【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种水系锌离子电池电解液用添加剂、电解液及水系锌离子电池，属于水系锌离子电池。
技术介绍
1、水系锌离子电池(azibs)因其具有高理论容量、资源丰富、成本低廉、安全性高等优点，而被认为可作为锂离子电池最有前途的替代品之一，因此在近年来得到了科研人员的关注。
2、然而，正极材料与负极材料均是限制水系锌离子电池进一步发展的重要因素。其中，负极材料主要由于析氢反应和锌枝晶的生成。析氢反应会消耗在充电过程中用于锌沉积的电子，从而造成锌离子沉积/溶解的库伦效率的降低。另一方面，her会不可逆的消耗电解液，从而降低电池的使用寿命，同时随着电解液分解过程中析出h2的积累，电池会随着逐渐增大的内部压力而膨胀，甚至爆炸，从而影响电池的安全使用。此外，由于her反应会伴随oh-的产生，电解液内部的局部ph也会发生变化，从而生成zn4so4(oh)6·xh2o、zn(oh)2、zno等副产物。而锌枝晶主要会从以下两个方面影响电池性能，首先在电池反复充电的过程中，生成的锌枝晶容易从锌负极表面脱落形成死锌不再参与电极反应，从而影响电池的容量和库伦效率。另一方面，生成的锌枝晶容易刺穿隔膜，使电池短路，引发安全问题。当前，锌离子电池正极材料当前的研究重点是锰基材料和钒基材料。由于zn2+较大的离子半径，随着充放电循环的进行zn2+不断地在正极材料中嵌入/脱出，容易引起正极材料的结构变化，导致集流体表面正极材料的脱落，影响电池性能。此外，随着电池充放电循环的进行，过渡金属离子如mn、v会从正极材料中溶出，导致正极材料结构坍塌，从而影
3、迄今为止，科研人员已经提出了多种策略用于解决水系锌离子电池遇到的上述问题，包括材料结构设计、材料表面修饰和电解液工程优化，而这其中电解液添加剂由于其工艺简单、成本低廉而成为一种有望实现大规模应用的改性手段。而考虑到水系锌离子电池存在问题的复杂性，开发多功能的电解液添加剂同时实现抑制正极侧材料结构坍塌和过渡金属离子溶出以及负极侧析氢反应和锌枝晶，是实现水系锌离子电池的快速发展的关键。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种水系锌离子电池电解液用添加剂、电解液及水系锌离子电池，可同时抑制正极侧过渡金属离子溶解及负极侧析氢反应和锌枝晶。
2、为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下。
3、一种用于水系锌离子电池的电解液添加剂，所述电解液添加剂为水溶性氟代氨基酸，所述水系锌离子电池的电流密度为5～10ma cm-2，所述水系锌离子电池的正极材料为过渡金属基正极材料。
4、优选的，所述水溶性氟代氨基酸为二氟甲基鸟氨酸、3-氟丙氨酸或3,5-二氟苯丙氨酸。
5、一种用于水系锌离子电池的电解液，所述电解液包括可溶性锌盐、h2o和本专利技术所述的添加剂。
6、优选的，所述电解液中，可溶性锌盐为硫酸锌、硫酸锌的水合物、氯化锌及其水合物、三氟甲烷磺酸锌及其水合物中的一种以上。更优选的，所述可溶性锌盐为硫酸锌。
7、优选的，所述电解液中，可溶性锌盐的摩尔浓度为1～3mol/l。最优选为2mol/l。
8、优选的，所述电解液中，添加剂的摩尔浓度为1～20mmol/l。更优选的，所述添加剂的摩尔浓度为8～12mmol/l。
9、优选的，所述电解液中还包括锰离子添加剂。更优选的，所述锰离子添加剂为硝酸锰、硫酸锰和氯化锰中的一种以上。最优选为硫酸锰。
10、优选的，所述电解液中，锰离子添加剂的摩尔浓度为0.05～0.5mol/l。最优选为0.1mol/l。
11、一种水系锌离子电池，包括本专利技术所述的电解液、过渡金属基正极材料、负极材料和隔膜。
12、优选的，所述负极材料包括锌片、锌箔、锌粉、泡沫锌。最优选为厚度为100nm的商用锌箔。
13、优选的，所述正极材料为锰酸锂、二氧化锰、五氧化二钒或钒酸钠。最优选为钒酸钠。
14、优选的，所述隔膜为玻璃纤维。
15、有益效果
16、本专利技术使用水溶性氟代氨基酸作为水系锌离子电池添加剂，一方面可以改变zn2+的溶剂化结构，羧基会部分取代zn2+溶剂化壳层中的水分子，降低锌配合物中的水分子含量，进而抑制析氢反应、腐蚀钝化的发生以及副产物碱式硫酸锌的生成，另一方面在大电流密度下，该添加剂可以吸附在锌负极表面，并在循环过程中在锌负极表面生成一层znf2无机层，可以降低锌负极表面的局部电流密度并调控zn2+的二维扩散，抑制枝晶生长。
17、本专利技术使用水溶性氟代氨基酸作为水系锌离子电池添加剂，该添加剂能够在电池充放电循环过程中在正极材料表面原位生成一层富氟cei膜，有效稳定正极材料结构，抑制正极材料结构坍塌以及正极材料中过渡金属离子溶出，从而提高电池的循环稳定性。
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1.一种用于水系锌离子电池的电解液添加剂，其特征在于：所述电解液添加剂为水溶性氟代氨基酸，所述水系锌离子电池的电流密度为5～10mA cm-2，所述水系锌离子电池的正极材料为过渡金属基正极材料。
2.如权利要求1所述的一种用于水系锌离子电池的电解液添加剂，其特征在于：所述水溶性氟代氨基酸为二氟甲基鸟氨酸、3-氟丙氨酸或3,5-二氟苯丙氨酸。
3.一种用于水系锌离子电池的电解液，其特征在于：所述电解液包括可溶性锌盐、H2O、权利要求1或2所述的添加剂。
4.如权利要求3所述的一种用于水系锌离子电池的电解液，其特征在于：所述电解液中，可溶性锌盐为硫酸锌、硫酸锌的水合物、氯化锌及其水合物、三氟甲烷磺酸锌及其水合物中的一种以上。
5.如权利要求4所述的一种用于水系锌离子电池的电解液，其特征在于：所述电解液中，可溶性锌盐的摩尔浓度为1～3mol/L；添加剂的摩尔浓度为1～20mmol/L。
6.如权利要求5所述的一种用于水系锌离子电池的电解液，其特征在于：所述电解液中，所述添加剂的摩尔浓度为8～12mmol/L。
7.
8.如权利要求7所述的一种用于水系锌离子电池的电解液，其特征在于：所述锰离子添加剂为硝酸锰、硫酸锰和氯化锰中的一种以上；锰离子添加剂的摩尔浓度为0.05mol/L～0.5mol/L。
9.一种水系锌离子电池，其特征在于：包括权利要求3～8任意一项所述的电解液、过渡金属基正极材料、负极材料和隔膜。
10.如权利要求9所述的一种水系锌离子电池，其特征在于：所述负极材料包括锌片、锌箔、锌粉、泡沫锌；
...【技术特征摘要】
1.一种用于水系锌离子电池的电解液添加剂，其特征在于：所述电解液添加剂为水溶性氟代氨基酸，所述水系锌离子电池的电流密度为5～10ma cm-2，所述水系锌离子电池的正极材料为过渡金属基正极材料。
2.如权利要求1所述的一种用于水系锌离子电池的电解液添加剂，其特征在于：所述水溶性氟代氨基酸为二氟甲基鸟氨酸、3-氟丙氨酸或3,5-二氟苯丙氨酸。
3.一种用于水系锌离子电池的电解液，其特征在于：所述电解液包括可溶性锌盐、h2o、权利要求1或2所述的添加剂。
4.如权利要求3所述的一种用于水系锌离子电池的电解液，其特征在于：所述电解液中，可溶性锌盐为硫酸锌、硫酸锌的水合物、氯化锌及其水合物、三氟甲烷磺酸锌及其水合物中的一种以上。
5.如权利要求4所述的一种用于水系锌离子电池的电解液，其特征在于：所述电解液中，可溶性锌盐...
【专利技术属性】
技术研发人员：李雨，吴川，白莹，李欢宇，吴锋，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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