一种低温水系锌离子电池高熵电解液及其制备和应用制造技术

本发明专利技术公开了一种低温水系锌离子电池高熵电解液及其制备和应用，属于水系离子电池技术领域

【技术实现步骤摘要】
一种低温水系锌离子电池高熵电解液及其制备和应用


[0001]本专利技术涉及一种低温水系锌离子电池高熵电解液及其制备和应用，属于水系离子电池

。

技术介绍

[0002]近年来，传统能源短缺和环境污染等问题日益严峻，推动了可再生能源的大力发展
。
与此同时，发展稳定
、
可靠
、
安全的储能技术迫在眉睫
。
与采用有机溶剂做电解液锂离子电池相比，水系离子电池采用无机盐作为电解液，具有更加安全
、
环保的优点
。
然而，在航空航天和潜艇等极端环境条件下，可充电电池的低温性能变得至关重要
。
长期以来，电池在零下温度下的运行一直受到电化学反应动力学缓慢的挑战
。
[0003]传统的方法主要集中在使用具有较低熔点和粘度的酯类作为共溶剂，以促进锌在零下温度下在电解质中的扩散
。
遗憾的是，目前的电解质大多是二元溶剂混合物，其凝固点仍不能满足极低温的要求，关于多组分电解质的研究报道很少
。

技术实现思路

[0004][
技术问题
][0005]目前，水系锌离子电池电解液常规采用单一或者二元溶剂混合物，其凝固点仍不能满足极低温的要求
。
[0006][
技术方案
][0007]为了解决上述问题，本专利技术提供了一种能在低温下正常工作的高熵电解液，其具有较低吉布斯自由能的电解液，可以降低其凝固点，通过电解液凝固点的降低，从而提高其在低温下的离子电导率，使得电池在低温环境下仍然能够正常工作
。
[0008]本专利技术的第一个目的是提供一种低温水系锌离子电池高熵电解液，其组分包括锌盐
、
添加剂和水；其中，添加剂包括二甲亚砜
、
乙二醇
、
乙酸乙酯
、N,N
‑
二甲基甲酰胺中的三到四种
。
[0009]在本专利技术的一种实施方式中，所述的锌盐为硫酸锌
、
三氟甲基磺酸锌
、
高氯酸锌中的一种
。
[0010]在本专利技术的一种实施方式中，所述锌盐的浓度为
1mol/L
‑
3mol/L。
[0011]在本专利技术的一种实施方式中，所述的添加剂的用量为水系锌离子电池电解液总体积的
15
％～
40
％
。
[0012]在本专利技术的一种实施方式中，所述的添加剂为体积比为2：1：1的乙二醇
、
乙酸乙酯
、
二甲亚砜的混合溶剂，体积比为3：2：1的乙二醇
、
乙酸乙酯
、
二甲亚砜的混合溶剂，体积比为1：1：1：1的乙二醇
、
乙酸乙酯
、
二甲亚砜
、N,N
‑
二甲基甲酰胺的混合溶剂
。
[0013]本专利技术的第二个目的是提供一种制备低温水系锌离子电池高熵电解液的方法，包括如下步骤：
[0014]将锌盐和水混合均匀，之后依次加入乙酸乙酯
、
乙二醇
、
二甲亚砜
、N,N
‑
二甲基甲
酰胺中的三种或四种，混合均匀即可
。
[0015]在本专利技术的一种实施方式中，所述的依次加入是加入第一种之后再添加第二种，依次添加；目的是为了使得每一种溶剂都能很好的溶解，避免分层带来的性能降低
。
[0016]本专利技术的第三个目的是提供一种锌
‑
锌对称式电池，其采用了本专利技术所述的低温水系锌离子电池高熵电解液
。
[0017]本专利技术的第四个目的是提供一种提高电池在低温下循环使用时间的方法，其采用了本专利技术所述的低温水系锌离子电池高熵电解液
。
[0018]在本专利技术的一种实施方式中，所述的低温为
‑
20℃。
[0019]在本专利技术的一种实施方式中，所述的电池为锌
‑
锌对称式电池
。
[0020][
有益效果
][0021](1)
本专利技术的电解液具有高熵的特征，同时，通过使吉布斯自由能和凝固点降低，可以防止电解液在低温环境下冻结，提高电解液在低温环境下的离子电导率，从而使得锌离子电池能够在低温环境下正常工作
。
[0022](2)
本专利技术中电解液添加的除水以外的添加剂，其本身均能与水较好地互溶，不会导致混合之后出现分层的现象
。
[0023](3)
本专利技术中电解液添加的除水以外的添加剂，其负电基团能够参与锌离子的溶剂化结构，减少溶剂化水分子，有效抑制界面析氢副反应，拓宽电化学窗口
。
[0024](4)
与纯水作为溶剂或只加一种除水以外溶剂的电解液相比，本专利技术具有高熵的特征，能降低电解液的凝固点，提高锌
/
锌对称电池在低温下的循环寿命，抑制锌离子二维扩散，从而有效抑制枝晶生长，实现致密且均匀的沉积
。
[0025](5)
将本专利技术的低温水系锌离子电池高熵电解液用于锌离子电池，其在低温
(
‑
20℃)
下的循环时长达到
100
小时以上
。
附图说明
[0026]图1是实施例1的锌
/
锌对称电池在
0.5mA
·
cm
‑2、
充放电循环一次时间为2小时条件下的恒流充放电曲线图
。
[0027]图2是实施例2的锌
/
锌对称电池在
1mA
·
cm
‑2、
充放电循环一次时间为1小时条件下的恒流充放电曲线图
。
[0028]图3是实施例3的锌
/
锌对称电池在
1mA
·
cm
‑2、
充放电循环一次时间为1小时条件下的恒流充放电曲线图
。
[0029]图4是实施例4的锌
/
锌对称电池在
1mA
·
cm
‑2、
充放电循环一次时间为1小时条件下的恒流充放电曲线图
。
[0030]图5是对比例1的锌
/
锌对称电池在
1mA
·
cm
‑2、
充放电循环一次时间为1小时条件下的恒流充放电曲线图
。
[0031]图6是对比例2的锌
/
锌对称电池在
1mA
·
cm
‑2、
充放电循环一次时间为1小时条件下的恒流充放电曲线图
。
[0032]图7是对比例3的锌
/
锌对称电池在<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种低温水系锌离子电池高熵电解液，其特征在于，其组分包括锌盐
、
添加剂和水；其中，添加剂包括二甲亚砜
、
乙二醇
、
乙酸乙酯
、N,N
‑
二甲基甲酰胺中的三到四种
。2.
根据权利要求1所述的低温水系锌离子电池高熵电解液，其特征在于，所述的锌盐为硫酸锌
、
三氟甲基磺酸锌
、
高氯酸锌中的一种
。3.
根据权利要求1所述的低温水系锌离子电池高熵电解液，其特征在于，所述锌盐的浓度为
1mol/L
‑
3mol/L。4.
根据权利要求1所述的低温水系锌离子电池高熵电解液，其特征在于，所述的添加剂的用量为水系锌离子电池电解液总体积的
15
％～
40
％
。5.
根据权利要求1所述的低温水系锌离子电池高熵电解液，其特征在于，所述的添加剂为体积比为2：1：1的乙二醇
、
乙酸乙酯
、
二甲亚砜的混合溶剂，体积比为3：2：1的乙二醇
、

【专利技术属性】
技术研发人员：贾浩，蒋辛伟，罗锦斌，唐超，袁彬，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：