺酸锌混合溶液。
图2是本发明实施例1的锌离子电池循环后锌负极截面的SEM图，其电解液为1mol/L三氟甲烷磺酸锌水溶液。
图3是本发明实施例1的锌离子电池电化学性能测试图，其中ZHM为加入甲醇的1mol/L三氟甲烷磺酸锌混合溶液组装的电池，ZH为1mol/L三氟甲烷磺酸锌水溶液组装的电池，图4，5亦同。
图4是本发明实施例2的锌离子电池电化学性能测试图。
图5是本发明实施例3的锌离子电池电化学性能测试图。
具体实施方式
以下将实施例和附图相结合对本发明作进一步的详细描述，但本发明的实施方式并不限于此。
实施例1
本实施例提供了一种水系锌离子电池电解液的制备方法及通过该方法制备得到的水系锌离子电池电解液和对应电池，所述方法包括：将甲醇加到三氟甲烷磺酸锌溶液中，甲醇与水体积比为1:3，然后获得1mol/L三氟甲烷磺酸锌混合溶液电解液；将1mol/L三氟甲烷磺酸锌水溶液当作电解液；将涂覆有二氧化锰的不锈钢箔作为正极，锌片作为负极，玻璃纤维作为隔膜，电解液为加入甲醇的1mol/L三氟甲烷磺酸锌混合溶液，组装2032型纽扣锌离子电池。并将电解液为1mol/L三氟甲烷磺酸锌水溶液作为对比组，以相同条件组装2032型纽扣锌离子电池；将制作的电池用电化学工作站进行电化学性能测试，循环条件为：电流密度为0.1 A g-1，循环次数为100圈。
实施例2
本实施例提供了一种水系锌离子电池电解液的制备方法及通过该方法制备得到的水系锌离子电池电解液和对应电池，所述方法包括：将甲醇加到三氟甲烷磺酸锌溶液中，甲醇与水体积比为1:3，然后获得1mol/L三氟甲烷磺酸锌混合溶液当解液；将1mol/L三氟甲烷磺酸锌水溶液当作电解液；将涂覆有二氧化锰的不锈钢箔作为正极，锌片作为负极，玻璃纤维作为隔膜，电解液为加入甲醇的1mol/L三氟甲烷磺酸锌混合溶液，组装2032型纽扣锌离子电池。并将电解液为1mol/L三氟甲烷磺酸锌水溶液作为对比组，以相同条件组装2032型纽扣锌离子电池；将制作的电池用电化学工作站进行电化学性能测试，循环条件为：电流密度为0.1 A g-1，0.2 A g-1，0.4 A g-1，0.8 A g-1，0.1 A g-1，循环次数：每一电流密度循环10圈。
实施例3
本实施例提供了一种水系锌离子电池电解液的制备方法及通过该方法制备得到的水系锌离子电池电解液和对应电池，所述方法包括：将甲醇加到三氟甲烷磺酸锌溶液中，甲醇与水体积比为1:3，然后获得1mol/L三氟甲烷磺酸锌混合溶液电解液；将1mol/L三氟甲烷磺酸锌水溶液当作电解液；将涂覆有二氧化锰的不锈钢箔作为正极，锌片作为负极，玻璃纤维作为隔膜，电解液为加入甲醇的1mol/L三氟甲烷磺酸锌混合溶液，组装2032型纽扣锌离子电池。并将电解液为1mol/L三氟甲烷磺酸锌水溶液作为对比组，以相同条件组装2032型纽扣锌离子电池；将制作的电池用电化学工作站进行电化学性能测试，循环条件为：温度为25℃，10(±1)℃，0(±1)℃，25℃，循环次数：每一温度循环10圈。
结果分析
图1是电解液为加入甲醇的1mol/L三氟甲烷磺酸锌混合溶液的锌离 子电池循环后锌负极截面的SEM图，图2是电解液为1mol/L三氟 甲烷磺酸锌水溶液的锌离子电池循环后锌负极截面的SEM图。可以 看出：电解液为加入甲醇的1mol/L三氟甲烷磺酸锌混合溶液的锌离 子电池锌负极具有整洁的表面，产生了更均匀的锌涂层；而电解液为 1mol/L三氟甲烷磺酸锌水溶液的锌离子电池锌负极具有严重腐蚀的 表面，表面覆盖着白色副产物，这种副产物会导致表面不均匀，从而 促进枝晶生长，进而可能导致电池短路。这说明了，甲醇可以明显抑 制其副反应，进而提高了电化学性能。
图3是在电流密度为0.1A g-1下的循环图，可以看出电解液为加入甲 醇的1mol/L三氟甲烷磺酸锌混合溶液的锌离子电池具有高的容量保 持率，容量保持率的显著提高可归因于引入甲醇后的优异耐腐蚀性。
图4是在不同温度下的电流电流密度为0.1A g-1下的循环图，可以看 出，当温度从25℃降至0℃时，两种电池的容量都呈现出衰减趋势。 值得注意的是，在25℃时，电解液为加入甲醇的1mol/L三氟甲烷 磺酸锌混合溶液的锌离子电池和电解液为1mol/L三氟甲烷磺酸锌水 溶液的锌离子电池容量大致一致。当温度降低到10℃和0℃时，电 解液为加入甲醇的1mol/L三氟甲烷磺酸锌混合溶液的锌离子电池的 容量均高于电解液为1mol/L三氟甲烷磺酸锌水溶液的锌离子电池， 电解液为加入甲醇的1mol/L三氟甲烷磺酸锌混合溶液的锌离子电池 的容量保持率高于电解液为1mol/L三氟甲烷磺酸锌水溶液的锌离子 电池，这意味着电解液中添加甲醇可以有效改善电池在低温环境下的 电化学性能。
图5是在不同电流电流密度下的倍率图，可以看出，当电流密度增大 时，电解液为加入甲醇的1mol/L三氟甲烷磺酸锌混合溶液的锌离子 电池和电解液为1mol/L三氟甲烷磺酸锌水溶液的锌离子电池的容量 都减小。但总的来说，电解液为加入甲醇的1mol/L三氟甲烷磺酸锌 混合溶液的锌离子电池的容量保持率高于电解液为1mol/L三氟甲烷 磺酸锌水溶液的锌离子电池。这表明了甲醇的加入提高了电化学性能。
Claims (7)
1.一种水系锌离子电池添加剂，其特征在于，所述添加剂为为甲醇、乙醇、乙二醇中的一种或几种。
2.一种水系锌离子电池电解液，其特征在于，所述电解液含有权利要求1所述的添加剂。
3.如权利要求2所述的水系锌离子电池电解液，其特征在于，所述电解液中添加剂与溶剂水的体积比为1：1～10。
4.根据权利要求2所述的水系电解液，其特征在于，电解质为三氟甲烷磺酸锌、硫酸锌、氯化锌中的一种或几种。
5.根据权利要求2所述的水系电解液，其特征在于，浓度为1～3mol/L。
6.一种利用权利要求2-5任一项所述的水系锌离子电池电解液在2032型纽扣锌离子电池应用。
7.如权利要求6所述的2032型纽扣锌离子电池，其特征在于，还包括正极、隔膜、负极，其中，所述正极为涂覆有二氧化锰的不锈钢箔，所述负极为锌片，所述隔膜为玻璃纤，所述隔膜位于正极和负极之间。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20220506 |