【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于水系铝离子电池电解液领域，具体涉及一种水系铝离子电池用水系电解液及其制备方法和应用。
技术介绍
1、作为水系金属电池中有极大潜力的候选者，水系铝离子电池由于其自身独特的储能潜力：仅次于锂金属的理论容量(2980mah g-1)、超高的体积能量密度(8056mah cm-3)、环境友好、高丰度和低成本等优点而备受关注。
2、理论上，基于铝金属负极和稀水电解质构建可充电的水系铝离子电池是不可行的。具体原因如下：铝在水系电解质中，表面自发生成的致密的氧化铝膜不具有离子导电性而阻碍了铝金属的电化学性能；在稀水溶液中，铝离子溶剂化结构由一个初级溶剂化鞘和一个次级溶剂化鞘组成，每个鞘层内存在6个水分子。在充电过程中，吸附在铝金属阳极表面的水合铝离子会释放出高活性的水分子，而al3+/al(-1.68v)的标准电极电势低于h+/h2，这导致在铝沉积之前就会优先发生不利的析氢反应；此外，由于铝离子具有高的表面电荷密度，这会导致缓慢的化学动力学和更差的正极材料匹配度。因此，探索一种应用于水系铝离子电池，可在实现铝离子的可逆沉积/剥脱的基础上显著抑制析氢负反应的新型电解液是至关重要的。
技术实现思路
1、针对
技术介绍
中指出的上述不足，本专利技术提供了一种水系铝离子电池用水系电解液及其制备方法和应用，旨在实现铝离子在稀水溶液中铝离子的可逆沉积/剥脱、解决现有水系电解液电压窗口较窄并且抑制析氢副反应等问题。
2、本专利技术的技术方案如下：
3、本专利技术的
4、进一步限定，噁烷类物质为1,3-二噁烷、二噁烷、1,4-噻噁烷、1,3,5-三噁烷中的至少一种。
5、进一步限定，氢键受体为乙腈、丁烯二腈、丙二腈、丁二腈、戊二腈、己二腈中的至少一种。
6、进一步限定，水溶性铝盐为三氟甲基磺酸铝、硝酸铝、高氯酸铝和硫酸铝中的至少一种。
7、进一步限定，噁烷类物质和氢键受体的质量比为1：(0.5-3)。
8、进一步限定，噁烷类物质和氢键受体的总体积与水的体积比为1：(4-9)。
9、进一步限定，电解液中可溶性铝盐的浓度为0.2-13mol/l。
10、本专利技术的目的之二在于提供一种上述水系铝离子电池用水系电解液的制备方法，所述制备方法通过将水溶性铝盐、水、噁烷类物质和氢键受体混合完成。
11、本专利技术的目的之三在于提供一种上述水系铝离子电池用水系电解液在对称电池、半电池和水系铝离子电池中的应用。
12、本专利技术的目的之四在于提供一种对称电池，所述对称电池包括铝箔和上述水系铝离子电池用水系电解液。
13、本专利技术的目的之五在于提供一种半电池，所述半电池包括集流体和上述水系铝离子电池用水系电解液。
14、进一步限定，集流体包括钛箔、铜箔、镍箔、钼箔、碳纸、碳布、不锈钢网、铜网、镍网、泡沫铜、泡沫镍。
15、本专利技术的目的之六在于提供一种水系铝离子电池，所述水系铝离子电池包括正极、负极、隔膜和上述水系铝离子电池用水系电解液。
16、进一步限定，正极由正极材料、导电剂和粘合剂研磨得到的浆料涂布于集流体形成，其中正极材料为普鲁士蓝、mno、聚苯胺、v2o5中的至少一种。
17、进一步限定，集流体上浆料载量为0.3-7mg/cm2。
18、进一步限定，导电剂选自导电炭黑super-p li、导电炭黑super-p c45、乙炔黑、科琴黑、碳纳米管中的一种或多种。
19、进一步限定，粘结剂选自羧甲基纤维素钠、聚四氟乙烯、la133、聚偏氟乙烯中的一种或多种。
20、进一步限定，隔膜为玻璃纤维隔膜、无尘纸、质子交换膜中的一种。
21、本专利技术与现有技术相比具有的优点：
22、(1)本专利技术提供一种水系铝离子电池用水系电解液，其中噁烷类物质通过其不稳定的α-氢与其中的醚氧官能团强协调，帮助降低腈类氢键受体物质的还原活性。此外，在与铝盐和水混合的过程中，大量的氢键受体显著破坏水分子的氢键网络，抑制水的分解活性提升电解质的电化学稳定性。
23、(2)大量存在的噁烷类物质和氢键受体组分，导致铝离子在稀水溶液体系中的溶剂化结构发生改变，由于-cn基团的强配位作用，使得噁烷类物质和氢键受体组分进入铝离子溶剂化壳层从而减少配位水的数量，最终实现去溶剂化过程中界面吸附水分子的含量减低的同时加速铝离子的去溶剂化过程，保证铝离子的可逆沉积/剥脱的同时限制抑制析氢负反应。
24、(3)本专利技术的一种水系铝离子电池用水系电解液有极强的稳定性，并且显著提升铝负极的耐腐蚀性和循环稳定性，适用于水系铝离子电池电解质的长期储存和使用，提高铝负极的电化学性能和循环稳定性，对称电池循环超过400h，全电池循环达300圈，有效改善了水系铝离子电池的性能。
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1.一种水系铝离子电池用水系电解液，其特征在于，由水溶性铝盐、水、噁烷类物质和氢键受体组成。
2.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，噁烷类物质为1,3-二噁烷、二噁烷、1,4-噻噁烷、1,3,5-三噁烷中的至少一种，氢键受体为乙腈、丁烯二腈、丙二腈、丁二腈、戊二腈、己二腈中的至少一种，水溶性铝盐为三氟甲基磺酸铝、硝酸铝、高氯酸铝和硫酸铝中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，噁烷类物质和氢键受体的质量比为1：(0.5-3)。
4.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，噁烷类物质和氢键受体的总体积与水的体积比为1：(4-9)，电解液中可溶性铝盐的浓度为0.2-13mol/L。
5.权利要求1-4所述的水系电解液的制备方法，其特征在于，通过将水溶性铝盐、水、噁烷类物质和氢键受体混合完成。
6.权利要求1-4所述的水系电解液在对称电池、半电池和水系铝离子电池中的应用。
7.一种对称电池，其特征在于，包括铝箔和权利要求1-4所述的水系电解液。
8.一种半电池，其特征在于，包括集
9.一种水系铝离子电池，其特征在于，包括正极、负极、隔膜和权利要求1-4所述的水系电解液。
10.根据权利要求9所述的水系铝离子电池，其特征在于，正极由正极材料、导电剂和粘合剂研磨得到的浆料涂布于集流体形成，其中正极材料为普鲁士蓝、MnO、聚苯胺、V2O5中的至少一种。
...【技术特征摘要】
1.一种水系铝离子电池用水系电解液，其特征在于，由水溶性铝盐、水、噁烷类物质和氢键受体组成。
2.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，噁烷类物质为1,3-二噁烷、二噁烷、1,4-噻噁烷、1,3,5-三噁烷中的至少一种，氢键受体为乙腈、丁烯二腈、丙二腈、丁二腈、戊二腈、己二腈中的至少一种，水溶性铝盐为三氟甲基磺酸铝、硝酸铝、高氯酸铝和硫酸铝中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，噁烷类物质和氢键受体的质量比为1：(0.5-3)。
4.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，噁烷类物质和氢键受体的总体积与水的体积比为1：(4-9)，电解液中可溶性铝盐的浓度为0.2-13mol/l。
5.权...
【专利技术属性】
技术研发人员：闫春爽，于铧铭，吕查德，程昱樵，陈冬萍，李少雄，乔云，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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