CN116895851A - 一种可抑制副反应和枝晶的水系锌离子电池电解液 - Google Patents
一种可抑制副反应和枝晶的水系锌离子电池电解液 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116895851A CN116895851A CN202311104249.2A CN202311104249A CN116895851A CN 116895851 A CN116895851 A CN 116895851A CN 202311104249 A CN202311104249 A CN 202311104249A CN 116895851 A CN116895851 A CN 116895851A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- zinc
- electrolyte
- ion battery
- ctab
- battery electrolyte
- 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
Links
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 title claims abstract description 100
- PTFCDOFLOPIGGS-UHFFFAOYSA-N Zinc dication Chemical compound [Zn+2] PTFCDOFLOPIGGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 49
- 210000001787 dendrite Anatomy 0.000 title claims abstract description 17
- 238000007086 side reaction Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 title claims abstract description 9
- LZZYPRNAOMGNLH-UHFFFAOYSA-M Cetrimonium bromide Chemical compound [Br-].CCCCCCCCCCCCCCCC[N+](C)(C)C LZZYPRNAOMGNLH-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 53
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 41
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims abstract description 17
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- NWONKYPBYAMBJT-UHFFFAOYSA-L zinc sulfate Chemical compound [Zn+2].[O-]S([O-])(=O)=O NWONKYPBYAMBJT-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 12
- 229960001763 zinc sulfate Drugs 0.000 claims abstract description 12
- 229910000368 zinc sulfate Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 22
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 claims description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 5
- 239000011701 zinc Substances 0.000 abstract description 90
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 45
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 abstract description 41
- 239000000654 additive Substances 0.000 abstract description 9
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 abstract description 9
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 40
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 29
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 27
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 15
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 15
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 12
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 10
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 7
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 7
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 7
- WJZHMLNIAZSFDO-UHFFFAOYSA-N manganese zinc Chemical compound [Mn].[Zn] WJZHMLNIAZSFDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 6
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 6
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 6
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 229940021013 electrolyte solution Drugs 0.000 description 5
- 230000001351 cycling effect Effects 0.000 description 4
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 3
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 description 3
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 3
- 238000001237 Raman spectrum Methods 0.000 description 2
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 229940099596 manganese sulfate Drugs 0.000 description 2
- 235000007079 manganese sulphate Nutrition 0.000 description 2
- 239000011702 manganese sulphate Substances 0.000 description 2
- SQQMAOCOWKFBNP-UHFFFAOYSA-L manganese(II) sulfate Chemical compound [Mn+2].[O-]S([O-])(=O)=O SQQMAOCOWKFBNP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 2
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 238000007614 solvation Methods 0.000 description 2
- 239000002000 Electrolyte additive Substances 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MKYBYDHXWVHEJW-UHFFFAOYSA-N N-[1-oxo-1-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)propan-2-yl]-2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidine-5-carboxamide Chemical compound O=C(C(C)NC(=O)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F)N1CC2=C(CC1)NN=N2 MKYBYDHXWVHEJW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000010406 cathode material Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 238000004070 electrodeposition Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 239000003273 ketjen black Substances 0.000 description 1
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 239000005486 organic electrolyte Substances 0.000 description 1
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 1
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
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
- H01M2300/00—Electrolytes
- H01M2300/0002—Aqueous electrolytes
- H01M2300/0005—Acid electrolytes
- H01M2300/0011—Sulfuric acid-based
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
本发明公开了一种可抑制副反应和枝晶的水系锌离子电池电解液，其包括硫酸锌ZnSO4、去离子水和十六烷基三甲基溴化铵CTAB。本发明使用含有CTAB添加剂的电解液可以有效减少电池副反应的发生，提高金属锌负极的可逆性，使电池具有寿命长、性能优异、安全性高的优势，且本发明的制备方法简单、安全性好、所用原料廉价易得，易于大规模生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种可抑制副反应和枝晶的水系锌离子电池电解液，属于水系锌离子电池电解质添加剂领域。
背景技术
规模化储能已成为当前社会发展的必需，能源在人们生活中的地位越来越重要，因此寻求可再生的能源特别重要，发展具备优异电化学性能并且清洁环保的二次电池储能技术是面对当今电子产品快速升级换代的必然。锂离子电池(LIBs)具有高循环寿命、高能量密度、成熟的技术等优点，大规模地应用于新能源汽车和携带式电子设备等领域。但是，随着锂矿过度开发，资源紧张，导致LIBs成本越来越高。与锂离子电池不同，水系锌离子电池由于锌资源含量丰富，与锂离子电池有着类似的电化学性能，激发了人们对锌离子电池的研究兴趣。水系锌离子电池电解液在环保性、价格、安全性等方面比有机系电解液有着很大优势，但是副反应频发、枝晶恶化严重等原因限制了水系锌离子电池的发展，因此研究可抑制副反应和枝晶的水系锌离子电池电解液至关重要。
发明内容
本发明针对上述现有技术的问题，提供了一种可抑制副反应和枝晶的水系锌离子电池电解液，旨在提高电池的电化学性能和寿命。
本发明为实现目的，采用如下技术方案：
一种可抑制副反应和枝晶的水系锌离子电池电解液，其特点在于：所述水系锌离子电池电解液包括硫酸锌ZnSO4、去离子水和十六烷基三甲基溴化铵CTAB。十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)是一种表面活性剂，它可以吸附在锌负极表面调控锌沉积的方向，此外CTA+在锌负极表面可以通过静电作用使得锌沉积行为缓慢，从而抑制枝晶的生长。CTAB还可以以接触离子对的形式破坏Zn2+周围6个水分子的稳定溶剂化层结构，从而破坏水分子中原有水分子间的氢键网络，通过降低水的活性来减少充放电过程中发生的析氢反应，从而避免了局部pH值的变化和副产物的产生。使用CTAB添加剂的电解液用于水系锌离子电池的负极保护可以获得寿命更长和安全性更高等优异的电化学性能。
优选的，所述ZnSO4在电解液中的浓度为0.5～2M。
优选的，所述CTAB在电解液中的浓度为0.1～0.4M，最优选为0.2M。本发明通过控制CTAB的含量来调控电解液体系中Zn2+的溶剂化层结构，CTAB加入溶剂化层促使Zn2+周围的配位水减少，抑制伴随着Zn2+成核过程的副反应发生(如H2的析出导致局部pH值升高，生成副产物Zn4SO4(OH)6·xH2O)。电解液体系中CTAB的含量越高，破坏水分之间氢键的效果就越好，Zn2+溶剂化结构的变化就越大，可有效抑制副反应发生。除此之外，CTAB在锌片表面的吸附层可以作为静电屏蔽层来抑制“尖端效应”，防止锌枝晶的严重恶化。CTAB吸附在锌片表面的吸附层还可以有效调控Zn2+的沉积方向，更多的Zn2+可以沿着(002)晶面沉积，避免大量的Zn2+垂直沉积在锌片表面，使得Zn2+沉积地更密实、更平坦，有效地解决了锌枝晶恶化的问题，但CTAB的吸附层会造成锌沉积的过电位增加，而且当CTAB含量增大到足够高，电解质的粘度就会变大，甚至丧失液体的流动性。因此，通过调整出合适的CTAB含量来调控适合锌成核的电解液非常重要。
本发明可抑制副反应和枝晶的水系锌离子电池电解液的制备，是在配制好的硫酸锌溶液中添加CTAB，然后搅拌、超声至混合均匀，即获得水系锌离子电池电解液。
本发明进一步提供了一种水系锌离子电池，其采用上述的水系锌离子电池电解液。
与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：
1、本发明的水系锌离子电池电解液中添加有CTAB，CTAB可以通过打破Zn2+的溶剂化层结构、打破水分子之间的氢键体系、吸附在锌箔表面调控锌沉积方向、抑制锌枝晶的恶化、调整合适的电压滞后等多个方面来综合提升锌离子电池的可逆性、安全性，使其获得优异的电化学性能。
2、本发明含CTAB添加剂的电解液采用常规药品，制备方法简单，易于大规模生产，所用原料廉价易得，应用于水系锌离子电池显示出较好的可逆性以及高的安全性，电化学性能优异。
附图说明
图1为本发明实施例1-4和对比例1所得电解液的电子照片。
图2为本发明对比例1和实施例1-3所得电解液的pH值。
图3为本发明对比例1和实施例1-3所得电解液的离子电导率。
图4为本发明对比例1和实施例1-3所得电解液的拉曼光谱。
图5为本发明对比例1和实施例1-3所得电解液组装的Zn/Zn对称电池在电流密度1mA cm-2、面积容量0.5mAh cm-2下的循环性能图。
图6为本发明对比例1和实施例1-3所得电解液组装的Zn/Zn对称电池在电流密度2mA cm-2、面积容量1mAh cm-2下的循环性能图。
图7为本发明对比例1和实施例2所得电解液组装的Zn/Cu电池在电流密度0.4mAcm-2、面积容量0.2mAh cm-2下的循环库伦效率图。
图8为本发明实施例1所得电解液组装的Zn/Cu电池在电流密度0.4mAcm-2、面积容量0.2mAh cm-2下的循环库伦效率图。
图9为本发明实施例3所得电解液组装的Zn/Cu电池在电流密度0.4mAcm-2、面积容量0.2mAh cm-2下的循环库伦效率图。
图10为本发明对比例1和实施例2所得电解液组装的Zn/Cu电池在电流密度1mAcm-2、面积容量0.5mAh cm-2下的循环库伦效率图。
图11为本发明实施例1所得电解液组装的Zn/Cu电池在电流密度1mAcm-2、面积容量0.5mAh cm-2下的循环库伦效率图。
图12为本发明实施例3所得电解液组装的Zn/Cu电池在电流密度1mAcm-2、面积容量0.5mAh cm-2下的循环库伦效率图。
图13为本发明对比例1和实施例2所得电解液组装的Zn/Zn对称电池在循环后的锌电极的数字照片。
图14为本发明对比例1所得电解液组装的Zn/Zn对称电池在循环后的锌电极的SEM图。
图15为本发明实施例2所得电解液组装的Zn/Zn对称电池在循环后的锌电极的SEM图。
图16为本发明对比例1和实施例2所得电解液在Cu箔上电沉积的锌的数字照片。
图17为本发明对比例1所得电解液在Cu箔上电沉积的锌的SEM图片。
图18为本发明实施例2所得电解液在Cu箔上电沉积的锌的SEM图片。
图19为本发明对比例2和实施例5的电解液组装成锌锰电池时所用MnO2正极材料的SEM图。
图20为本发明对比例2和实施例5的电解液组装成锌锰电池时所用MnO2正极材料的XRD图谱。
图21为本发明对比例2和实施例5的电解液组装的锌锰电池在1Ag-1电流密度下的循环容量性能图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
下述实施例中所使用实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下列实施例中所用试剂、材料等如无特殊说明，均可从商业途径获得。
下述实施例中电池性能测试均采用新威电池测试系统，所组装的电池包括：
Zn/Zn对称电池：以锌箔为正极和负极，玻璃纤维膜为隔膜，电解液为实施例1～4或对比例1所配置的电解液，在空气氛围中组装Zn/Zn对称电池成2032纽扣电池。测试Zn/Zn对称电池在不同电流密度(mAcm-2)和面积容量(mAh cm-2)下的循环圈数，以此证明CTAB添加剂可引导锌离子在负极锌片表面均匀沉积。
Zn/Cu半电池：以锌箔为负极、铜箔为正极，玻璃纤维膜为隔膜，电解液为实施例1～4或对比例1所配置的电解液，在空气氛围中组装电池成2032纽扣电池。测试Zn/Cu半电池在不同电流密度(mAcm-2)和面积容量(mAh cm-2)下电池的库伦效率，通过数据对比探究CTAB对锌离子沉积形貌的影响。
Zn-MnO2电池：将MnO2、科琴黑以及PVDF按照质量比为70:20:10混合均匀溶于NMP溶液中制成浆液，然后均匀地涂于钛箔集流体上制成工作电极，使用玻璃纤维隔膜，电解液为实施例5或对比例2所获得的电解液，在空气氛围中组装成2032纽扣电池，测试电压范围为0.8V-1.8V vs Zn/Zn2+。
实施例1
本实施例的水系锌离子电池电解液含1M ZnSO4+0.1M CTAB(0.1M CTZB-ZS)，具体配制步骤如下：
步骤1：称取2.876g硫酸锌在烧杯中，加入6mL去离子水，搅拌10min溶解，然后向其中加入0.364g CTAB，加入去离子水至10mL，搅拌10min后，超声1h至溶液混合均匀。
步骤2：将充分搅拌和超声得到的溶液过滤，以去除不溶性杂质，获得含1M ZnSO4+0.1M CTAB的水系锌离子电池电解液，记为0.1M CTZB-ZS。
实施例2
本实施例的水系锌离子电池电解液含1M ZnSO4+0.2M CTAB(0.2M CTZB-ZS)，具体配制步骤如下：
步骤1：称取2.876g硫酸锌在烧杯中，加入6mL去离子水，搅拌10min溶解，然后向其中加入0.728g CTAB，加入去离子水至10mL，搅拌10min后，超声1h至溶液混合均匀。
步骤2：将充分搅拌和超声得到的溶液过滤，以去除不溶性杂质，获得含1M ZnSO4+0.2M CTAB的水系锌离子电池电解液，记为0.2M CTZB-ZS。
实施例3
本实施例的水系锌离子电池电解液含1M ZnSO4+0.3M CTAB(0.3M CTZB-ZS)，具体配制步骤如下：
步骤1：称取2.876g硫酸锌在烧杯中，加入6mL去离子水，搅拌10min溶解，然后向其中加入1.092g CTAB，加入去离子水至10mL，搅拌10min后，超声1h至溶液混合均匀。
步骤2：将充分搅拌和超声得到的溶液过滤，以去除不溶性杂质，获得含1M ZnSO4+0.3M CTAB的水系锌离子电池电解液，记为0.3M CTZB-ZS。
实施例4
本实施例的水系锌离子电池电解液含1M ZnSO4+0.4M CTAB(0.4M CTZB-ZS)，具体配制步骤如下：
步骤1：称取2.876g硫酸锌在烧杯中，加入6mL去离子水，搅拌10min溶解，然后向其中加入1.456g CTAB，加入去离子水至10mL，搅拌10min后，超声1h至溶液混合均匀。
步骤2：将充分搅拌和超声得到的溶液过滤，以去除不溶性杂质，获得含1M ZnSO4+0.4M CTAB的水系锌离子电池电解液，记为0.4M CTZB-ZS。
实施例5
本实施例的水系锌离子电池电解液含1M ZnSO4+0.2M CTAB+0.1M MnSO4，具体配制步骤如下：
步骤1：称取2.876g硫酸锌和0.169g硫酸锰在烧杯中，加入6mL去离子水，搅拌10min溶解，然后向其中加入0.728g CTAB，加入去离子水至10mL，搅拌10min后，超声1h至溶液混合均匀。
步骤2：将充分搅拌和超声得到的溶液过滤，以去除不溶性杂质，获得含1M ZnSO4+0.2M CTAB+0.1M MnSO4的水系锌离子电池电解液。
对比例1
本对比例的水系锌离子电池电解液仅含1M ZnSO4，具体配制步骤如下：
步骤1：称取2.876g硫酸锌在烧杯中，加入6mL去离子水，搅拌10min溶解，加入去离子水至10mL，搅拌10min后，超声1h至溶液混合均匀。
步骤2：将充分搅拌和超声得到的溶液过滤，以去除不溶性杂质，获得含1M ZnSO4的水系锌离子电池电解液。
对比例2
本对比例的水系锌离子电池电解液含1M ZnSO4+0.1M MnSO4，具体配制步骤如下：
步骤1：称取2.876g硫酸锌和0.169g硫酸锰在烧杯中，加入6mL去离子水，搅拌10min溶解，加入去离子水至10mL，搅拌10min后，超声1h至溶液混合均匀。
步骤2：将充分搅拌和超声得到的溶液过滤，以去除不溶性杂质，获得含1M ZnSO4+0.1M MnSO4的水系锌离子电池电解液。
图1为本发明对比例1和实施例1-4所得含不同比例CTAB的电解液的电子照片，从图中可以清楚地看出各个比例下配置的电解液分散非常均匀，均无色透明。除实施例4因CTAB含量过高导致粘度大，其余例均具备较好的流动性。
图2为本发明对比例1和实施例1-3所得电解液的pH值，较低的pH值会加剧锌负极腐蚀速率，较高的pH值会加剧碱式副产物的生成，本发明实施例2所得电解液拥有合适的锌沉积pH环境。
图3为本发明对比例1和实施例1-3所得电解液的离子电导率值，随着CTAB含量的增加，电解液离子电导率逐步增高，实施例3由于粘度的原因导致电导率停止增加，实施例2拥有更高的离子电导率。
图4为本发明对比例1和实施例1-3所得电解液的拉曼谱图。随着CTAB的含量升高，O-H的伸缩振动发生了蓝移，说明CTAB的引入削弱了溶液中水和水的氢键作用，打破了溶液原有的氢键体系，减少了锌离子溶剂化层中的水分子数量，降低了水的活性。
图5、图6分别为本发明对比例1和实施例1-3所得电解液组装的Zn/Zn对称电池在1mA cm-2和2mAh cm-2电流密度下的循环性能图。使用含有CTAB添加剂电解液的Zn/Zn对称电池在循环时显示出更优异的稳定性，并在寿命上有很大的提升。本发明实施例2所获电解液组装的电池在1mAcm-2和2mAh cm-2电流密度下可分别稳定工作超过2500h和2000h。
图7、图8、图9为本发明对比例1和实施例1、2、3所得电解液组装的Zn/Cu电池在0.4mAcm-2电流密度(面积容量0.2mAh cm-2)下的循环库伦效率图。当电解液中含有CTAB添加剂，Zn/Cu电池在循环时显示出更优异的稳定性和更高的平均库伦效率。本发明实施例2所得电解液可以保持99.43％的高平均库伦效率稳定循环2500次。
图10、图11、图12为本发明对比例1和实施例1、2、3所得电解液组装的Zn/Cu电池在1mAcm-2电流密度(面积容量0.5mAh cm-2)下的循环库伦效率图。当电解液中含有CTAB添加剂，Zn/Cu电池在循环时显示出更优异的稳定性和更高的平均库伦效率。本发明实施例2所得电解液可以保持99.70％的高平均库伦效率稳定循环1000次。
图13为本发明对比例1和实施例2所得电解液组装的Zn/Zn对称电池在0.5mA cm-2电流密度下循环20圈后的锌电极数字照片图。使用实施例2所得电解液0.2M CTAB-ZS时，锌箔表面腐蚀程度明显低于使用对比例1所得电解液1M ZnSO4的锌电极。
图14为本发明对比例1所得电解液组装的Zn/Zn对称电池在0.5mAcm-2电流密度下循环20圈后的锌电极SEM图。使用不含CTAB添加剂的1M ZnSO4电解液的锌电极循环后表面存在很多边缘锋利的锌枝晶，锌沉积不均匀，锌电极表面非常粗糙。
图15为本发明实施例2所得电解液组装的Zn/Zn对称电池在0.5mAcm-2电流密度下循环20圈后的锌电极SEM图。使用0.2M CTAB-ZS电解液的锌电极循环后表面仍然平坦，说明锌沉积很均匀，锌电极表面没有明显枝晶。
通过电解池电沉积，将对比例1和实施例2所得电解液沉积在Cu箔上，观察锌沉积的形貌以及SEM微观锌离子沉积形貌。图16为本发明对比例1和实施例2所得电解液沉积在Cu箔上的锌形貌的数字照片。使用实施例2的电解液的锌沉积明显比使用对比例1的电极液更平坦、致密。图17为本发明对比例1所得电解液沉积在Cu箔上的锌形貌的SEM图，锌沉积杂乱无章，表面粗糙且松散。图18为本发明实施例2所得电解液沉积在Cu箔上的锌形貌的SEM图，锌沉积平坦致密有序。
图19为本发明对比例2和实施例5的电解液组装成锌锰电池时所用MnO2正极材料的SEM图，从中可以清楚看出纳米级MnO2的成功制备。
图20为本发明对比例2和实施例5的电解液组装成锌锰电池时所用MnO2正极材料的XRD图谱，从中可以清楚对应MnO2的特征峰。
图21为本发明对比例2和实施例5所得电解液在是否含CTAB添加剂的情况下组装的锌锰电池在1Ag-1电流密度下的循环性能图。当使用实施例5所得电解液，在1Ag-1的电流密度下循环100圈，锌锰电池可拥有242.81mAh g-1的比容量，明显优于使用对比例2所得电解液。
综上，本发明所制备的多功能电解液在应用于水系锌离子电池负极保护时，可明显抑制副反应和枝晶的恶化，性能非常优异。
Claims (6)
1.一种可抑制副反应和枝晶的水系锌离子电池电解液，其特征在于：所述水系锌离子电池电解液包括硫酸锌ZnSO4、去离子水和十六烷基三甲基溴化铵CTAB。
2.根据权利要求1所述的水系锌离子电池电解液，其特征在于：所述ZnSO4在电解液中的浓度为0.5～2M。
3.根据权利要求1所述的水系锌离子电池电解液，其特征在于：所述CTAB在电解液中的浓度为0.1～0.4M。
4.根据权利要求3所述的水系锌离子电池电解液，其特征在于：所述CTAB在电解液中的浓度为0.2M。
5.一种权利要求1～4中任意一项所述水系锌离子电池电解液的制备方法，其特征在于：在配制好的硫酸锌溶液中添加CTAB，然后搅拌、超声至混合均匀，即获得水系锌离子电池电解液。
6.一种水系锌离子电池，其特征在于，采用权利要求1～4中任意一项所述的水系锌离子电池电解液。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311104249.2A CN116895851A (zh) | 2023-08-30 | 2023-08-30 | 一种可抑制副反应和枝晶的水系锌离子电池电解液 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311104249.2A CN116895851A (zh) | 2023-08-30 | 2023-08-30 | 一种可抑制副反应和枝晶的水系锌离子电池电解液 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116895851A true CN116895851A (zh) | 2023-10-17 |
Family
ID=88315101
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311104249.2A Pending CN116895851A (zh) | 2023-08-30 | 2023-08-30 | 一种可抑制副反应和枝晶的水系锌离子电池电解液 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116895851A (zh) |
-
2023
- 2023-08-30 CN CN202311104249.2A patent/CN116895851A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107611404B (zh) | 一种普鲁士白复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN113054165B (zh) | 一种锌二次电池的负极极片及其制备方法与应用 | |
| CN113161631B (zh) | 含有添加剂的水系锌离子电池电解液及其制备方法和电池 | |
| CN108767263B (zh) | 一种改性金属锂负极铜箔集流体的制备方法及应用 | |
| CN112635698B (zh) | 一种锌二次电池的负极极片及其制备方法和用途 | |
| CN112158872A (zh) | 锌铝水滑石-石墨烯纳米复合材料的原位合成方法 | |
| CN110649259A (zh) | 钾离子电池用正极材料K0.75MnO2及其制备方法 | |
| CN114883670A (zh) | 一种以麦秆提取物作为生物质有机盐添加剂的水系锌离子电池电解液及其应用 | |
| CN113161546A (zh) | 一种具有PVDF/TiO2复合保护膜的金属锂负极及其制备方法 | |
| CN114725537A (zh) | 一种可抑制锌枝晶和副反应的水系锌离子电池电解液及其应用 | |
| 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 | |
| CN115051047A (zh) | 一种用于水系锌离子电池的电解液添加剂及其应用 | |
| CN116895851A (zh) | 一种可抑制副反应和枝晶的水系锌离子电池电解液 | |
| CN112072073A (zh) | 一种涂覆PVDF/LiAlO2复合保护膜的金属锂负极及其制备方法 | |
| CN115676888B (zh) | 改性钽酸锂修饰石墨烯纳米材料及其制备方法和应用 | |
| CN115536066B (zh) | 一种铵根离子部分预先移除的钒酸铵纳米材料的制备方法和应用 | |
| CN117293422A (zh) | 一种诱导水系锌离子电池锌负极均匀沉积的方法 | |
| CN114388903A (zh) | 一种水系锌离子电池用含有机添加剂的电解液及其制备方法、水系锌离子电池 | |
| CN116759551A (zh) | 一种Fe2O3@MIL-101(Fe)钾离子电池负极材料的制备方法 | |
| CN115966781A (zh) | 一种锌离子电池电解液添加剂和电解液 | |
| CN116914283A (zh) | 一种基于电化学形成钙合金负极的水系有机杂化二次钙离子电池及其应用 | |
| CN117458001A (zh) | 1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲烷磺酸盐作为电解液共溶剂在水系锌离子电池中的应用 | |
| CN117637974A (zh) | 三维复合锌负极及其制备方法和用途 | |
| CN117945362A (zh) | 一种具有硒空位的Cu2Se纳米片及其制备方法和在水系锌离子电池负极材料中的应用 | |
| CN117276694A (zh) | 一种含碘化铷添加剂的水系锌离子电池电解液及应用 |
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 |