【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于新型电化学电池和新能源电池领域，具体涉及一种适用于大规模储能系统的自分层、无膜水系锌-碘二次电池及其构造方法。
技术介绍
1、随着低碳化社会建设的快速推进，能使可再生能源实现高效利用的电网级电能存储系统的重要性日益突显。可充电锂离子电池因其技术成熟和高的能量密度而成为电网级电能存储系统的首选。然而，由于原材料供应有限、地缘政治风险以及固有的易燃性，将锂离子电池广泛集成到需要具有强耐用、高安全和低成本等特点的电网级电能存储系统中仍面临着巨大挑战。因此，开发新型充电电池技术，以作为锂离子电池的可行补充或替代品具有重要意义。其中，水系锌-碘二次电池因其卓越的安全性、生态友好性以及低的制造成本和高的能量密度，被认为是下一代绿色电网级电能存储系统的有力竞争者之一。
2、然而，锌-碘电池碘正极在循环过程中易产生水溶性多碘化物，导致电池面临寿命短和自放电快等难题。为解决这一问题，大量的碘宿体材料、电解液配方、隔膜材料等被开发用于抑制多碘化物的溶解扩散。如cn118263544a的专利技术专利申请公开了一种生物质碳作为宿主材料用于静态锌碘电池阴极；如cn117219886a的专利技术专利申请公开了一种锌碘电池的电解液及电池；如cn116826314a的专利技术专利申请公开了一种锌碘电池隔膜及其电池。然而，这些方案中所描述的材料常常面临制造成本高、工艺复杂且难以回收的问题，不利于锌-碘电池的进一步扩大化生产准备。
3、专利cn117219886a公开了一种实现超高容量的无膜双相锌碘电池及其电解液，以四甲基碘化
技术实现思路
1、针对现有的无膜双相锌-碘电池稳定循环次数少且充放电速率缓慢等问题，本专利技术的目的在于提供一种自分层、无膜水系锌-碘二次电池及其构造方法，通过对电池整体的全新设计，以自分层电解液在解决多碘化物穿梭问题的同时，结合一体式电极结构设计，实现高稳定(循环次数≥700次)、充电速率快(充放电电流可达9.4ma/cm2)的锌-碘电池。
2、针对上述目的，本专利技术首先提供了一种自分层电解液，所述电解液由有机相和水相组成，所述有机相包括四丁基碘化铵、离子液体、碘和乙腈；所述水相包括硫酸锌、硫酸镁和去离子水。
3、硫酸盐的引入可使水相和有机相相互分离，而有机相引入的疏水性碘盐可通过络合作用避免碘物质在两相之间串扰问题。此外，离子液体的引入不仅可以提高有机相的离子电导率，且可通过盐效应降低有机相的挥发及可燃性。结果，该自分层体系可依靠有机相中的碘正极及水相中的锌负极间的可逆氧化还原反应实现高效、稳定的能源存储。
4、在本专利技术的一种实施方式中，所述离子液体包括1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1,3-双(2,6-二异丙基苯基)咪唑鎓氯盐、2-氯-1,3-二甲基咪唑鎓六氟磷酸盐、1-正-丁基-3-甲基咪唑鎓六氟磷酸盐、n-烯丙基-2-烷基氯化吡啶鎓盐、氯代二哌啶碳鎓六氟磷酸盐中的至少一种。
5、在本专利技术的一种实施方式中，所述有机相和水相的体积比为1:3～6；优选1:4～5。
6、在本专利技术的一种实施方式中，所述四丁基碘化铵和离子液体的质量体积比为(0.5～1.0)g:1ml。
7、在本专利技术的一种实施方式中，所述四丁基碘化铵和乙腈的混合物与离子液体的体积比为7:3。
8、在本专利技术的一种实施方式中，所述碘与四丁基碘化铵的摩尔比为(0～1):1。
9、在本专利技术的一种实施方式中，所述硫酸锌和硫酸镁的摩尔比为(2～6):1。
10、在本专利技术的一种实施方式中，所述水相中硫酸锌的质量浓度为1～3m。
11、本专利技术还提供了一种自分层电解液的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
12、a)将四丁基碘化铵溶于乙腈，随后将其与离子液体混合，并向其中加入碘，得到有机相电解液；
13、b)将硫酸锌和硫酸镁溶于去离子水，得到水相电解液；
14、c)将有机相与水相混合，即可得到自分层的电解液。
15、在本专利技术的一种实施方式中，将四丁基碘化铵溶于乙腈后，四丁基碘化铵的浓度为1～1.5m。
16、在本专利技术的一种实施方式中，四丁基碘化铵乙腈溶液与离子液体的体积比为7:3。
17、在本专利技术的一种实施方式中，在步骤a)中，碘加入后，有机相电解液中碘的浓度为0～1m。
18、在本专利技术的一种实施方式中，在步骤b)中，所述水相电解液中，硫酸锌的浓度为1～3m，硫酸镁的浓度为0.5～1m。
19、在本专利技术的一种实施方式中，在步骤c)中，所述有机相和水相的体积比为1:3～6；优选1:4～5。
20、本专利技术还公开了一种包含上述自分层电解液的水系锌-碘二次电池。
21、在本专利技术的一种实施方式中，所述电池包括正极集流体、正极电流导线、负极集流体、负极电流导线、电池外壳及自分层电解液；所述自分层电解液填充于电池内部，所述正极电流导线与正极集流体相连，所述负极电流导线与负极集流体相连，所述负极电流导线从所述正极集流体中穿过，并与所述正极电流导线一起引出至电池外壳外部，所述负极电流导线与正极集流体以及正极电流导线之间未直接接触并保持绝缘状态，所述正极集流体与负极集流体之间未接触，并保持绝缘状态。
22、正极集流体和正极电流导线可引导电池正极电流输入/输出；述负极集流体和负极电流导线可引导电池负极电流输入/输出；自分层电解液则提供活性物质并实现电池内部电流传递。
23、在本专利技术的一种实施方式中，所述正极集流体为石墨毡；所述正极电流导线为耐腐蚀的钛或不锈钢；所述负极集流体为锌；所述负极电流导线为铜线；所述电池外壳为pet塑料外壳。
24、本专利技术还公开了一种上述水系锌-碘二次电池的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
25、a)将锌打孔并连接至带绝缘皮铜线末端；
26、b)将石墨毡插入上述连接有锌的铜线上，并避免锌和石墨毡直接接触；
27、c)将正极导线从铜线与石墨毡接口插入至石墨毡底部，并避免钛线和锌或铜线接触，完成一体式电极的制备；
28、d)将自分层电解液加入具有一体式电极的电池中；
29、e)完成加液后，将铜线及钛线引导至电池外壳外部，并对电池进行密封，即可完成自分层、无膜水系锌-碘二次电池的构筑。
30、有益效果：
31、(1)本专利技术电池的电解液由有机相和水相构成，其中有机相由四丁基碘化铵、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐和碘溶于乙腈中制成，水相由硫酸锌和硫酸镁和去离子水中组成。本专利技术的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种自分层电解液，其特征在于，所述电解液由有机相和水相组成，所述有机相由四丁基碘化铵、离子液体、碘和乙腈组成，所述碘与四丁基碘化铵的摩尔比为(0～1):1；所述水相由硫酸锌、硫酸镁和去离子水组成，所述有机相和水相的体积比为1:3～6。
2.根据权利要求1所述的自分层电解液，其特征在于，所述四丁基碘化铵和离子液体的质量体积比为(0.5～1.0)g:1mL，所述四丁基碘化铵和乙腈的混合物与离子液体的体积比为7:3；所述离子液体包括1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1,3-双(2,6-二异丙基苯基)咪唑鎓氯盐、2-氯-1,3-二甲基咪唑鎓六氟磷酸盐、1-正-丁基-3-甲基咪唑鎓六氟磷酸盐、N-烯丙基-2-烷基氯化吡啶鎓盐、氯代二哌啶碳鎓六氟磷酸盐中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的自分层电解液，其特征在于，所述硫酸锌和硫酸镁的摩尔比为(2～6):1，所述水相中硫酸锌的质量浓度为1～3M。
4.一种根据权利要求1～3中任一项所述的自分层电解液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的制备方法，在步骤a)中，将四
6.根据权利要求4所述的制备方法，在步骤b)中，所述水相电解液中，硫酸锌的浓度为1～3M，硫酸镁的浓度为0.5～1M。
7.一种包含权利要求1～3中任一项所述自分层电解液的水系锌-碘二次电池。
8.根据权利要求7所述的水系锌-碘二次电池，其特征在于，所述电池包括正极集流体、正极电流导线、负极集流体、负极电流导线、电池外壳及自分层电解液；所述自分层电解液填充于电池内部，所述正极电流导线与正极集流体相连，所述负极电流导线与负极集流体相连，所述负极电流导线从所述正极集流体中穿过，并与所述正极电流导线一起引出至电池外壳外部，所述负极电流导线与正极集流体以及正极电流导线之间未直接接触并保持绝缘状态，所述正极集流体与负极集流体之间未接触，并保持绝缘状态。
9.根据权利要求8所述的水系锌-碘二次电池，其特征在于，所述正极集流体为石墨毡；所述正极电流导线为耐腐蚀的钛或不锈钢；所述负极集流体为锌；所述负极电流导线为铜线；所述电池外壳为PET塑料外壳。
10.一种按照权利要求7～9中任一项所述的水系锌-碘二次电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种自分层电解液，其特征在于，所述电解液由有机相和水相组成，所述有机相由四丁基碘化铵、离子液体、碘和乙腈组成，所述碘与四丁基碘化铵的摩尔比为(0～1):1；所述水相由硫酸锌、硫酸镁和去离子水组成，所述有机相和水相的体积比为1:3～6。
2.根据权利要求1所述的自分层电解液，其特征在于，所述四丁基碘化铵和离子液体的质量体积比为(0.5～1.0)g:1ml，所述四丁基碘化铵和乙腈的混合物与离子液体的体积比为7:3；所述离子液体包括1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1,3-双(2,6-二异丙基苯基)咪唑鎓氯盐、2-氯-1,3-二甲基咪唑鎓六氟磷酸盐、1-正-丁基-3-甲基咪唑鎓六氟磷酸盐、n-烯丙基-2-烷基氯化吡啶鎓盐、氯代二哌啶碳鎓六氟磷酸盐中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的自分层电解液，其特征在于，所述硫酸锌和硫酸镁的摩尔比为(2～6):1，所述水相中硫酸锌的质量浓度为1～3m。
4.一种根据权利要求1～3中任一项所述的自分层电解液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的制备方法，在步骤a)中，将四丁基碘化铵溶于乙腈后，四丁基碘化铵的浓度为1～1.5m，...
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