水系锌离子电池低温域电解液添加剂及其应用

本发明属于电池电解液，尤其涉及一种水系锌离子电池低温域电解液添加剂及其应用。

背景技术：

1、锂离子电池具有高能量密度、长循环寿命和低自放电率等优点，是当今社会的主流二次电池，在电子设备、能源、领域发挥着重要作用。但是，锂离子电池存在制造成本较高、安全性低等缺点，而新兴的水系锌离子电池具有高能量密度、低成本、安全环保的特点，备受广大研究者的关注。

2、然而，由于水系锌离子电池电解液中含有大量的水，导致一系列问题产生。诸如正极溶解，负极腐蚀，钝化以及析氢反应等。而电解液作为电池的“血液”在电池的高效循环中发挥着不可替代的作用。为此，引入电解液添加剂是一种非常简单高效的策略。现有电解液采用的添加剂(比如二甲基亚砜、十二烷基硫酸钠)有毒且成本高，完全背离水系锌电池安全，成本低廉的优点。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是提供一种经济、安全、高效的水系锌离子电池低温域电解液添加剂及其应用。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

3、乙酰脲(c3h6n2o2，缩写为ace)用作水系锌离子电池低温域电解液添加剂。

4、水系锌离子电池低温域电解液，包括可溶性锌盐和上述添加剂。

5、可溶性锌盐浓度为1～4mol/l，添加剂的浓度为0.01～0.05mol/l。

6、可溶性锌盐浓度为2～4mol/l，添加剂的浓度为0.01～0.02mol/l。

7、可溶性锌盐为硫酸锌、氯化锌、溴化锌、硝酸锌、乙酸锌、三氟甲烷磺酸锌中的一种或其组合。

8、上述电解液添加剂或电解液在制备水系锌离子电池中的应用。

9、水系锌离子电池，包括正极、负极、隔膜以及上述电解液。

10、正极为锰基氧化物、钒基氧化物、普鲁士蓝类似物。

11、负极为锌或锌合金。

12、隔膜为玻璃纤维、定性滤纸、聚丙烯纤维隔膜。

13、针对目前水系锌离子电池存在的问题，发明经研究发现，乙酰脲可用作水系锌离子电池低温域电解液添加剂。由于乙酰脲中存在直接相连羰基和氨基，羰基中的o原子与锌离子的结合能大，可取代锌离子溶剂化鞘结构中的部分水分子，减少锌离子溶剂化鞘结构中的水分子数量；同时，在锌负极尖端表面原位生成固态电解质界面层(sei)，该sei层抑制锌尖端的继续长大成锌枝晶，同时阻止水分子与zn负极表面的接触，有效抑制了锌表面的析氢反应及腐蚀反应，以适应在低温条件下的充放电进程。因此，采用本发明提供的电解液形成的水系锌离子电池，展现出高循环稳定性，而且，本发明添加剂添加量极少，电解液易于配制，具有成本低廉、可重复性强等特点。总之，本发明以安全低成本的方法解决了目前水系锌离子电池负极存在的枝晶、析氢、腐蚀等问题，获得高性能的水系锌电池，可助力锌电池低成本、高性能发展，大大推动水系锌电池商业化应用进程。

技术特征：

1.乙酰脲用作水系锌离子电池低温域电解液添加剂。

2.一种水系锌离子电池低温域电解液，其特征在于包括可溶性锌盐和权利要求1所述的添加剂。

3.根据权利要求2所述的电解液，其特征在于：所述可溶性锌盐浓度为1～4mol/l，所述添加剂的浓度为0.01～0.05mol/l。

4.根据权利要求3所述的电解液，其特征在于：所述可溶性锌盐浓度为2～4mol/l，所述添加剂的浓度为0.01～0.02mol/l。

5.根据权利要求2所述的电解液，其特征在于：所述可溶性锌盐为硫酸锌、氯化锌、溴化锌、硝酸锌、乙酸锌、三氟甲烷磺酸锌中的一种或其组合。

6.权利要求1所述电解液添加剂或权利要求2所述电解液在制备水系锌离子电池中的应用。

7.一种水系锌离子电池，其特征在于包括正极、负极、隔膜以及权利要求2所述电解液。

8.根据权利要求7所述的水系锌离子电池，其特征在于：所述正极为锰基氧化物、钒基氧化物、普鲁士蓝类似物。

9.根据权利要求7所述的水系锌离子电池，其特征在于：所述负极为锌或锌合金。

10.根据权利要求7所述的水系锌离子电池，其特征在于：所述隔膜为玻璃纤维、定性滤纸、聚丙烯纤维隔膜。

技术总结本发明公开了乙酰脲用作水系锌离子电池低温域电解液添加剂。由于乙酰脲中存在直接相连羰基和氨基，羰基中的O原子与锌离子的结合能大，可取代锌离子溶剂化鞘结构中的部分水分子，减少锌离子溶剂化鞘结构中的水分子数量；同时，在锌负极尖端表面原位生成固态电解质界面层SEI，该SEI层抑制锌尖端的继续长大成锌枝晶，同时阻止水分子与Zn负极表面的接触，有效抑制了锌表面的析氢反应及腐蚀反应，以适应在低温条件下的充放电进程。本发明以安全低成本的方法解决了目前水系锌离子电池负极存在的枝晶、析氢、腐蚀等问题，获得高性能的水系锌电池，可助力锌电池低成本、高性能发展，大大推动水系锌电池商业化应用进程。技术研发人员：何会兵,吕汶松,郭诚越,谭祎,翁浩凡受保护的技术使用者：广西大学技术研发日：技术公布日：2024/11/4