【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及二次电池，具体涉及一种水系锌离子电池用电解液及水系锌离子电池。
技术介绍
1、在近年来的研究与发展中，随着移动通信终端和电动汽车等设备的快速普及，社会对高效、稳定的电化学储能系统的需求日益增长。锂离子电池以其较长的循环寿命和理想的重量能量密度，在众多电池体系中技术最为成熟，因而得到了广泛的应用。然而，由于其高成本、安全性问题以及对环境的潜在影响，锂离子电池的进一步发展受到了限制，这促使人们迫切寻求开发新型非锂的电化学储能体系。
2、在探索替代锂离子电池的新型电池体系中，以锌为负极的水系锌离子电池因其低成本、环保特性以及安全性而受到关注，显示出成为未来电化学储能系统新选择的巨大潜力。锌作为一种在地壳中含量丰富的元素，不仅成本较低，而且环境友好，其体积能量密度高达5855 mah cm-3。水系锌离子电池常采用硫酸锌水溶液作为电解液，但锌负极在其中的枝晶生长和副反应等问题，严重限制了电池的循环寿命和商业化前景，枝晶生长不仅可能导致电池短路，还可能因枝晶破碎引起“死锌”的形成，同时析氢反应的发生也会产生大量氢气，对电池结构造成破坏，并可能产生副产物，极大损害了锌离子电池的可逆性及循环稳定性。
3、无论腐蚀、析氢还是锌枝晶生长都源于不稳定的锌负极/电解液界面。因此，通过合理调控锌负极/电解液界面可以有效抑制副反应发生和锌枝晶生长。为了提升锌负极的可逆性，科研工作者们为提升锌的可逆性进行了一系列创新性研究。这些研究主要集中于优化锌负极的结构、在锌表面构建人工涂层，以及开发功能性电解液添加剂。特别是功能
4、2022年5月钟芸等在《用于提升水系锌离子电池电极稳定性的电解液优化研究》一文中设计了一系列功能性添加剂对电解液进行优化以提升水系锌离子电池电极的循环稳定性，其中公开了在2m znso4或2m zn(cf3so3)2电解液中加入0.05m、0.1m和0.15m的谷氨酸钠，能够抑制界面副反应和锌枝晶生长，提高锌负极的库伦效率和循环寿命，谷氨酸钠添加量为0.1 m表现出最佳的循环寿命，在5 ma cm−2（电流密度）/5 mah cm−2（面容量）测试条件下，组装的zn||zn对称电池的循环寿命可达1800h；含0.1 m的znso4电解液中，在2 ma cm−2/1 mah cm−2测试条件下，zn||cu半电池的平均库伦效率可达99.75%，并稳定维持1700次循环。
5、2023年8月唐晓宁等在《甘氨酸电解液添加剂对水系锌离子电池电化学性能的影响》一文中，提出了将甘氨酸作为电解液添加剂引入常规水系znso4电解质中，gly中的极性基团(-cooh和-nh2)可以调节zn2+的溶剂化结构，从而重新分配zn2+的沉积以避免枝晶和副反应发生，添加量为50 mmol/l时，在1 ma cm−2（电流密度）/1 mah cm−2（面容量）测试条件下，组装的zn||zn对称电池的循环寿命可达3000h。
6、但上述功能添加剂仅能为锌负极提供单方面的有限保护，并且在电池循环过程中，原位形成的sei膜可能会从锌负极上破裂或脱落，导致包含该添加剂的电解液对水系锌离子电池的循环稳定性的提升仍然有限。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种水系锌离子电池用电解液，解决现有电解液形成的水系锌离子电池循环稳定性差的问题。
2、本专利技术的第二个目的在于提供一种水系锌离子电池，解决现有水系锌离子电池的循环稳定性差的问题。
3、为了解决上述技术问题，本专利技术的水系锌离子电池用电解液的技术方案为：
4、一种水系锌离子电池用电解液，包括锌盐和5~15mm的boc-d-谷氨酸。
5、本专利技术是对现有技术进行改进，提供的水系锌离子电池用电解液，通过在电解液中添加boc-d-谷氨酸（c10h17no6），boc-d-谷氨酸能够调节电解液溶剂化结构，修饰锌负极/电解液界面，并在锌负极表面原位生成固态电解质膜sei，具有抑制枝晶生长、抗腐蚀、减缓析氢反应等特征，能够大幅提高水系锌离子电池的循环稳定性。
6、为了进一步抑制锌枝晶的生长，优选地，所述电解液由水和1~1.5m的锌盐、5~15mm的boc-d-谷氨酸组成。
7、为了进一步提高水系锌离子电池的循环寿命，优选地，所述电解液由水和1~1.5m的锌盐、10~12mm的boc-d-谷氨酸组成。
8、为了进一步抑制锌枝晶的生长，优选地，所述锌盐为znso4。
9、本专利技术的水系锌离子电池的技术方案为：
10、一种水系锌离子电池，包括所述的水系锌离子电池用电解液。
11、本专利技术提供的水系锌离子电池，通过采用包含有boc-d-谷氨酸添加剂的电解液，利用boc-d-谷氨酸的抑制枝晶生长、抗腐蚀、减缓析氢反应的作用，大幅提高水系锌离子电池的循环稳定性。本专利技术提供的水系锌离子电池，在5 ma cm−2/5 mah cm−2测试条件下，zn||zn对称电池的循环寿命可达2000h；在1 ma cm−2/1 mah cm−2测试条件下，zn||zn对称电池的循环寿命可达5750h。在1 ma cm−2/1 mah cm−2测试条件下，zn||cu半电池可循环1300圈，其平均库伦效率可达99.7%。
12、优选地，所述水系锌离子电池为锌/锌对称电池或锌/铜半电池。
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1.一种水系锌离子电池用电解液，其特征在于，包括锌盐和5~15mM的BOC-D-谷氨酸。
2.如权利要求1所述的水系锌离子电池用电解液，其特征在于，所述电解液由水和1~1.5M的锌盐、5~15mM的BOC-D-谷氨酸组成。
3.如权利要求1或2所述的水系锌离子电池用电解液，其特征在于，所述电解液由水和1~1.5M的锌盐、10~12mM的BOC-D-谷氨酸组成。
4.如权利要求1所述的水系锌离子电池用电解液，其特征在于，所述锌盐为ZnSO4。
5.一种水系锌离子电池，其特征在于，包括权利要求1-4任一项所述的水系锌离子电池用电解液。
6.如权利要求5所述的水系锌离子电池，其特征在于，所述水系锌离子电池为锌/锌对称电池或锌/铜半电池。
【技术特征摘要】
1.一种水系锌离子电池用电解液，其特征在于，包括锌盐和5~15mm的boc-d-谷氨酸。
2.如权利要求1所述的水系锌离子电池用电解液，其特征在于，所述电解液由水和1~1.5m的锌盐、5~15mm的boc-d-谷氨酸组成。
3.如权利要求1或2所述的水系锌离子电池用电解液，其特征在于，所述电解液由水和1~1.5m的锌盐、10...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐彬瑞，王广宾，柳勇，麦焕晓，孟庆端，刘博，刘敏，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：
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