用于浓碱性锌基电池的球状锌沉积生长调节剂、电解液

本发明属于碱性锌基电池，具体属于一种用于浓碱性锌基电池的球状锌沉积生长调节剂、电解液。

背景技术：

1、近年来，电动汽车、微电子和电网储能的蓬勃发展，增加了对具有优异性能和安全性的先进储能设备的迫切需求。低廉的成本，丰富的矿储产量，对环境友好，尤其是高安全可靠性，使得水系锌基电池成为具有竞争力的候选者之一。根据电解质的ph不同，水系锌基电池分为常规水系锌离子电池和碱性锌基电池。目前，各种水系碱性锌基电池已经被报道并部分商业化，如镍锌电池、锌银电池、锌锰电池和锌空电池等。

2、在碱性锌基电池中，由于锌负极的不稳定性阻碍了其大规模实际应用。区别于常规的水系锌离子电池碱性电解液，浓碱性电解液体系中的锌离子多以锌酸盐离子[zn(oh)4]2-形式存在并作为zn-zno沉积产物转换的中间体。在电沉积过程中，溶解的[zn(oh)4]2-在碱性电解液中多无规扩散，导致电极/碱性电解液界面上离子分布不均匀，存在较大浓度梯度差和空间电荷层，故而[zn(oh)4]2-倾向于聚集并沉积在尖端处。不均匀、蓬松的沉积结构进而生长为苔藓形态枝晶，加速电池的短路失效。此外，由于碱性电解液体系的特殊性，电极界面上的锌枝晶易与碱性电解液接触钝化会形成“死锌”，降低活性物质利用率。因此，调控锌负极在碱性电解液中的沉积生长形态对于进一步应用至关重要。

3、现有锌负极优化方法主要偏重于对锌负极表面积改性和三维结构设计来减少电极钝化，提高锌的利用率并抑制枝晶。这些策略通常采取“被动防御”的战术，并没有从本质上调控[zn(oh)4]2-无规扩散和尖端沉积问题。因此开发一种球状锌沉积生长调节剂，缓解碱性电解液中[zn(oh)4]2-的浓度差梯度分布并改变锌不均匀的沉积形态，具有重大的研究意义。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种用于浓碱性锌基电池的球状锌沉积生长调节剂、电解液，将含强阳离子基团的聚二甲基二烯丙基氯化铵(pda)作为球状锌沉积生长调节剂添加在碱性锌基电池的碱性电解液中，球状锌沉积生长调节剂会调节碱性电解液理化状态来降低锌酸盐离子[zn(oh)4]2-的扩散速率，并促进[zn(oh)4]2-均匀有序迁移，从而调控锌均匀成核进而诱导致密的球状生长。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于浓碱性锌基电池的球状锌沉积生长调节剂，所述浓碱性锌基电池碱性电解液的ph≈14，所述球状锌沉积生长调节剂为含强阳离子基团的聚二甲基二烯丙基氯化铵。

3、进一步的，聚二甲基二烯丙基氯化铵的结构式为：

4、

5、进一步的，将球状锌沉积生长调节剂添加到浓碱性锌基电池的碱性电解液中使用，以碱性电解液溶剂的总重量计，球状锌沉积生长调节剂添加的浓度范围为1％～10％。

6、进一步的，将球状锌沉积生长调节剂添加到浓碱性锌基电池的碱性电解液中使用，以碱性电解液溶剂的总重量计，球状锌沉积生长调节剂添加的浓度范围为5％。

7、本发明还提供一种浓碱性锌基电池的碱性电解液，所述碱性电解液中添加有球状锌沉积生长调节剂，所述球状锌沉积生长调节剂为含强阳离子基团的聚二甲基二烯丙基氯化铵。

8、进一步的，以碱性电解液溶剂的总重量计，球状锌沉积生长调节剂添加的浓度范围为1％～10％。

9、进一步的，以碱性电解液溶剂的总重量计，球状锌沉积生长调节剂添加的浓度范围为5％。

10、进一步的，所述碱性电解液的电解质包含水性溶剂和碱性电解质，所述碱性电解质为无机碱-氢氧化钾。

11、本发明还提供一种浓碱性锌基电池，所述浓碱性锌基电池的碱性电解液为上述碱性电解液。

12、进一步的，碱性电解液的浓度为3mol/l～8mol/l。

13、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

14、本发明提供了一种用于浓碱性锌基电池的球状锌沉积生长调节剂-含强阳离子基团的聚二甲基二烯丙基氯化铵，在碱性电解液中添加适量球状锌沉积生长调节剂，通过调节碱性电解液理化状态，降低锌酸盐离子[zn(oh)4]2-的扩散速率，并促进[zn(oh)4]2-有序迁移。此外，该球状锌沉积生长调节剂具有强亲锌作用，缓冲存在于电极和碱性电解液之间，进一步重构近锌电极侧的[zn(oh)4]2-的浓度排布，并促使其沿聚合物链有序传输移动。

15、本发明采用的球状锌沉积生长调节剂可以富集电极/碱性电解液界面处的均匀[zn(oh)4]2-离子流，避免空间电荷效应，调控锌均匀成核进而诱导致密的球状生长。

技术特征：

1.一种用于浓碱性锌基电池的球状锌沉积生长调节剂，其特征在于，所述浓碱性锌基电池碱性电解液的ph≈14，所述球状锌沉积生长调节剂为含强阳离子基团的聚二甲基二烯丙基氯化铵。

2.根据权利要求1所述的一种用于浓碱性锌基电池的球状锌沉积生长调节剂，其特征在于，聚二甲基二烯丙基氯化铵的结构式为：

3.根据权利要求1所述的一种用于浓碱性锌基电池的球状锌沉积生长调节剂，其特征在于，将球状锌沉积生长调节剂添加到浓碱性锌基电池的碱性电解液中使用，以碱性电解液溶剂的总重量计，球状锌沉积生长调节剂添加的浓度范围为1％～10％。

4.根据权利要求1所述的一种用于浓碱性锌基电池的球状锌沉积生长调节剂，其特征在于，将球状锌沉积生长调节剂添加到浓碱性锌基电池的碱性电解液中使用，以碱性电解液溶剂的总重量计，球状锌沉积生长调节剂添加的浓度范围为5％。

5.一种浓碱性锌基电池的碱性电解液，其特征在于，所述碱性电解液中添加有球状锌沉积生长调节剂，所述球状锌沉积生长调节剂为含强阳离子基团的聚二甲基二烯丙基氯化铵。

6.根据权利要求5所述的一种浓碱性锌基电池的碱性电解液，其特征在于，以碱性电解液溶剂的总重量计，球状锌沉积生长调节剂添加的浓度范围为1％～10％。

7.根据权利要求5所述的一种浓碱性锌基电池的碱性电解液，其特征在于，以碱性电解液溶剂的总重量计，球状锌沉积生长调节剂添加的浓度范围为5％。

8.根据权利要求5所述的一种浓碱性锌基电池的碱性电解液，其特征在于，所述碱性电解液的电解质包含水性溶剂和碱性电解质，所述碱性电解质为无机碱-氢氧化钾。

9.一种浓碱性锌基电池，其特征在于，所述浓碱性锌基电池的碱性电解液采用权利要求5～8中任一项所述的碱性电解液。

10.根据权利要求1所述的一种浓碱性锌基电池，其特征在于，碱性电解液的浓度为3mol/l～8mol/l。

技术总结本发明提供一种用于浓碱性锌基电池的球状锌沉积生长调节剂、电解液，将含强阳离子基团的聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDA)作为球状锌沉积生长调节剂添加在碱性锌基电池的碱性电解液中，球状锌沉积生长调节剂会调节碱性电解液理化状态来降低锌酸盐离子[Zn(OH)<subgt;4</subgt;]<supgt;2‑</supgt;的扩散速率，并促进[Zn(OH)<subgt;4</subgt;]<supgt;2‑</supgt;均匀有序迁移，从而调控锌均匀成核进而诱导致密的球状生长。技术研发人员：丁书江,张亚楠,赵洪洋受保护的技术使用者：西安交通大学技术研发日：技术公布日：2024/10/10