CN115295885A - 一种金属电池用液态电解液及其制备方法与金属电池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种金属电池用液态电解液及其制备方法与金属电池，液态电解液包括溶剂和金属盐，溶剂包括冠醚，金属盐为钠盐或锌盐。本发明中在液态电解液的溶剂中加入冠醚可提高金属电池的循环寿命。具体地，冠醚与钠离子的配位能力改变了钠离子的溶剂化结构，冠醚/钠离子的配合物吸引钠盐中的阴离子，增加阴离子含量，有利于形成稳定的SEI膜，进而有利于负极处钠的均匀成核和生长，减少钠枝晶的生成，从而实现钠金属电池的长循环寿命；冠醚与锌离子的配位能力改变了锌离子的溶剂化结构，减少溶剂化结构中水的含量，从而减少锌负极处在循环过程中由于水发生的副反应，抑制析氢反应的发生，从而实现锌金属电池的长循环寿命。
Description
技术领域
本发明涉及金属电池技术领域，尤其涉及一种金属电池用液态电解液及其制备方法与金属电池。
背景技术
随着电动汽车和便携式电子产品的快速发展，对便携、高容量和大功率储能器件的需求持续增加。锂离子电池已经广泛应用于电子设备、汽车、手机等领域。然而，锂资源的稀缺和锂离子电池原材料成本难以降低，阻碍了锂离子电池在大规模储能领域的进一步发展。因此，十分有必要开发新的高能量密度金属电池体系。
为了降低储能电池的成本，人们开始研究开发以钠、锌等为主的低成本的二次金属电池。然而以钠、锌为主的金属电池都存在循环寿命短、稳定性及安全性差的问题。例如，钠金属电池具有原料丰富易得、成本低廉、分布广泛等价格优势，目前钠金属电池的研究中，研究人员通过电解液改性来改善钠金属电池循环性能。但如何通过简单的电解液添加剂来对有机电解质溶液进行改性，以提高钠金属电池的循环稳定性和安全性是目前亟待解决的问题；水系锌金属电池因其安全性差而受到广泛关注，提供低成本和高稳定性的电解液抑制水和锌的副产物产生以及析氢反应，以提高锌电池的循环性能、安全性能等整体性能还需要进一步的研究。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种金属电池用液态电解液及其制备方法与金属电池，旨在解决现有钠或锌金属电池的循环性能仍有待提高的问题。
本发明的技术方案如下：
本发明的第一方面，提供一种金属电池用液态电解液，其中，包括溶剂和金属盐，所述溶剂包括冠醚，所述金属盐为钠盐或锌盐。
可选地，当所述金属盐为钠盐时，所述溶剂还包括醇醚类有机溶剂；
所述溶剂中，所述醇醚类有机溶剂的质量含量为90～100％，所述冠醚的质量含量为0～10％；其中，所述醇醚类有机溶剂的质量含量不为100％，所述冠醚的质量含量不为0％。
可选地，当所述金属盐为锌盐时，所述溶剂还包括水；
所述溶剂中，所述水的质量含量为90～100％，所述冠醚的质量含量为0～10％；其中，所述水的质量含量不为100％，所述冠醚的质量含量不为0％。
可选地，所述金属电池用液态电解液中，所述钠盐的浓度为0.8～1.5mol/L。
可选地，所述钠盐选自六氟磷酸钠、四氟硼酸钠、双(三氟甲基磺酰基)亚胺钠、高氯酸钠、双氟磺酰亚胺钠、三氟甲基磺酸钠中的至少一种。
可选地，所述金属电池用液态电解液中，所述锌盐的浓度为1～2.5mol/L。
可选地，所述锌盐选自硫酸锌、氯化锌、醋酸锌、高氯酸锌、三氟甲基磺酰亚胺锌、三氟甲烷磺酸锌中的至少一种。
本发明的第二方面，提供一种本发明如上所述的金属电池用液态电解液的制备方法，其特征在于，包括步骤：
将溶剂和金属盐混合，得到所述金属电池用液态电解液；
所述溶剂包括冠醚，所述金属盐为钠盐或锌盐。
本发明的第三方面，提供一种金属电池，其中，所述金属电池包括本发明如上所述的金属电池用液态电解液。
可选地，所述金属电池为钠金属电池或锌金属电池。
有益效果：本发明中在金属电池用液态电解液的溶剂中加入冠醚这一种添加剂，即可提高金属电池(如钠金属电池或锌金属电池)的循环寿命及安全性。具体地，液态电解液中的冠醚与金属离子的配位能力改变了金属离子的溶剂化结构。对于钠金属电池，冠醚与钠离子的配位能力改变了钠离子的溶剂化结构，冠醚/钠离子的配合物吸引钠盐中的阴离子，增加阴离子含量，有利于形成稳定的SEI膜，进而有利于负极处钠的均匀成核和生长，减少钠枝晶的生成，减少短路的发生，从而实现钠金属电池的长循环寿命及高安全性。对于锌金属电池，冠醚与锌离子的配位能力改变了锌离子的溶剂化结构，减少溶剂化结构中水的含量，从而减少锌负极处在循环过程中由于水发生的副反应，抑制析氢反应的发生，从而实现锌金属电池的长循环寿命及高安全性。
附图说明
图1为采用实施例1-3和对比例1中的钠金属电池用液态电解液制成的半电池的循环性能测试结果。
图2为采用实施例2、对比例1和2中的钠金属电池用液态电解液制成的半电池的循环性能测试结果。
图3为采用实施例2和对比例1中的钠金属电池用液态电解液制成的全电池的循环性能测试结果。
图4为采用实施例4和对比例3中的锌金属电池用液态电解液制成的半电池的循环性能测试结果。
图5为分别对采用实施例4和对比例3中的锌金属电池用液态电解液制成的半电池进行循环后，锌箔表面生成物的XRD测试结果。
具体实施方式
本发明提供一种金属电池用液态电解液及其制备方法与金属电池，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术术语和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。
本发明实施例提供一种金属电池用液态电解液，其中，包括溶剂和金属盐，所述溶剂包括冠醚，所述金属盐为钠盐或锌盐。可以理解的是，不同金属电池的电解液中采用不同的金属盐，当液态电解液中采用的金属盐为钠盐时，则液态电解液用于钠金属电池，当液态电解液所采用的金属盐为锌盐时，则液态电解液用于锌金属电池。
本发明实施例中在金属电池用液态电解液的溶剂中加入冠醚这一种添加剂，即可提高金属电池(如钠金属电池或锌金属电池)的循环寿命及安全性。具体地，液态电解液中的冠醚与金属离子的配位能力改变了金属离子的溶剂化结构。对于钠金属电池，冠醚与钠离子的配位能力改变了钠离子的溶剂化结构，冠醚/钠离子的配合物吸引钠盐中的阴离子，增加阴离子含量，有利于形成稳定的SEI膜，进而有利于负极处钠的均匀成核和生长，减少钠枝晶的生成，减少电池短路的发生，从而实现钠金属电池的长循环寿命及高安全性。对于锌金属电池，冠醚与锌离子的配位能力改变了锌离子的溶剂化结构，减少溶剂化结构中水的含量，从而减少锌负极处在循环过程中由于水发生的副反应，抑制析氢反应的发生，从而实现锌金属电池的长循环寿命及高安全性。
在一种实施方式中，当所述金属盐为钠盐时，所述溶剂还包括醇醚类有机溶剂。也就是说，本实施方式中，所述液态电解液中包括溶剂和钠盐，所述溶剂包括醇醚类有机溶剂和冠醚，所述金属电池用液态电解液用于钠金属电池。进一步地，所述溶剂中，所述醇醚类有机溶剂的质量含量为90～100％，所述冠醚的质量含量为0～10％；其中，所述醇醚类有机溶剂的质量含量不为100％，所述冠醚的质量含量不为0％。具体实施时，所述溶剂中，所述醇醚类有机溶剂的质量含量与所述冠醚的质量含量之和为100％。冠醚作为一种优异的添加剂，在溶剂中的添加量为0～10％时，可充分提高钠金属电池的循环寿命和稳定性；当冠醚的添加量超过10％时，一方面不利于降低成本，另一方面冠醚含量过高，容易导致电池极化过大从而影响电池的性能。
相比于金属离子电池中常使用的酯类溶剂，醇醚类有机溶剂对于钠金属电池本身具有良好的循环稳定性能，但是由于醇醚类有机溶剂与钠不可避免的发生反应，生成不稳定的SEI膜，对其性能也有影响。因此，本发明通过加入冠醚，可以生成稳定的SEI膜，一方面能实现钠有效均匀地成核，减少电池短路的发生，安全性能高；另一方面可进一步杜绝醇醚类有机溶剂与钠不可避免的发生反应。也就是说，本实施方式中，醇醚类有机溶剂(如二乙二醇二甲醚)与冠醚(如15-冠醚-5)配合使用在充分发挥了醇醚类有机溶剂的优点的同时有效避免了醇醚类有机溶剂的缺点，两者配合使用进一步提高液态电解液的性能，从而使得钠金属电池实现长寿命及高安全稳定性。
在一种实施方式，所述醇醚类有机溶剂选自二乙二醇二甲醚、乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚中的至少一种，但不限于此。
在进一步的实施方式中，所述醇醚类有机溶剂选自二乙二醇二甲醚。
在一种实施方式中，所述金属电池用液态电解液中，所述钠盐的浓度为0.8～1.5mol/L。钠盐在此范围内可以保证液态电解液维持良好的电导率，并且在没有使用高浓度钠盐的情况下保证电池性能，降低成本。
在进一步的实施方式中，所述金属电池用液态电解液中，所述钠盐的浓度为1mol/L。
在一种实施方式中，所述钠盐选自六氟磷酸钠(NaPF6)、四氟硼酸钠、双(三氟甲基磺酰基)亚胺钠、高氯酸钠、双氟磺酰亚胺钠、三氟甲基磺酸钠中的至少一种，但不限于此。当钠盐选自NaPF6时，冠醚(例如15-冠醚-5)与钠离子的配位能力，改变钠离子的溶剂化结构，冠醚/钠离子的配合物吸引阴离子(PF6 -)，导致阴离子(PF6 -)含量增加，生成以NaF为主的SEI保护层，导致负极处钠的均匀成核和生长，减少钠枝晶的生成，减少电池短路的发生，从而使得钠金属电池具有长循环寿命及高安全性。
在一种实施方式中，当所述金属盐为锌盐时，所述溶剂还包括水。也就是说，本实施方式中，所述金属电池用液态电解液中包括溶剂和锌盐，所述溶剂包括水和冠醚，所述金属电池用液态电解液用于锌金属电池。进一步地，所述溶剂中，所述水的质量含量为90～100％，所述冠醚的质量含量为0～10％；其中，所述水的质量含量不为100％，所述冠醚的质量含量不为0％。具体实施时，所述溶剂中，所述水的质量含量与所述冠醚的质量含量之和为100％。冠醚作为一种优异的添加剂，在溶剂中的添加量为0～10％时，可拥有良好的改善电池稳定性效果，可充分提高锌金属电池的循环寿命和稳定性。当冠醚的添加量超过10％时，一方面不利于降低成本，另一方面冠醚含量过高，容易导致电池极化过大从而影响电池的性能。
在水系锌金属电池电解液中加入冠醚，冠醚与锌离子的配位能力，改变锌离子的溶剂化结构，减少溶剂化结构中水的含量，从而减少锌负极处在循环过程中由于水发生的副反应，抑制析氢的发生，从而使得锌金属电池具有长循环寿命。
在一种实施方式中，所述冠醚选自15-冠醚-5、12-冠醚-4、18-冠醚-6中的至少一种，但不限于此。
在进一步的实施方式中，所述冠醚选自15-冠醚-5。
在一种实施方式中，所述金属电池用液态电解液中，所述锌盐的浓度为1～2.5mol/L。锌盐在此浓度范围内可以保证液态电解液保持良好的电导率，并且在没有使用高浓度锌盐的情况下保证电池性能，降低成本，同时考虑到部分锌盐溶解度的问题，锌盐的浓度也不宜过高。
在进一步的实施方式中，所述金属电池用液态电解液中，所述锌盐的浓度为2mol/L。
在一种实施方式中，所述锌盐选自硫酸锌、氯化锌、醋酸锌、高氯酸锌、三氟甲基磺酰亚胺锌、三氟甲烷磺酸锌中的至少一种，但不限于此。
本发明实施例还提供一种本发明如上所述的金属电池用液态电解液的制备方法，其中，包括步骤：
将溶剂和金属盐混合，得到所述金属电池用液态电解液；
所述溶剂包括冠醚，所述金属盐为钠盐或锌盐。
具体实施时，可将溶剂和金属盐混合，然后进行搅拌，直到溶液变透明，得到所述金属电池用液态电解液。
本发明实施例提供的制备方法简单、容易操作，适用于工业化大规模生产。
本发明实施例还提供一种金属电池，其中，所述金属电池包括本发明实施例如上所述的金属电池用液态电解液。本发明实施例提供的金属电池循环寿命长、稳定性及安全性高。
在一种实施方式中，所述金属电池为钠金属电池或锌金属电池。本实施方式中，金属电池与现有的金属离子电池不同，金属电池是指负极是金属的电池，而金属离子电池是指负极活性物质采用可嵌入脱出金属离子的材料的电池。可以理解的是，钠金属电池与现有的钠离子电池不同，钠金属电池是指负极为钠金属的电池，钠离子电池是指负极活性物质采用可嵌入脱出钠离子的材料的电池；锌金属电池与现有的锌离子电池不同，锌电池是指负极为锌金属的电池，锌离子电池是指负极活性物质采用可嵌入脱出锌离子的材料的电池。
在一种实施方式中，钠金属电池包括液态电解液，所述液态电解液包括溶剂和钠盐，按质量百分数计，所述溶剂包括醇醚类有机溶剂90～100％、冠醚0～10％，其中醇醚类有机溶剂不取100％，冠醚不取0％。
在进一步的实施方式中，钠金属电池包括液态电解液，所述液态电解液包括溶剂和钠盐，按质量百分数计，所述溶剂包括二乙二醇二甲醚90～100％、15-冠醚-5 0～10％，其中二乙二醇二甲醚不取100％，15-冠醚-5不取0％。
在一种实施方式中，钠金属电池还包括正极片和负极片，所述负极片采用钠金属箔，所述正极片中的正极活性物质选自磷酸钒钠(Na3V2(PO4)3，NVP)、氟磷酸钒钠(Na3V2(PO4)2F3，NVPF)中的至少一种。具体实施时，正极片可由正极活性物质涂覆在正极集流体上制备得到，进一步地，可将正极活性物质、导电剂、粘结剂按照8:1:1的质量比与溶剂混合制成正极浆料，然后涂覆在铝箔上，干燥后得到正极片。钠金属电池的电芯工艺及具体类型本发明并不限制，例如，电芯工艺可采用卷绕式、叠片式等，具体类型可以为方壳型、圆柱型、软包型或扣式电池等。
在一种实施方式中，所述锌电池包括液态电解液，所述液态电解液包括溶剂和锌盐，按质量百分数计，所述溶剂包括水90～100％、冠醚0～10％，其中水不取100％，冠醚不取0％。
在进一步的实施方式中，所述锌电池包括液态电解液，所述液态电解液包括溶剂和锌盐，按质量百分数计，所述溶剂包括水90～100％、15-冠醚-5 0～10％，其中水不取100％，15-冠醚-5不取0％。
在一种实施方式中，锌电池还包括正极片和负极片，所述负极片采用锌金属箔，所述正极片中的正极活性物质选自二硫化钒(VS2)。具体实施时，正极片可由正极活性物质涂覆在正极集流体上制备得到，进一步地，可将正极活性物质、导电剂、粘结剂按照8:1:1的质量比与溶剂混合制成正极浆料，然后涂覆在钛箔上，干燥后得到正极片。锌金属电池的电芯工艺及具体类型本发明并不限制，例如，电芯工艺可采用卷绕式、叠片式等，具体类型可以为方壳型、圆柱型、软包型或扣式电池等。
下面通过具体的实施例进行详细说明。
实施例1
钠金属电池用液态电解液的制备：
将二乙二醇二甲醚(97.5wt％)、15-冠醚-5(2.5wt％)混合后，得到溶剂；
在溶剂中加入一定量的NaPF6，使用磁力搅拌器进行搅拌，直到溶液变成透明，配制得到NaPF6浓度为1mol/L的钠金属电池用液态电解液。
实施例2
钠金属电池用液态电解液的制备与实施例1的区别在于，将二乙二醇二甲醚(95wt％)、15-冠醚-5(5wt％)混合后，得到溶剂。
实施例3
钠金属电池用液态电解液的制备与实施例1的区别在于，将二乙二醇二甲醚(92.5wt％)、15-冠醚-5(7.5wt％)混合后，得到溶剂。
实施例4
锌金属电池用液态电解液的制备：
将去离子水(99wt％)、15-冠醚-5(1wt％)混合后，得到溶剂；
在溶剂中加入一定量的ZnSO4，使用磁力搅拌器进行搅拌，直到溶液变成透明，配制得到ZnSO4浓度为2mol/L的锌金属电池用液态电解液。
对比例1
钠金属电池用液态电解液的制备与实施例1基本相同，区别仅在于，将二乙二醇二甲醚(100wt％)、15-冠醚-5(0wt％)混合后，得到溶剂。
对比例2
在碳酸丙烯酯中加入一定量的NaPF6，使用磁力搅拌器进行搅拌，配制得到NaPF6浓度为1mol/L的钠金属电池用液态电解液。
对比例3
锌金属电池用液态电解液的制备与实施例4基本相同，区别仅在于，将水(100wt％)、15-冠醚-5(0wt％)混合后，得到溶剂。
测试：
(1)利用半电池对实施例1-3和对比例1、2中的钠金属电池用液态电解液进行测试。
a、半电池的制备如下：
以直径为14mm的铜集流体为工作电极，采用直径为14mm钠箔作为对/参比电极，采用Celgard 2325隔膜和标准的CR2032型电池壳在氩气填充手套箱(H2O<0.1ppm，O2<0.1ppm)内，以正极壳-铜集流体-电解液-隔膜-电解液-钠箔-垫片-弹簧片-负极壳的顺序组装成半电池，最后使用扣式电池封口机封口，组装过程中分别加入60μL实施例1、2、3和对比例1中的钠金属电池用液态电解液。
以直径为14mm的铜集流体为工作电极，采用直径为14mm钠箔作为对/参比电极，采用玻璃纤维隔膜和标准的CR2032型电池壳在氩气填充手套箱(H2O<0.1ppm,O2<0.1ppm)内，以正极壳-铜集流体-电解液-隔膜-电解液-钠箔-垫片-弹簧片-负极壳的顺序组装成半电池，最后使用扣式电池封口机封口，组装过程中分别加入60μL对比例2中的钠金属电池用液态电解液。
b、分别对采用实施例1-3和对比例1中的钠金属电池用液态电解液制备得到的上述半电池进行循环性能测试，测试系统采用新威电池充放电测试仪，测试条件为：首次使用恒电流在铜集流体上沉积6mAh/cm2钠金属，随后使用电流密度2mA/cm2，恒电流沉积-电解容量3mAh/cm2，进行循环性能测试。
结果如图1所示，由实施例2中的钠金属电池用液态电解液制成的半电池可稳定运行循环2400h。而由对比例1中的钠金属电池用液态电解液制成的半电池在300h后出现剧烈的电压振荡，电池失效。同时由实施例1、3中的钠金属电池用液态电解液制成的半电池虽相比于对比例1都有明显的性能提升，但采用溶剂中含有二乙二醇二甲醚(95wt％)和15-冠醚-5(5wt％)的实施例2中的钠金属电池用液态电解液制成的半电池的循环性能最佳，含有二乙二醇二甲醚(95wt％)和15-冠醚-5(5wt％)的实施例2中的钠金属电池用液态电解液能有效地稳定钠金属负极沉积，从而获得优异的电化学性能。
c、分别对采用实施例2、对比例1和2中的钠金属电池用液态电解液制备得到的上述半电池进行循环性能测试，测试系统采用新威电池充放电测试仪，测试条件为：首次使用恒电流在铜集流体上沉积6mAh/cm2钠金属，随后使用电流密度2mA/cm2，恒电流沉积-电解容量3mAh/cm2，进行循环性能测试。测试结果如图2所示，由对比例2(采用酯类电解液)制成半电池在电池循环初期就出现了极化剧增到2.5V，并在几个循环后达到5V，是电池失效的表现。同时由实施例2和对比例1中的钠金属电池用液态电解液制成的半电池的电压充放电曲线稳定，极化很小(0.02V)，并且由图1得知后期循环中实施例2中的钠金属电池用液态电解液的效果最佳，能有效稳定钠金属负极沉积，从而获得优异的电化学性能。
(2)利用全电池对实施例2和对比例1中的钠金属电池用液态电解液进行测试。
a、全电池的制备：
以直径为14mm的钠箔为负极，采用直径为14mm活性物质为NVP的极片为正极(该极片的集流体采用铝箔)，采用Celgard 2325隔膜和标准的CR2032型电池壳在氩气填充手套箱(H2O<0.1ppm,O2<0.1ppm)内，以正极壳—正极—电解液—隔膜—电解液—钠箔—垫片—弹簧片—负极壳的顺序组装成全电池，最后使用扣式电池封口机封口，压力为50Mpa，得到全电池。组装过程中，分别加入60μL实施例2和对比例1中的金属电池用液态电解液。
b、分别对采用实施例2和对比例1中的钠金属电池用液态电解液制备得到的上述全电池进行循环性能测试，测试系统使用新威电池充放电测试仪。测试条件为：电流密度0.2A/g，电压范围2.2-3.9V。
结果如图3所示，采用实施例2中的钠金属电池用液态电解液制成的全电池在稳定运行循环600次后仍有91.1％的容量保持率。而采用对比例2中的钠金属电池用液态电解液制成的全电池在100次循环后出现容量骤降为0mAh/g，电池失效，凸显了实施例2中的钠金属电池用液态电解液对钠金属电池性能的提高。
(3)采用半电池对实施例4和对比例3中的锌金属电池用液态电解液进行测试
a、半电池的制备：
以直径为12mm的锌箔为工作电极，采用直径为12mm的锌箔作为对/参比电极，采用玻璃纤维隔膜和标准的CR2032型电池壳组装成电池，以正极壳—锌箔—电解液—隔膜—电解液—锌箔—垫片—弹簧片—负极壳的顺序组装成半电池，最后使用扣式电池封口机封口，得到半电池组装过程中分别加入170μL实施例4和对比例2中的锌金属电池用液态电解液。
b、分别对采用实施例4和对比例3中的锌金属电池用液态电解液制成的半电池进行循环稳定性测试。测试系统使用新威电池充放电测试仪，测试条件为电流密度2mA/cm2，恒电流沉积-电解容量2mAh/cm2。
结果如图4所示，采用实施例4中的锌金属电池用液态电解液制成的半电池可稳定运行循环较长时间，相比于采用对比例3中的锌金属电池用液态电解液制成的半电池稳定性好，有明显的性能提升。
(4)对采用实施例4和对比例3中的锌金属电池用液态电解液制成的半电池循环后的产物进行XRD测试。
分别对采用实施例4和对比例3中的锌金属电池用液态电解液制成的半电池，在电流密度2mA/cm2，恒电流沉积-电解容量2mAh/cm2条件下循环10圈后进行拆解，通过X射线衍射分别对两者的锌箔表面生成物进行定性分析。结果图5所示，通过XRD测试可知，采用实施例4中的锌金属电池用液态电解液制成的半电池测试后锌箔表面副产物Zn4(OH)6SO4·5H2O的信号明显低于对比例3，这表明实施例4中的锌金属电池用液态电解液对于锌金属电池副产物的产生有很明显的抑制作用，从而可以改善电池性能。
综上所述，本发明中在金属电池用液态电解液的溶剂中加入冠醚这一种添加剂，即可提高金属电池(如钠金属电池或锌金属电池)的循环寿命及安全性。具体地，液态电解液中的冠醚与金属离子的配位能力改变了金属离子的溶剂化结构。对于钠金属电池，冠醚与钠离子的配位能力改变了钠离子的溶剂化结构，冠醚/钠离子的配合物吸引钠盐中的阴离子，增加阴离子含量，有利于形成稳定的SEI膜，进而有利于负极处钠的均匀成核和生长，减少钠枝晶的生成，减少电池短路的发生，从而实现钠金属电池的长循环寿命及高安全性。对于锌金属电池，冠醚与锌离子的配位能力改变了锌离子的溶剂化结构，减少溶剂化结构中水的含量，从而减少锌负极处在循环过程中由于水发生的副反应，抑制析氢反应的发生，从而实现锌金属电池的长循环寿命及高安全性。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种金属电池用液态电解液，其特征在于，包括溶剂和金属盐，所述溶剂包括冠醚，所述金属盐为钠盐或锌盐。
2.根据权利要求1所述的金属电池用液态电解液，其特征在于，当所述金属盐为钠盐时，所述溶剂还包括醇醚类有机溶剂；
所述溶剂中，所述醇醚类有机溶剂的质量含量为90～100％，所述冠醚的质量含量为0～10％；其中，所述醇醚类有机溶剂的质量含量不为100％，所述冠醚的质量含量不为0％。
3.根据权利要求1所述的金属电池用液态电解液，其特征在于，当所述金属盐为锌盐时，所述溶剂还包括水；
所述溶剂中，所述水的质量含量为90～100％，所述冠醚的质量含量为0～10％；其中，所述水的质量含量不为100％，所述冠醚的质量含量不为0％。
4.根据权利要求1所述的金属电池用液态电解液，其特征在于，所述金属电池用液态电解液中，所述钠盐的浓度为0.8～1.5mol/L。
5.根据权利要求1所述的金属电池用液态电解液，其特征在于，所述钠盐选自六氟磷酸钠、四氟硼酸钠、双(三氟甲基磺酰基)亚胺钠、高氯酸钠、双氟磺酰亚胺钠、三氟甲基磺酸钠中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的金属电池用液态电解液，其特征在于，所述金属电池用液态电解液中，所述锌盐的浓度为1～2.5mol/L。
7.根据权利要求1所述的金属电池用液态电解液，其特征在于，所述锌盐选自硫酸锌、氯化锌、醋酸锌、高氯酸锌、三氟甲基磺酰亚胺锌、三氟甲烷磺酸锌中的至少一种。
8.一种如权利要求1-7任一项所述的金属电池用液态电解液的制备方法，其特征在于，包括步骤：
将溶剂和金属盐混合，得到所述金属电池用液态电解液；
所述溶剂包括冠醚，所述金属盐为钠盐或锌盐。
9.一种金属电池，其特征在于，所述金属电池包括权利要求1-7任一项所述的金属电池用液态电解液。
10.根据权利要求9所述的金属电池，其特征在于，所述金属电池为钠金属电池或锌金属电池。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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