【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及其制备，特别是一种壳聚糖基非质子/质子型聚离子液体优化水系锌离子电池电解液及其制备。
技术介绍
1、近些年来，在国家政策和市场需求的指引下，安全、绿色、低成本、高性能的可充电电池的研究变得尤为重要。电池作为能源储存的核心组件，对于实现可再生能源的平稳输出、电动汽车的长续航里程、移动设备的持久续航等方面具有关键作用。因此，研究人员致力于开发新型的可充电电池，以满足日益增长的能源需求和环境保护的要求。
2、水系锌离子电池(zibs)因其固有的安全性和低成本特点，在电网级规模的储能系统中受到广泛关注。一方面，锌金属阳极具有锌资源丰富、价格低廉和高理论容量(820mahg-1或5855mah cm-3)等优势；另一方面，水作为溶剂，具有高安全性(不易燃不易爆)、绿色环保以及组装电池条件温和等优点，弥补了锂离子电池面临的巨大困境，是最具潜力的新型储能体系。然而，传统水系电解液中锌离子的无序迁移和浓度极化会导致不均匀的锌沉积，形成松散且粗糙的锌沉积层，严重损害锌阳极的可逆性。此外，在局部电场的作用下，由于“尖端效应”，锌离子倾向于在凸起的尖端沉积，进一步形成枝晶，刺穿隔膜，并导致电池短路失效。而水的溶剂化结构中的水分子具有很高的化学反应性，在充放电过程中，严重析氢反应(her)不仅大量的消耗电解液，而且电解液的ph迅速升高并形成不可逆的副产物(zn4so4(oh)6·xh2o)，使得水系锌离子电池的循环寿命和库伦效率急剧恶化。
3、为了解决以上问题，科研人员围绕锌电极、隔膜和电
4、电解液添加剂在锌离子电池中具有多种作用机理，包括提高电解液的电导率、形成稳定的界面层、促进离子传输和反应速率、抑制副反应等。选择合适的添加剂并合理调控其浓度，能够有效改善电池性能。在锌离子电池领域，电解液添加剂起着至关重要的作用，它们能够显著改善电池性能并提高循环稳定性。这些添加剂的类型多种多样，每种添加剂都有其独特的作用机理。
5、迄今为止，右旋糖酐，阿拉伯树胶，甘氨酸，三丙二醇等电解质添加剂已被报道为水系锌离子电池添加剂，用以调控溶剂化结构，抑制锌枝晶生长，减少腐蚀、析氢等副反应。然而，目前报道的添加剂基团比较单一，受用量影响相对较大，这会导致添加剂作用的功能较少和成本较高。此外，添加大量易燃的有机溶剂后，水系电解质的本征安全性也受到损害。
6、除此之外，多尺度理论和实验研究表明，具有强给电子能力的高给体添加剂可以限制游离水活性，取代zn2+中的水溶剂化鞘，重塑水的氢键网络。能够显着抑制水参与的析氢和严重腐蚀，这有助于水系锌离子电池均匀沉积和长循环寿命。
7、壳聚糖(chitosan)是一种天然的多糖，通常从甲壳类动物的外壳中提取，它在许多生物医学和工业应用中都有广泛的应用。此外，壳聚糖是一种天然高分子材料，能够在环境中自然降解，对生态环境友好。然而，由于壳聚糖的分子的结构单元上含有丰富的官能团(-nh2和-oh)，能够形成分子内和分子间氢键，同时壳聚糖具有高分子量和高度结晶性，因此其溶解性相对较差，需要特定的条件才能溶解。由于壳聚糖几乎不可直接溶解在水中，所以难以充当水系锌离子电池的电解液添加剂。
8、公开号为cn114039109的专利公开了一种用于水系锌离子电池电解液的添加剂，其中的添加剂是水溶性的壳聚糖，通过将水溶性的壳聚糖加入水系锌离子电池电解液中以后，起到了抑制电解液中锌枝晶生长和降低自由水活性的作用，从而改善了水系锌离子电池的倍率性能和循环性能。但是，现目前的壳聚糖添加剂主要以水溶的壳聚糖衍生物为主，在抑制枝晶生长和改善电解液溶剂化结构方面并没有达到十分突出的效果，且在达到要求的性能的情况下，添加量较大，一方面成本较高，另一方面会影响电解液的其他性能，不能满足高性能水系锌离子电池的使用需求。
9、因此，基于上述的问题，本专利技术旨在通过分子工程将壳聚糖转化为功能更加强大的水溶性壳聚糖基非质子/质子型聚离子液体，从而应用于水系锌离子电池电解液添加剂中，以解决上述提到的相关问题。
技术实现思路
1、为了解决上述的技术问题，本专利技术提供了一种壳聚糖基聚离子液体优化水系锌离子电池电解液及其制备。本专利技术的水系锌离子电池电解液基于壳聚糖基非质子/质子型聚离子液体优化，该壳聚糖基非质子/质子型聚离子液体为水溶性，且功能基团多样，单位质量内基团数量更多，在抑制枝晶生长和改善电解液溶剂化结构方面表现更佳，且达到相同性能的情况下添加量更少，成本更低，副作用更小，对于推动高性能水系锌离子电池的应用具有重要意义；此外，本专利技术的电解液制备工艺简单，易于工业化实施，值得广泛推广应用。
2、本专利技术的技术方案之一：
3、一种壳聚糖基聚离子液体优化水系锌离子电池电解液的制备方法，包括如下步骤：
4、步骤一：将锌源加入水中，配置成水系锌离子电池电解液；
5、步骤二：将酸性物质加入到水中，配置成稀酸溶液；
6、步骤三：将壳聚糖添加到步骤二所得稀酸溶液中，搅拌溶解后，得到壳聚糖基非质子/质子型聚离子液体；
7、步骤四：将步骤三所得壳聚糖基非质子/质子型聚离子液体加入到步骤一所得的电解液中，制得壳聚糖基聚离子液体优化水系锌离子电池电解液。
8、优选地，前述的壳聚糖基聚离子液体优化水系锌离子电池电解液的制备方法，所述锌源为znso4、zncl2、zn(clo4)2、zn(ch3coo)2或zn(cf3so3)2中的任意一种或任意多种。
9、优选地，前述的壳聚糖基聚离子液体优化水系锌离子电池电解液的制备方法，步骤一所述水系锌离子电池电解液中的锌源的浓度为0.001-3m。
10、优选地，前述的壳聚糖基聚离子液体优化水系锌离子电池电解液的制备方法，步骤二所述酸性物质为结构式如下所示的羧基或磺酸基功能化的非质子型离子液体中的一种或任意多种。
11、
12、其中：r为-(ch2)n-，n＝1-5；r1、r2和r3为ch3-(ch2)n-，n＝0-6；x为cl或br；
13、
14、其中：r为-(ch2)n-，n＝3或4；r1、r2和r3为ch3-(ch2)n-，n＝0-6；x为cl或br。
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【技术保护点】
1.一种壳聚糖基聚离子液体优化水系锌离子电池电解液的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的壳聚糖基聚离子液体优化水系锌离子电池电解液的制备方法，其特征在于：所述锌源为ZnSO4、ZnCl2、Zn(ClO4)2、Zn(CH3COO)2或Zn(CF3SO3)2中的任意一种或任意多种。
3.根据权利要求1所述的壳聚糖基聚离子液体优化水系锌离子电池电解液的制备方法，其特征在于：步骤一所述水系锌离子电池电解液中的锌源的浓度为0.001-3M。
4.根据权利要求1所述的壳聚糖基聚离子液体优化水系锌离子电池电解液的制备方法，其特征在于：步骤二所述酸性物质为结构式如下所示的羧基或磺酸基功能化的非质子型离子液体中的一种或任意多种：
5.根据权利要求4所述的壳聚糖基聚离子液体优化水系锌离子电池电解液的制备方法，其特征在于：所述酸性物质为甜菜碱盐酸盐、1-(羧甲基)咪唑盐酸盐、1-(磺丙基)咪唑盐酸盐、1-(羧甲基)吡啶盐酸盐或1-(磺丙基)吡啶盐酸盐中的一种或任意多种。
6.根据权利要求1所述的壳聚糖基聚离子液体优化
7.根据权利要求1所述的壳聚糖基聚离子液体优化水系锌离子电池电解液的制备方法，其特征在于：步骤三所述的搅拌溶解，是在20-80℃搅拌1-10h。
8.根据权利要求1所述的壳聚糖基聚离子液体优化水系锌离子电池电解液的制备方法，其特征在于：所述步骤四中，加入壳聚糖基非质子/质子型聚离子液体后，电解液中的壳聚糖的浓度为0.1-10g/L。
9.一种根据权利要求1-8任一项所述的方法制备获得的壳聚糖基聚离子液体优化水系锌离子电池电解液。
10.一种水系锌离子电池，其特征在于：含有权利要求9所述的壳聚糖基聚离子液体优化水系锌离子电池电解液。
...【技术特征摘要】
1.一种壳聚糖基聚离子液体优化水系锌离子电池电解液的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的壳聚糖基聚离子液体优化水系锌离子电池电解液的制备方法，其特征在于：所述锌源为znso4、zncl2、zn(clo4)2、zn(ch3coo)2或zn(cf3so3)2中的任意一种或任意多种。
3.根据权利要求1所述的壳聚糖基聚离子液体优化水系锌离子电池电解液的制备方法，其特征在于：步骤一所述水系锌离子电池电解液中的锌源的浓度为0.001-3m。
4.根据权利要求1所述的壳聚糖基聚离子液体优化水系锌离子电池电解液的制备方法，其特征在于：步骤二所述酸性物质为结构式如下所示的羧基或磺酸基功能化的非质子型离子液体中的一种或任意多种：
5.根据权利要求4所述的壳聚糖基聚离子液体优化水系锌离子电池电解液的制备方法，其特征在于：所述酸性物质为甜菜碱盐酸盐、1-(羧甲基)咪唑盐酸盐、1...
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