CN116544530A - 一种水系锌离子电池及其电解液 - Google Patents

一种水系锌离子电池及其电解液 Download PDF

Info

Publication number
CN116544530A
CN116544530A CN202310537121.9A CN202310537121A CN116544530A CN 116544530 A CN116544530 A CN 116544530A CN 202310537121 A CN202310537121 A CN 202310537121A CN 116544530 A CN116544530 A CN 116544530A
Authority
CN
China
Prior art keywords
zinc
electrolyte
ion battery
zinc ion
battery
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202310537121.9A
Other languages
English (en)
Inventor
王骞
卢田田
管理香
侯利锋
杜华云
刘笑达
卫欢
卫英慧
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Taiyuan University of Technology
Original Assignee
Taiyuan University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Taiyuan University of Technology filed Critical Taiyuan University of Technology
Priority to CN202310537121.9A priority Critical patent/CN116544530A/zh
Publication of CN116544530A publication Critical patent/CN116544530A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/36—Accumulators not provided for in groups H01M10/05-H01M10/34
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/4235—Safety or regulating additives or arrangements in electrodes, separators or electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0002—Aqueous electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0088—Composites
    • H01M2300/0091—Composites in the form of mixtures
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

本发明公开了一种水系锌离子电池及其电解液，包括电解液、正极、负极与隔膜，其特征在于：所述电解液包含锌盐、水溶剂和含多个配位基团的生物质氨基酸作为添加剂，所述正极为不锈钢箔，所述负极为锌片，所述隔膜为玻璃纤维隔膜，本发明与现有技术相比的优点在于：本发明的水系锌离子电池电解液使得锌金属负极表面平整，无明显的针状凸起，从根本上抑制了锌枝晶的产生，有效地缓解了锌负极的腐蚀和钝化，显著提高了水系锌离子电池的循环寿命与安全性能，此外，本发明所提供的电解液添加剂价格低廉、来源广泛且绿色环保，有助于开发性能优异、安全环保且成本低廉的水系锌离子电池电解液及水系锌离子电池。

Description

一种水系锌离子电池及其电解液
技术领域
本发明涉及电池技术领域，具体是指一种水系锌离子电池及其电解液。
背景技术
近年来，锂离子电池因其较高的能量密度、无记忆效应、长的循环寿命、轻巧便携等优点被广泛应用于可移动设备、电动汽车以及大规模的储能系统中，但是长期存在的有机电解液导致的安全问题、有限的锂资源以及较高的成本严重地限制了金属基二次电池的发展，新一代的以水系锌离子电池为代表的多价离子电池凭借其来源丰富、价格低廉、化学稳定性好、氧化还原电位低(-0.76Vvs.SHE)等优点，被认为是未来大规模储能系统中最有潜力的候选者。
但是锌金属负极存在锌枝晶生长和腐蚀的缺陷，以及由于热力学活性导致的钝化问题，在充放电过程中，锌枝晶的生成源于锌负极表面发生得不均匀的锌离子的剥离/沉积过程，通常锌枝晶呈针状，其尖端在后续反应中充当电荷中心，引发尖端效应，带来持续的电荷积累，进一步加剧锌枝晶的生长，导致容量衰减，最终引发短路。锌腐蚀的过程主要归因于电化学反应，即在放电时，锌会发生剥离，生成可溶的Zn2+，溶解到液相电解质中。同时，在局部区域发生的析氢副反应会导致该区域OH－浓度升高。Zn2+与OH-、SO42－发生的副反应会生成氢氧化锌及碱式硫酸锌等副产物，这些副产物会钝化锌负极，同时，由于所消耗的电解质是有限的，这种不可逆的腐蚀和钝化往往会导致电池循环性能的急剧下降。
为了解决锌的不均匀剥离/沉积导致的锌枝晶和自腐蚀等问题，目前的最为常见的方法大多集中在锌负极表面地修饰和改性，即在锌负极表面涂覆一层非常薄的材料来影响固液界面反应，例如：将纳米Au颗粒分散在锌负极表面作为锌离子沉积“种子”，即锌离子的非均相形核中心，引导负极上形成更小、更均匀的锌阵列。在反复循环过程中，形成的高密度锌阵列取代了大而不均匀的锌枝晶，有效抑制了锌电极存在的“尖端效应”，解决了锌枝晶的生长而引起的短路问题，但是，上面提到的方法都并不能根本上解决溶液不均匀的锌沉积问题，不能从根本上防止锌枝晶的形成，此外还忽略了锌电极的腐蚀问题，它会严重影响电池的循环寿命及容量保持能力。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种有效地解决锌负极的腐蚀和锌枝晶等问题，并能显著提高循环稳定性和电池的使用寿命的一种水系锌离子电池及其电解液。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种水系锌离子电池及其电解液，包括电解液、正极、负极与隔膜，其特征在于：所述电解液包含锌盐、水溶剂和含多个配位基团的生物质氨基酸作为添加剂，所述正极为不锈钢箔，所述负极为锌片，所述隔膜为玻璃纤维隔膜。
作为改进，所述锌盐选自硫酸锌、氯化锌、硝酸锌、三氟甲烷磺酸锌、乙酸锌中的一种或多种。
作为改进，所述锌盐的浓度为1-3mol/L。
作为改进，所述含多个配位基团的生物质氨基酸作为添加剂为可选自苯丙氨酸、丝氨酸、亮氨酸、精氨酸、组氨酸、甲硫氨酸中的一种或多种。
作为改进，所述添加剂的质量相对于所述水溶剂体积的比值为0.5-10mg/mL。
作为改进，所述正极涂覆有五氧化二钒。
本发明的有益效果是：本发明的水系锌离子电池电解液使得锌金属负极表面平整，无明显的针状凸起，从根本上抑制了锌枝晶的产生，有效地缓解了锌负极的腐蚀和钝化，显著提高了水系锌离子电池的循环寿命与安全性能，此外，本发明所提供的电解液添加剂价格低廉、来源广泛且绿色环保，有助于开发性能优异、安全环保且成本低廉的水系锌离子电池电解液及水系锌离子电池。
附图说明
图1是本发明一种水系锌离子电池及其电解液在常温(25℃)下不含添加剂的常规三氟甲烷磺酸锌电解液中经过30周循环后的锌负极表面沉积形貌图，充放电的电流密度为1mAcm-2，充放电容量为1mAhcm-2。
图2是本发明一种水系锌离子电池及其电解液在常温(25℃)下含有甲硫氨酸添加剂下的三氟甲烷磺酸锌电解液中经过30周循环后的锌负极表面沉积形貌图，充放电的电流密度为1mA·cm-2，充放电容量为1mAh·cm-2。
图3是本发明一种水系锌离子电池及其电解液在常温下不含添加剂的常规三氟甲烷磺酸锌电解液中的时间电压曲线，充放电的电流密度为1mA·cm-2，充放电容量为1mAh·cm-2；
图4是本发明一种水系锌离子电池及其电解液在常温下含有甲硫氨酸添加剂下的三氟甲烷磺酸锌电解液中的时间电压曲线，充放电的电流密度为1mA·cm-2，充放电容量为1mAh·cm-2。
图5是本发明一种水系锌离子电池及其电解液在不含有甲硫氨酸添加剂下的三氟甲烷磺酸锌电解液下，锌||五氧化二钒全电池循环300周后的容量保持率。
图6是本发明一种水系锌离子电池及其电解液在含有甲硫氨酸添加剂下的三氟甲烷磺酸锌电解液中循环300周后的容量保持率。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
一种水系锌离子电池及其电解液，包括电解液、正极、负极与隔膜，其特征在于：所述电解液包含锌盐、水溶剂和含多个配位基团的生物质氨基酸作为添加剂，所述正极为不锈钢箔，正极涂覆有五氧化二钒，正极材料的制备方法为：使用RetschPM100以400rpm球磨V2O5粉末20小时，将V2O5、导电炭黑和聚偏二氟乙烯(PVDF)以7∶2∶1的重量混合，以N－甲基吡咯烷酮为溶剂，研磨均匀后涂覆在钛箔上，干燥后备用，所述负极为锌片，所述隔膜为玻璃纤维隔膜。
所述锌盐选自硫酸锌、氯化锌、硝酸锌、三氟甲烷磺酸锌、乙酸锌中的一种或多种，所述锌盐的浓度为1-3mol/L，当所述锌盐的添加量低于1mol/L时，会导致电解液中锌离子的数目减少，从而导致电解液传导锌离子能力下降，影响电解液的离子电导率，进一步影响水系锌离子电池的电化学性能；当所述锌盐的含量高于3mol/L时，则会受限制于锌盐的溶解度，此外，当锌盐的添加量过高时，电解液的黏度亦会进一步增加，又会影响到电解液对锌负极的浸润性，进一步会影响电池的循环性能。通过采用特定量的上述锌盐，本发明使得锌金属负极表面平整，无明显的针状凸起，从根本上抑制了锌枝晶的产生，有效地缓解了锌负极的腐蚀和钝化，显著提高了水系锌离子电池的循环寿命与安全性能。
所述含多个配位基团的生物质氨基酸作为添加剂为可选自苯丙氨酸、丝氨酸、亮氨酸、精氨酸、组氨酸、甲硫氨酸中的一种或多种，所述添加剂的质量相对于所述水溶剂体积的比值为0.5-10mg/mL，当所述含多个配位基团的甲硫氨酸添加剂的添加量低于0.5mg/mL时，会因为添加剂的浓度太低，从而导致在锌金属负极表面吸附的添加剂分子数目较少，从而达不到抑制锌枝晶产生和副反应发生的效果，当所述含多个配位基团的甲硫氨酸添加剂的添加量高于10mg/mL时，则又会受限制于添加剂溶解度的影响，从而增加锌金属负极的界面阻抗，同时，还会造成添加剂的浪费，增加成本。
全电池组装：将五氧化二钒正极、玻璃纤维隔膜、锌箔负极及上述电解液组装成锌离子全电池。
充放电测试条件为：采用新威电池测试系统，进行长时间的充放电循环测试，直到电池发生短路，记录循环时间。充放电的电流密度是1mA·cm-2，充放电容量控制为1mAh·cm-2，测试温度控制在25℃。
采用锌||五氧化二钒全电池来表征实际使用效果。测试条件为：采用新威电池测试系统，进行长时间的充放电循环测试，记录容量保持率，充放电的电流密度是100—2000mA·g-1，测试温度控制在25℃。
SEM测试：采用日本生产的HitachiS-4800扫描电镜进行锌的表面形貌的观察，测试电压为10kV，电流为10μA，由观察结果得到锌金属表面平整度和枝晶形貌的评价，评价标准为：◎：表面平整度优异无枝晶；○：表面平整度良好有微小的凸起；△：表面平整度不佳并且有明显的枝晶产生；×：表面平整度很差，出现大量的枝晶。
以下结合实施例，进一步阐述本发明，但这些实施例仅限于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。
对比例1
结合附图1及附图3，将3mol三氟甲烷磺酸锌(Zn(OTF)2)溶于去离子水中，配制成3mol/L的电解液，搅拌溶解至形成均一的溶液。用上述的电解液组装成锌对称电池，并且对电池进行充放电测试。电流密度和容量分别控制为1mA·cm-2和1mAh·cm-2，对称电池循环30周后锌片的SEM图如图1所示，其锌对称电池的长循环性能如图3所示。
对比例2
将3mol七水合硫酸锌(ZnSO4·7H2O)溶于去离子水中，配制成3mol/L的电解液，搅拌溶解至形成均一的溶液。用上述的电解液组装成锌对称电池，并且对电池进行充放电测试。电流密度和容量分别控制为1mA·cm-2和1mAh·cm-2。
对比例3
将3mol氯化锌(ZnCl2)溶于去离子水中，配制成3mol/L的电解液，搅拌溶解至形成均一的溶液。用上述的电解液组装成锌对称电池，并且对电池进行充放电测试。电流密度和容量分别控制为1mA·cm-2和1mAh·cm-2。
实施例1
将3mol三氟甲烷磺酸锌(Zn(OTF)2)溶于去离子水中，配制成3mol/L的电解液，再加入甲硫氨酸，搅拌溶解至形成均一的溶液(甲硫氨酸的浓度为0.5mg/mL)。用上述的电解液组装成锌对称电池，并且对电池进行充放电测试。电流密度和容量分别控制为1mA·cm-2和1mAh·cm-2。
实施例2
将3mol三氟甲烷磺酸锌(Zn(OTF)2)溶于去离子水中，配制成3mol/L的电解液，再加入甲硫氨酸，搅拌溶解至形成均一的溶液(甲硫氨酸的浓度为1mg/mL)。用上述的电解液组装成锌对称电池，并且对电池进行充放电测试。电流密度和容量分别控制为1mA·cm-2和1mAh·cm-2。
实施例3
结合附图4，将3mol三氟甲烷磺酸锌(Zn(OTF)2)溶于去离子水中，配制成3mol/L的电解液，再加入甲硫氨酸，搅拌溶解至形成均一的溶液(甲硫氨酸的浓度为2.5mg/mL)。用上述的电解液组装成锌对称电池，并且对电池进行充放电测试。电流密度和容量分别控制为1mA·cm-2和1mAh·cm-2。对称电池循环30周后锌片的SEM图如图2所示，锌对称电池的长循环性能如图4所示。
实施例4
将3mol三氟甲烷磺酸锌(Zn(OTF)2)溶于去离子水中，配制成3mol/L的电解液，再加入甲硫氨酸，搅拌溶解至形成均一的溶液(甲硫氨酸的浓度为5mg/mL)。用上述的电解液组装成锌对称电池，并且对电池进行充放电测试。电流密度和容量分别控制为1mA·cm-2和1mAh·cm-2。
实施例5
将3mol七水合硫酸锌(ZnSO4·7H2O)溶于去离子水中，配制成3mol/L的电解液，再加入甲硫氨酸，搅拌溶解至形成均一的溶液(甲硫氨酸的浓度为0.5mg/mL)。用上述的电解液组装成锌对称电池，并且对电池进行充放电测试。电流密度和容量分别控制为1mA·cm-2和1mAh·cm-2。
实施例6-8
依据实施例5制备电解液，只是将其中甲硫氨酸添加剂的含量分别控制为1.0mg/mL，2.5mg/mL，5mg/mL，用上述的电解液组装成锌锌对称电池，并且对电池进行充放电测试。电流密度和容量分别控制为1mA·cm-2和1mAh·cm-2。
实施例9
将3mol氯化锌(ZnCl2)溶于去离子水中，配制成3mol/L的电解液，再加入甲硫氨酸，搅拌溶解至形成均一的溶液(甲硫氨酸的浓度为0.5mg/mL)。用上述的电解液组装成锌对称电池，并且对电池进行充放电测试。电流密度和容量分别控制为1mA·cm-2和1mAh·cm-2。
实施例10-12
依据实施例9制备电解液，只是将其中甲硫氨酸添加剂的含量分别控制为0.5mg/mL，2.5mg/mL，5mg/mL，用上述的电解液组装成锌对称电池，并且对电池进行充放电测试。电流密度和容量分别控制为1mA·cm-2和1mAh·cm-2。
实施例13-14
分别依据实施例2和3制备电解液，只是将其中甲硫氨酸添加剂更换为苯丙氨酸添加剂，其他条件不变，用上述的电解液组装成锌对称电池，并且对电池进行充放电测试。电流密度和容量分别控制为1mA·cm-2和1mAh·cm-2。
实施例15-16
分别依据实施例2和3制备电解液，只是将其中甲硫氨酸添加剂更换为丝氨酸添加剂，其他条件不变，用上述的电解液组装成锌对称电池，并且对电池进行充放电测试。电流密度和容量分别控制为1mA·cm-2和1mAh·cm-2。
实施例17-20
依据实施例3制备电解液，只是将电解液锌盐浓度分别更换为0.5mol/L、1mol/L、2mol/L、5mol/L，用上述的电解液组装成锌对称电池，并且对电池进行充放电测试。电流密度和容量分别控制为1mA·cm-2和1mAh·cm-2。
实施例21-26
依据实施例3制备电解液，只是将添加剂浓度分别更换为0.01mg/mL、0.05mg/mL、0.1mg/mL、0.2mg/mL、10mg/mL、20mg/mL，用上述的电解液组装成锌对称电池，并且对电池进行充放电测试。电流密度和容量分别控制为1mA·cm-2和1mAh·cm-2。
将对比例1-3和实施例1-26的充放电测试结果和整平效果示于下表1中。
对比例4：
将3mol三氟甲烷磺酸锌(Zn(OTF)2)溶于去离子水中，配制成3mol/L的电解液，搅拌溶解至形成均一的溶液。将V2O5、导电炭黑和聚偏二氟乙烯(PVDF)以7∶2∶1的重量混合，以N－甲基吡咯烷酮为溶剂，研磨均匀后涂覆在钛箔上，经过干燥、裁片，作为五氧化二钒正极。全电池组装：将五氧化二钒正极、玻璃纤维隔膜、锌箔负极及上述电解液组装成锌离子全电池。采用新威电池测试系统，进行长时间的充放电循环测试，记录循环300周后的容量保持率，充放电的电流密度是500mA·g-1，测试温度控制在25℃，充电的电压范围是0.2V～1.6V，放电的电压范围是1.6V～0.2V。
实施例27：
将3mol三氟甲烷磺酸锌(Zn(OTF)2)溶于去离子水中，配制成3mol/L的电解液，再加入甲硫氨酸，搅拌溶解至形成均一的溶液(甲硫氨酸的浓度为0.5mg/mL)。将V2O5、导电炭黑和聚偏二氟乙烯(PVDF)以7∶2∶1的重量混合，以N－甲基吡咯烷酮为溶剂，研磨均匀后涂覆在钛箔上，经过干燥、裁片，作为五氧化二钒正极。全电池组装：将五氧化二钒正极、玻璃纤维隔膜、锌箔负极及上述电解液组装成锌离子全电池。采用新威电池测试系统，进行长时间的充放电循环测试，记录循环300周后的容量保持率，充放电的电流密度是500mA·g-1，测试温度控制在25℃，充电的电压范围是0.2V～1.6V，放电的电压范围是1.6V～0.2V。
实施例28：
将3mol三氟甲烷磺酸锌(Zn(OTF)2)溶于去离子水中，配制成3mol/L的电解液，再加入甲硫氨酸，搅拌溶解至形成均一的溶液(甲硫氨酸的浓度为1.0mg/mL)。将V2O5、导电炭黑和聚偏二氟乙烯(PVDF)以7∶2∶1的重量混合，以N－甲基吡咯烷酮为溶剂，研磨均匀后涂覆在钛箔上，经过干燥、裁片，作为五氧化二钒正极。全电池组装：将五氧化二钒正极、玻璃纤维隔膜、锌箔负极及上述电解液组装成锌离子全电池。采用新威电池测试系统，进行长时间的充放电循环测试，记录循环300周后的容量保持率，充放电的电流密度是500mA·g-1，测试温度控制在25℃，充电的电压范围是0.2V～1.6V，放电的电压范围是1.6V～0.2V。
实施例29：
结合附图6，将3mol三氟甲烷磺酸锌(Zn(OTF)2)溶于去离子水中，配制成3mol/L的电解液，再加入甲硫氨酸，搅拌溶解至形成均一的溶液(甲硫氨酸的浓度为2.5mg/mL)。将V2O5、导电炭黑和聚偏二氟乙烯(PVDF)以7∶2∶1的重量混合，以N－甲基吡咯烷酮为溶剂，研磨均匀后涂覆在钛箔上，经过干燥、裁片，作为五氧化二钒正极。全电池组装：将五氧化二钒正极、玻璃纤维隔膜、锌箔负极及上述电解液组装成锌离子全电池。采用新威电池测试系统，进行长时间的充放电循环测试，记录循环300周后的容量保持率(如图6所示)，充放电的电流密度是500mA·g-1，测试温度控制在25℃，充电的电压范围是0.2V～1.6V，放电的电压范围是1.6V～0.2V。
实施例30：
将3mol三氟甲烷磺酸锌(Zn(OTF)2)溶于去离子水中，配制成3mol/L的电解液，再加入甲硫氨酸，搅拌溶解至形成均一的溶液(甲硫氨酸的浓度为5.0mg/mL)。将V2O5、导电炭黑和聚偏二氟乙烯(PVDF)以7∶2∶1的重量混合，以N－甲基吡咯烷酮为溶剂，研磨均匀后涂覆在钛箔上，经过干燥、裁片，作为五氧化二钒正极。全电池组装：将五氧化二钒正极、玻璃纤维隔膜、锌箔负极及上述电解液组装成锌离子全电池。采用新威电池测试系统，进行长时间的充放电循环测试，记录循环300周后的容量保持率，充放电的电流密度是500mA·g-1，测试温度控制在25℃，充电的电压范围是0.2V～1.6V，放电的电压范围是1.6V～0.2V。
实施例31-32：
分别依据实施例28和29制备电解液，只是将其中甲硫氨酸添加剂更换为苯丙氨酸添加剂，其他条件不变，同时制备组装及测试条件均不改变。
实施例33-34：
分别依据实施例28和29制备电解液，只是将其中甲硫氨酸添加剂更换为丝氨酸添加剂，其他条件不变，同时制备组装及测试条件均不改变。
实施例35-42：
分别依据实施例28和29制备电解液，只是将其中充放电的电流密度更换为100mA·g-1、200mA·g-1、1000mA·g-1、2000mA·g-1，其他条件不变。
将对比例4和实施例27-42的充放电测试结果示于下表2中
结合附图1至附图4，通过对比例1的循环性能图3以及实施例3的循环性能图4进行对比，发现电解液在没有加入任何添加剂时，对称电池的循环寿命很短，而且经过30周循环后，拆开电池，将锌片进行扫描电镜下的观察(图1)，发现锌表面具有严重的腐蚀行为，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，从而影响电池的循环寿命和安全性能。相反，实施3例中，在含有甲硫氨酸添加剂的电解液中，经过30周循环后，锌负极的表面形貌得到了明显的改善，负极具有整洁的表面，产生了更均匀的锌涂层(图2)，这表明甲硫氨酸添加剂的引入，有效地改善了金属锌负极的表面形貌，抑制了锌枝晶的产生，从而提高了电池的循环寿命和安全性能。对比长循环下电池的测试结果，发现在含有甲硫氨酸添加剂的电解液中，锌锌对称电池的循环寿命得到了非常大的提高。
将实施例1和对比例1的电性能循环数据(即循环时间)对比后发现，在本发明提到的水系锌离子电池用电解液中使用的含多个配位基团的生物质氨基酸作为添加剂，含有氨基、羧基等配位基团的甲硫氨酸添加剂在提高双锌对称电池循环寿命上的效果明显高于其他含多个配位基团的生物质氨基酸的添加剂。这主要是因为，氨基和硫基拥有相对较大的吸附能，会优先吸附在锌的表面，有利于形核位点的形成，促进锌离子在锌负极表面的均匀沉积，从而抑制枝晶的生长；羧基是具有较强电负性的含氧官能团，可以与水分子形成氢键，调节锌离子周围的配位环境，抑制水分子的活度，从而达到抑制电池循环过程中的腐蚀反应，减少副反应的发生，因此其电池的电化学性能最佳。
结合附图5及附图6，将实施例27-30和对比例4(图5)的电性能循环数据(即循环300周后的容量保持率)对比可以发现电解液在没有加入任何添加剂时，全电池的容量在达到峰值后迅速衰减，300周后容量保持率只有23.2％，当加入甲硫氨酸添加剂后，全电池的容量保持率均有明显的提高，当加入最优浓度时(对比例29)，全电池在循环300周后仍有82.3％的高容量保持率(图6)。表明甲硫氨酸可以明显抑制副反应的发生，进而提高电池的电化学性能。
以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，实际的结构并不局限于此。总而言之，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性地设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种水系锌离子电池及其电解液，包括电解液、正极、负极与隔膜，其特征在于：所述电解液包含锌盐、水溶剂和含多个配位基团的生物质氨基酸作为添加剂，所述正极为不锈钢箔，所述负极为锌片，所述隔膜为玻璃纤维隔膜。
2.根据权利要求1所述的一种水系锌离子电池及其电解液，其特征在于：所述锌盐选自硫酸锌、氯化锌、硝酸锌、三氟甲烷磺酸锌、乙酸锌中的一种或多种。
3.根据权利要求2所述的一种水系锌离子电池及其电解液，其特征在于：所述锌盐的浓度为1-3mol/L。
4.根据权利要求1所述的一种水系锌离子电池及其电解液，其特征在于：所述含多个配位基团的生物质氨基酸作为添加剂为可选自苯丙氨酸、丝氨酸、亮氨酸、精氨酸、组氨酸、甲硫氨酸中的一种或多种。
5.根据权利要求4所述的一种水系锌离子电池及其电解液，其特征在于：所述添加剂的质量相对于所述水溶剂体积的比值为0.5-10mg/mL。
6.根据权利要求1所述的一种水系锌离子电池及其电解液，其特征在于：所述正极涂覆有五氧化二钒。
CN202310537121.9A 2023-05-13 2023-05-13 一种水系锌离子电池及其电解液 Pending CN116544530A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310537121.9A CN116544530A (zh) 2023-05-13 2023-05-13 一种水系锌离子电池及其电解液

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310537121.9A CN116544530A (zh) 2023-05-13 2023-05-13 一种水系锌离子电池及其电解液

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116544530A true CN116544530A (zh) 2023-08-04

Family

ID=87455725

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310537121.9A Pending CN116544530A (zh) 2023-05-13 2023-05-13 一种水系锌离子电池及其电解液

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116544530A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117855631A (zh) * 2024-03-05 2024-04-09 浙江瀚为科技有限公司 一种钒基水系锌离子电池及其多元电解液制备方法
CN117855631B (zh) * 2024-03-05 2024-05-24 浙江瀚为科技有限公司 一种钒基水系锌离子电池及其多元电解液制备方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117855631A (zh) * 2024-03-05 2024-04-09 浙江瀚为科技有限公司 一种钒基水系锌离子电池及其多元电解液制备方法
CN117855631B (zh) * 2024-03-05 2024-05-24 浙江瀚为科技有限公司 一种钒基水系锌离子电池及其多元电解液制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113054165B (zh) 一种锌二次电池的负极极片及其制备方法与应用
CN112086694A (zh) 一种提高中性锌锰电池可逆性的水系电解液及其制备方法
CN112467234B (zh) 一种锌二次电池用电解液及其制备方法和用途
CN112635698B (zh) 一种锌二次电池的负极极片及其制备方法和用途
CN114388901A (zh) 一种水系锌离子电池电解液以及电池
CN114122402A (zh) 锂离子电池正极补锂添加剂、正极片、其制备方法和用途
CN114864858A (zh) 一种具有界面保护层的锌电池金属负极及其制备方法和应用
CN111900351A (zh) 锂硫电池用复合碳材料、制备方法及锂硫电池
CN113644326B (zh) 一种水系锌离子电池及化成方法
CN109494400A (zh) 双氟磺酰亚胺锂/1,3-二氧五环锂电池凝胶电解液及其制备方法和电池
CN112687967A (zh) 锌离子电池及应用其的用电装置
CN116111208A (zh) 一种水系锌离子电池电解液及含有其的水系锌离子电池
CN116315158A (zh) 羧酸酯类化合物作为水系电解液添加剂的应用、含该添加剂的电解液及锌离子电池
CN116544530A (zh) 一种水系锌离子电池及其电解液
CN113937254A (zh) 电池正极补锂添加剂、正极片、其制备方法及锂离子电池
CN109273670A (zh) 一种具有高比表面介孔保护膜的金属锂负极及其制备方法
CN109698323B (zh) 一种用于锂离子电池的预锂化负极材料及其制备方法
CN110265720A (zh) 一种高浓度双氟磺酰亚胺锂-硝酸锂-1，3-二氧五环电解液及其制备方法和相应的电池
CN109950484A (zh) 制备富锂复合正极材料的方法、正极、电池
CN112290093B (zh) 锂盐电解液添加剂及其制备方法、锂离子电解液、锂离子电池
CN110061308B (zh) 一种基于氰化框架复合材料的水系电池及其制备方法
CN116895851A (zh) 一种可抑制副反应和枝晶的水系锌离子电池电解液
CN115548469A (zh) 一种水系锌金属电池电解液及其应用
CN116137321A (zh) 正极材料及其制备方法和应用
CN117293422A (zh) 一种诱导水系锌离子电池锌负极均匀沉积的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination