一种电解液及其制备方法和应用

本申请实施例涉及水系锌离子电池，特别是涉及一种电解液及其制备方法和应用。

背景技术：

1、水系锌离子电池(锌离子电池)具有高安全性、制造工艺简单和低成本等优点，在大规模储能系统中具有巨大潜力。然而，锌离子电池的实际应用受到锌金属负极利用效率低和正极材料容量低的限制。电解液优化是实现无枝晶锌负极和高性能正极的有效方法。目前已有的电解质体系包括“盐包水”电解质、无机胶体电解质、凝胶电解质和固态电解质。不幸的是，这些电解质总是面临成本与锌离子电池性能之间的权衡困境，开发新型电解液以满足经济和实际要求仍然是一个挑战。

技术实现思路

1、有鉴于此，本申请实施例提供一种电解液及其制备方法和应用，该电解液利用低成本高熵海水中的碱金属阳离子(na+、k+、ca2+、mg2+)的静电屏蔽效应引导均匀的锌沉积；另外，碱金属阳离子在循环过程中可以进行额外的嵌入/脱出反应，从而提高正极材料的比容量；使用海水作为电解液溶剂应用于电池中，使得水系锌离子电池具有高稳定性、高倍率性能和长循环寿命等优点，能够有效克服现有锌离子电池的实际应用受到锌金属负极利用效率低和正极材料容量低面，以及电解质体系成本与锌离子电池性能之间存在矛盾等缺陷。

2、本申请实施例第一方面提供一种电解液，包括水性电解质和溶剂；

3、其中，所述溶剂为海水，所述水性电解质包括在充放电过程中能够在负极还原沉积为金属且该金属能可逆氧化溶解的负极金属离子。

4、作为可充电电池领域的新兴热点，高熵电解质可以提供多样的溶剂化结构和丰富的界面化学，能扩宽电化学稳定窗口，增强离子电导率，实现稳定的电解质界面，从而极大地提高电池性能。天然海水具有丰富盐类组成和高盐浓度的特征，是配置锌离子电池高熵电解质最有前景的天然溶剂。首先，海水中的碱金属阳离子(na+、k+、ca2+、mg2+)还原电位较低，吸附能较锌离子更强，可通过静电屏蔽效应引导均匀的锌沉积。其次，海水电解质中的碱金属阳离子在循环过程中可以进行额外的嵌入/脱出反应，从而促进正极材料的比容量。

5、当前，具有多样溶剂化结构和丰富界面化学特性的高熵电解质是实现无枝晶锌负极和高性能正极的最经济实用策略。在此，使用海水作为天然溶剂配置锌离子电池高熵电解质，可以摆脱对超纯水的极端依赖，推动海水资源的综合利用，促进基于海水的二次电池的发展，具有广阔的工业化应用前景。

6、在可以包括上述实施例的一些实施例中，所述海水采用干净无污染且经过滤处理的海水。

7、在可以包括上述实施例的一些实施例中，所述负极金属离子为锌离子。

8、在可以包括上述实施例的一些实施例中，所述水性电解质为锌盐。

9、在可以包括上述实施例的一些实施例中，所述锌盐为氯化锌、三氟甲烷磺酸锌、硫酸锌、醋酸锌中的至少的一种；或

10、所述锌离子盐为硫酸锌或三氟甲烷磺酸锌。

11、需要说明的是，选取硫酸锌作为锌盐，主要优势在于：原材料丰富，成本低廉。

12、在可以包括上述实施例的一些实施例中，所述锌盐的浓度为0.47m-3m；或

13、所述锌盐的浓度为0.94m-2.8m；或

14、所述锌盐的浓度为1.5m-2.5m。

15、本申请实施例第二方面还提供一种上述的电解液的制备方法，包括以下步骤：

16、从海洋中取海水，使用滤纸过滤后获得澄清无固体杂质的海水，备用；将锌离子盐加入过滤后的所述海水中，搅拌至无色澄清透明溶液，即得电解液。

17、更为具体的是，包括以下步骤：(1)从中国南海海洋中取海水，使用滤纸过滤后获得澄清无固体杂质的海水，备用；(2)按摩尔浓度称量一定质量的硫酸锌置于烧杯中；(3)移取摩尔浓度相应体积过滤后的海水加入步骤(2)的烧杯中，加入搅拌磁子充分搅拌20-30min至无色澄清透明溶液；(4)将步骤(3)中无色澄清透明溶液转移至容量瓶中定容，即得不同浓度的电解液。

18、在可以包括上述实施例的一些实施例中，所述搅拌时间为20-30min；或

19、所述电解液的浓度为0.47m-3m。

20、本申请实施例第三方面还提供如上述的电解液在水系锌离子电池上的应用。

21、在可以包括上述实施例的一些实施例中，所述水系锌离子电池包括正极、负极和电解液，所述电解液为上述的电解液。

22、本申请实施例与现有技术相比，具有如下有益效果：

23、1、本申请实施例能够摆脱对超纯水的极端依赖，推动海水资源的综合利用，促进基于海水的二次电池的发展，提供一种工艺简单、性能优良、重复性好、成本低廉且可大面积应用的水系锌离子电池；

24、2、本申请实施例使用低成本高熵海水做溶剂，加入一定浓度的锌盐即可制备高熵海水电解液，操作简单，重复性好，可大面积制备，批量生产；

25、3、本申请实施例利用海水中的碱金属阳离子既可以在负极上形成静电屏蔽层引导均匀的锌沉积，又可以在循环过程中进行额外的嵌入/脱出反应，从而提高正极材料的比容量；使得电池具有高稳定性、高倍率性能和长循环寿命等优点；

26、4、本申请制备方法简单，资源丰富，成本低廉，扩宽了电解液体系，具有广阔的工业化应用前景。

技术特征：

1.一种电解液，其特征在于，包括水性电解质和溶剂；

2.根据权利要求1所述的电解液，所述海水采用干净无污染且经过滤处理的海水。

3.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述负极金属离子为锌离子。

4.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述水性电解质为锌盐。

5.根据权利要求4所述的电解液，其特征在于，所述锌盐为氯化锌、三氟甲烷磺酸锌、硫酸锌、醋酸锌中的至少的一种；或

6.根据权利要求4所述的电解液，其特征在于，所述锌盐的浓度为0.47m-3m；或

7.一种权利要求1-6任一项所述的电解液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的电解液的制备方法，其特征在于，所述搅拌时间为20-30min；或

9.如根据权利要求1-6任一项所述的电解液在水系锌离子电池上的应用。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述水系锌离子电池包括正极、负极和电解液，所述电解液为权利要求1-6任一项所述的电解液。

技术总结本申请实施例涉及一种电解液及其制备方法和应用，属于水系锌离子电池技术领域。本申请实施例旨在解决现有锌离子电池的实际应用受到锌金属负极利用效率低和正极材料容量低面，以及电解质体系成本与锌离子电池性能之间存在矛盾的技术问题。本申请实施例的电解液，包括水性电解质和溶剂；其中，溶剂为海水，水性电解质包括在充放电过程中能够在负极还原沉积为金属且该金属能可逆氧化溶解的负极金属离子。本申请实施例利用海水中的碱金属阳离子既可以在负极上形成静电屏蔽层引导均匀的锌沉积，又可以在循环过程中进行额外的嵌入/脱出反应，从而提高正极材料的比容量；使得电池具有高稳定性、高倍率性能和长循环寿命等优点。技术研发人员：田新龙,周传聪,史晓东,刘雨昊,南晴,张杰,赵泽军受保护的技术使用者：海南大学技术研发日：技术公布日：2024/9/2