本申请公开了一种锌离子电池电解液，包括电解质、溶剂和添加剂；所述电解质包括锌化合物；所述添加剂包括季铵盐化合物。本申请的锌离子电池电解液，具有良好循环稳定性、环保、经济性，使用该电解液的对称锌离子电池和锌离子全电池具有长循环寿命。全电池具有长循环寿命。全电池具有长循环寿命。
【技术实现步骤摘要】
一种锌离子电池电解液及锌离子电池
[0001]本申请涉及一种锌离子电池电解液及锌离子电池，属于锌基电池
技术介绍
[0002]过度依赖化石能源加剧了能源枯竭、环境污染和气候恶化，引起了世界对可再生能源资源开发的广泛关注。开发经济绿色的储能技术对于电网上可再生能源的稳定转换和利用至关重要。由于金属锌高理论容量(820mAh g
‑1和5855mAh cm
‑3)、低氧化还原电位(
‑
0.762V vs.SCE)和地壳中丰富储量的固有特性，水系锌离子电池与目前广泛使用的储能设备(例如锂离子电池和铅酸电池)相比，具有低成本、高安全性、环保性等独特优势。近年来，研究者们通过开发新材料、新结构和特殊形态的锌离子电池正极材料(例如基于锰的氧化物、基于钒的氧化物和有机化合物等)，不断提高其正极性能，并已经证明在实际循环过程中具有良好的循环性能。但在现有技术中，锌负极的循环寿命仍然较低。
[0003]锌离子电池的锌金属负极在循环过程中出现的性能衰减主要是由以下两个基本原因造成的：1.Zn金属在水溶液中的热力学不稳定性(比H2O/H2的氧化还原电位低)导致各种副反应，包括H2发生反应(HER)和表面腐蚀，从而导致库仑效率(CE)低。2.在负极中进行Zn沉积过程中，快速且不平衡的沉积动力学导致不均匀地Zn
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沉积。同时，遵循最小能量原则，吸附的Zn
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倾向于沿着Zn负极异质表面的不可控2D扩散自发成核和聚集，从而形成和生长锌枝晶。锌枝晶的持续生长很容易穿透隔膜并连接两个电极，导致电池失效。
[0004]为了稳定Zn负极，研究者们在相关领域进行了许多努力，例如Zn负极表面涂层、合金负极构建、新型隔膜探索和电解液优化等。在这些改性策略中，电解液组成和分子结构设计由于其易于操作和高效性而发挥着至关重要的作用。作为ZIBs的关键组成部分，电解液充当了Zn
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在正极和负极之间穿梭的介质，影响了水合Zn
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和负极的固体电解质界面的结构(AEI)。开发“水溶盐”(WIS)电解质对调节Zn
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的溶剂化结构是有效的。“水溶盐”(WIS)电解质的开发通过降低活性结合水含量来调节Zn
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离子的溶剂化结构，从而抑制了副反应。为了实现低成本和高离子导电性的WIS电解质，现有技术中设计了高盐浓度的电解质，例如0.5M Zn(ClO4)2与18M NaClO4支持盐混合，然而，大量的支持盐显然对能量密度有害，因此，对于稀溶液电解质中Zn
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溶剂化结构的调节，行业内技术人员还在进行广泛研究，例如BIS
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TRIS、EG和DMSO等。此外，引入各种电解质添加剂，如Na4EDTA、Ce
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/La
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等，这些添加剂能够吸附在Zn表面上，改善AEI状态，被认为是通过调节Zn
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含量和成核过程来抑制树枝晶生长的有前途的方法，尽管这些添加剂在一定程度上提高了Zn负极的稳定性，但它们的功能通常是单一的，并且添加剂对AEI和Zn
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溶剂化结构以及随后的Zn负极电化学行为演变的影响尚未得到系统研究。因此，开发多功能添加剂和探索创新机制对于实现Zn负极的长期循环稳定性和ZIBs的实际应用具有重要意义。
技术实现思路
[0005]根据本申请的一个方面，提供了一种锌离子电池电解液，具有境友好无污染、经济
便宜、无毒和高效的特点，使用该电解液可以使锌离子电池具有长循环寿命。
[0006]本申请采用如下技术方案：
[0007]一种锌离子电池电解液，包括电解质、溶剂和添加剂；
[0008]所述电解质包括锌化合物；
[0009]所述添加剂包括季铵盐化合物。
[0010]可选地，所述季铵盐化合物选自季铵氯盐、季铵溴盐、季铵碘盐中的至少一种。
[0011]可选地，所述季铵氯盐选自四甲基氯化铵、四乙基氯化铵、四丙基氯化铵、四丁基氯化铵、四戊基氯化铵、四己基氯化铵、四庚基氯化铵、四辛基氯化铵中的至少一种。
[0012]可选地，所述季铵溴盐选自四甲基溴化铵、四乙基溴化铵、四丙基溴化铵、四丁基溴化铵、四戊基溴化铵、四己基溴化铵、四庚基溴化铵、四辛基溴化铵中的至少一种。
[0013]可选地，所述季铵碘盐选自四甲基碘化铵、四乙基碘化铵、四丙基碘化铵、四丁基碘化铵、四戊基碘化铵、四己基碘化铵、四庚基碘化铵、四辛基碘化铵中的至少一种。
[0014]可选地，所述锌离子电池电解液中季铵盐化合物的质量浓度为0.5～10wt％。
[0015]可选地，所述锌离子电池电解液中季铵盐化合物的质量浓度选自0.5wt％、0.6wt％、0.7wt％、0.8wt％、0.9wt％、1wt％、1.5wt％、2wt％、2.5wt％、3wt％、3.5wt％、4wt％、4.5wt％、5wt％、5.5wt％、6wt％、6.5wt％、7wt％、7.5wt％、8wt％、8.5wt％、9wt％、9.5wt％、10wt％中的任意值，或任意两者间的范围值。
[0016]可选地，所述锌离子电池电解液中季铵盐化合物的质量浓度为1～5wt％。
[0017]可选地，所述溶剂包括水；
[0018]所述锌化合物选自硫酸锌、氯化锌、硝酸锌、三氟甲酰磺酸锌、乙酸锌中的至少一种。
[0019]可选地，所述锌离子电池电解液中，锌离子的摩尔浓度为0.1mol/L～5mol/L。
[0020]可选地，所述锌离子电池电解液中，锌离子的摩尔浓度选自0.1mol/L、0.5mol/L、1mol/L、1.5mol/L、2mol/L、2.5mol/L、3mol/L、3.5mol/L、4mol/L、4.5mol/L、5mol/L中的任意值，或任意两者间的范围值。
[0021]可选地，所述锌离子电池电解液中，锌离子的摩尔浓度为1mol/L～3mol/L。
[0022]可选地，所述锌离子电池电解液中还包括锰化合物；
[0023]所述锰化合物选自硫酸锰、氯化锰、硝酸锰、三氟甲酰磺酸锰中的至少一种。
[0024]可选地，所述锌离子电池电解液中，锰离子的摩尔浓度为0.01mol/L～1mol/L。
[0025]可选地，所述锌离子电池电解液中，锰离子的摩尔浓度选自0.01mol/L、0.05mol/L、0.1mol/L、0.2mol/L、0.3mol/L、0.4mol/L、0.5mol/L、0.6mol/L、0.7mol/L、0.8mol/L、0.9mol/L、1mol/L中的任意值，或任意两者间的范围值。
[0026]可选地，所述锌离子电池电解液中，锰离子的摩尔浓度为0.05mol/L～0.5mol/L。
[0027]根据本申请的另一方面，提供了一种锌离子电池，所述锌离子电池包括正极、负极和用于分隔所述正极和所述负极的隔膜，所述正极与负极之间的腔体内本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种锌离子电池电解液，其特征在于，包括电解质、溶剂和添加剂；所述电解质包括锌化合物；所述添加剂包括季铵盐化合物。2.根据权利要求1所述的锌离子电池电解液，其特征在于，所述季铵盐化合物选自季铵氯盐、季铵溴盐、季铵碘盐中的至少一种；优选地，所述季铵氯盐选自四甲基氯化铵、四乙基氯化铵、四丙基氯化铵、四丁基氯化铵、四戊基氯化铵、四己基氯化铵、四庚基氯化铵、四辛基氯化铵中的至少一种；优选地，所述季铵溴盐选自四甲基溴化铵、四乙基溴化铵、四丙基溴化铵、四丁基溴化铵、四戊基溴化铵、四己基溴化铵、四庚基溴化铵、四辛基溴化铵中的至少一种；优选地，所述季铵碘盐选自四甲基碘化铵、四乙基碘化铵、四丙基碘化铵、四丁基碘化铵、四戊基碘化铵、四己基碘化铵、四庚基碘化铵、四辛基碘化铵中的至少一种。3.根据权利要求1所述的锌离子电池电解液，其特征在于，所述锌离子电池电解液中季铵盐化合物的质量浓度为0.5～10wt％。4.根据权利要求1所述的锌离子电池电解液，其特征在于，所述溶剂包括水；所述锌化合物选自硫酸锌、氯化锌、硝酸锌、三氟甲酰磺酸锌、乙酸锌中的至少一...
【专利技术属性】
技术研发人员：张易宁，林长新，张祥昕，陈素晶，
申请(专利权)人：中国科学院福建物质结构研究所，
类型：发明
国别省市：
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