锌离子电池电解液及锌离子电池的制作方法
本发明属于锌离子电池领域，涉及锌离子电池电解液及锌离子电池。
背景技术：
1、锂离子电池的能量密度高、平均输出电压高等优点使得锂离子电池在电动汽车、便携式电子设备等领域应用广泛。但是近几年锂离子电池安全事故频发，人们对于锂离子电池安全的担忧逐渐增长。水系锌离子电池因为成本低、安全性高、环境友好等特点进入人们的视野，展示出有望取代锂离子电池的潜力。锌金属有高的理论容量(5855mah cm-3；820mah g-1),以及低氧化还原电位(-0.763v与标准氢电极(she))。但是不幸的是，锌负极由于锌枝晶以及游离水引起的副反应的问题，导致锌离子电池的寿命缩短，阻碍了锌离子电池实现大规模应用。为了解决这两大类问题，一方面可以从改善锌离子沉积方式、增加锌离子成核位点、有效的限域作用改善锌离子沉积路径、均匀界面电场以及形成静电屏蔽层等形式改性。另一方面则从减少锌离子电池副反应考虑，包括：减少电解液中的自由水以及调整溶剂化结构等方式。对锌负极改性是最直接有效的改性方式，包括对锌负极表面改性(设计zn负极、zn合金负极、zn负极表面改性)、以及对电解液优化(电解液盐优化、电解液浓度优化、添加剂、共溶剂电解液、共晶电解液和凝胶电解质)。其中通过电解液添加剂改性是最简单且不增加电池的额外重量，方便大规模制备应用，电解液添加剂可以通过重构锌离子溶剂化结构减少自由水或者调整锌离子沉积方式及取向，或者吸附在锌负极表面阻止电解液部分水分子接触锌负极。报道过的添加剂种类丰富，有些添加剂的加入的浓度高才能起到作用，但是会影响电解液本身的粘度和电导率。一些添加剂只能起到一部分作用，无法兼顾锌离子电池出现的两大类问题。因此，研究一种电解液添加剂，不仅添加量少且可以控制电池中出现的副反应以及枝晶问题是非常重要的。
技术实现思路
1、本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提出一种锌离子电池电解液，从而改善锌离子电池的循环稳定性以及循环寿命问题。
2、本发明解决技术问题所采用的技术方案是：
3、本发明的第一方面是提供了一种锌离子电池电解液，以锌盐为溶质，水为溶剂，还包括第一添加剂及第二添加剂，所述第一添加剂为磺酸钠盐，所述第二添加剂为酰胺，所述第一添加剂与第二添加剂的摩尔比为5:1～1:1。
4、本发明通过引入双添加剂体系，利用双添加剂分子之间不同的极性，不仅重构了zn2+溶剂化鞘，而且由于两种添加剂分子之间的协同作用降低了锌离子去溶剂化能垒。双添加剂对锌负极表面吸附能的不同，可以实现双添加剂的交替吸附在锌负极表面，调节锌离子均匀沉积，能够显著抑制副反应以及锌枝晶的形成，进而提高了锌离子电池的循环稳定性以及循环寿命。
5、进一步地，磺酸钠盐与锌盐的摩尔比为1:10～1:200。优选的摩尔比为1:10～1:100，进一步优选的摩尔比为1:50～1:100。
6、进一步地，所述酰胺与水的体积比为1:10～1:200。优选的体积比为1:20～1:100，进一步优选的体积比为1:20～1:50。
7、进一步地，所述磺酸钠盐为3-巯基-1-丙磺酸钠、丙烷磺酸钠、3-(n-吗啉基)丙磺酸钠、苯磺酸钠中的一种或两种以上，优选3-巯基-1-丙磺酸钠。
8、进一步地，所述酰胺为n,n-二甲基乙酰胺、n,n-二甲基甲酰胺、甲酰胺、乙酰胺中的一种或两种以上，优选n,n-二甲基乙酰胺。
9、进一步地，所述锌盐为硫酸锌、氯化锌、三氟甲烷磺酸锌、高氯酸锌、醋酸锌中的一种或两种以上，优选硫酸锌。
10、本发明的第二方面是提供了一种锌离子电池，包含所述的锌离子电池电解液。该电池的正极为锰基正极、钒基正极或普鲁士蓝正极，负极为锌金属或锌粉。
11、当电极的面积在1-79.2cm-2时，锌离子电池具有长循环寿命以及高库伦效率。混合电解液组装的锌离子对称电池在2ma·cm-2的电流密度和高面积容量10mah·cm-2下，循环1000小时，累计容量达到5ah cm-2。证明混合电解液可以大幅度改善锌离子电池的循环性能。
12、本发明的优点和技术效果：
13、1.本发明电解液引入双添加剂体系，双添加剂协同作用，不仅可以交替吸附在锌负极表面，而且降低了锌沉积能垒，改善了锌离子沉积动力学。能够显著抑制副反应以及锌枝晶的形成，进而提高了锌离子电池的循环稳定性以及循环寿命。
14、2.本发明可以实现锌离子扣式、软包电池的循环性能的大幅度提升，使锌离子电池循环寿命从30几小时延长到1000小时，累积容量为5ah cm-2。
技术特征：
1.一种锌离子电池电解液，其特征在于，以锌盐为溶质，水为溶剂，还包括第一添加剂及第二添加剂，所述第一添加剂为磺酸钠盐，所述第二添加剂为酰胺，所述第一添加剂与第二添加剂的摩尔比为5:1～1:1。
2.根据权利要求1所述的锌离子电池电解液，其特征在于，磺酸钠盐与锌盐的摩尔比为1:10～1:200。
3.根据权利要求1所述的锌离子电池电解液，其特征在于，所述酰胺与水的体积比为1:10～1:200。
4.根据权利要求1所述的锌离子电池电解液，其特征在于，所述磺酸钠盐为3-巯基-1-丙磺酸钠、丙烷磺酸钠、3-(n-吗啉基)丙磺酸钠、苯磺酸钠中的一种或两种以上。
5.根据权利要求1所述的锌离子电池电解液，其特征在于，所述酰胺为n,n-二甲基乙酰胺、n,n-二甲基甲酰胺、甲酰胺、乙酰胺中的一种或两种以上。
6.根据权利要求1所述的锌离子电池电解液，其特征在于，所述锌盐为硫酸锌、氯化锌、三氟甲烷磺酸锌、高氯酸锌、醋酸锌中的一种或两种以上。
7.一种锌离子电池，其特征在于，包括权利要求1～4任一权利要求所述的锌离子电池电解液。
8.根据权利要求7所述的锌离子电池，其特征在于，正极为锰基正极、钒基正极或普鲁士蓝正极，负极为锌金属或锌粉。
技术总结
本发明属于锌离子电池领域，涉及一种锌离子电池电解液及锌离子电池，电解液以锌盐为溶质，水为溶剂，还包括第一添加剂及第二添加剂，所述第一添加剂为磺酸钠盐，所述第二添加剂为酰胺。本发明在电解液中添加两种添加剂，可以缓解锌负极的枝晶以及副反应问题，极大的提高了锌离子电池循环寿命以及累计容量，累计容量高达5Ah cm<supgt;‑2</supgt;。
技术研发人员：严振华,胡伟康,李海霞,孟真,牛志强,陈茹暄,陈云超,刘孝伟,马长富
受保护的技术使用者：超威电源集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5