一种梯度刚柔耦合固体电解质界面增强锌离子电池及其制备方法

本发明属于新能源材料，特别是涉及一种梯度刚柔耦合固体电解质界面增强锌离子电池及其制备方法。

背景技术：

1、锌离子电池(zibs)由于其低成本、环境友好性、高比容量(820mah g-1和5855mahcm-3)以及良好的安全性能，已成为极具潜力的储能系统。然而，枝晶生长、副反应(包括析氢反应和表面钝化)等问题严重影响了锌离子电池的性能和循环稳定性。为了解决这些问题，研究人员探索了多种稳定锌负极的策略，包括使用电解质添加剂、表面涂层以及三维负极结构等。

2、需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于对本申请的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于解决上述背景技术中存在的问题，提供一种梯度刚柔耦合固体电解质界面增强锌离子电池及其制备方法。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种梯度刚柔耦合固体电解质界面增强锌离子电池，包括：

4、正极，其包括氧化钒vo2正极材料；

5、负极，其包括金属锌；

6、隔膜，其放置于正极和负极之间；

7、电解液，其为含有znsif6添加剂的硫酸锌水溶液，所述znsif6添加剂在负极上诱导形成梯度刚柔耦合结构的固体电解质界面sei膜。

8、进一步地，所述sei膜主要由多孔碱式硫酸锌zhs作为骨架，znf2镶嵌其中形成纳米级锌离子传输通道。

9、进一步地，所述有znsif6添加剂的浓度为0.5mm。

10、进一步地，所述正极包括氧化钒vo2正极材料。

11、进一步地，所述隔膜为玻璃纤维隔膜。

12、一种用于提高锌离子电池负极性能的电解液，包含以下组分：

13、硫酸锌(znso4)水溶液，作为电解液的主体成分；

14、znsif6添加剂，用于在负极上诱导形成梯度刚柔耦合结构的固体电解质界面sei膜。

15、进一步地，所述znsif6添加剂的浓度为0.5mm。

16、一种所述的电解液的制备方法，将znsif6添加到znso4电解液中，充分搅拌至完全溶解，znsif6的浓度为0.5mm，制得含有znsif6添加剂的znso4电解液。

17、一种梯度刚柔耦合固体电解质界面增强锌离子电池制备方法，组装正极、负极和隔膜，注入所述电解液，密封电池。

18、本发明具有如下有益效果：

19、本发明提供一种通过在znso4(zso)电解液中添加znsif6来增强锌离子电池负极性能的新方案。通过添加znsif6电解质添加剂诱导形成梯度刚柔耦合结构固体电解质界面膜(sei)，从而显著增强锌离子电池性能。znsif6添加剂可促进在负极上形成稳定、富氟的固体电解质界面膜(sei)。该sei具有独特的梯度刚柔耦合结构，主要由多孔碱式硫酸锌(zhs)作为骨架，znf2嵌入其中，形成纳米级的锌离子传输通道。这种复合sei结构有效地防止了水的渗透，并促进了锌离子的去溶剂化，从而增强了锌离子迁移的驱动力和传输速度。

20、本发明中，znsif6添加剂可有效抑制析氢反应和碱式硫酸锌(zhs)副产物的生成，促进均匀的锌沉积，从而抑制枝晶生长。

21、本发明具有znsif6添加剂的电解质可显著提高锌负极的电化学性能，包括：

22、a)延长循环寿命：在0.5ma/cm2电流密度下循环超过3000小时，在10ma/cm2高电流密度下循环超过560小时。

23、b)提高库仑效率：zn||cu半电池测试中，平均库仑效率达到99.57％。

24、使用znso4+znsif6电解液的zn||vo2全电池表现出优异的倍率性能和循环寿命。

25、本发明实施例中的其他有益效果将在下文中进一步述及。

技术特征：

1.一种梯度刚柔耦合固体电解质界面增强锌离子电池，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的梯度刚柔耦合固体电解质界面增强锌离子电池，其特征在于，所述sei膜主要由多孔碱式硫酸锌zhs作为骨架，znf2镶嵌其中形成纳米级锌离子传输通道。

3.如权利要求1或2所述的梯度刚柔耦合固体电解质界面增强锌离子电池，其特征在于，所述有znsif6添加剂的浓度为0.5mm。

4.如权利要求1至3任一项所述的梯度刚柔耦合固体电解质界面增强锌离子电池，其特征在于，所述正极包括氧化钒vo2正极材料。

5.如权利要求1至4任一项所述的梯度刚柔耦合固体电解质界面增强锌离子电池，其特征在于，所述隔膜为玻璃纤维隔膜。

6.一种用于提高锌离子电池负极性能的电解液，其特征在于，包含以下组分：

7.如权利要求6所述的电解液，其特征在于，所述znsif6添加剂的浓度为0.5mm。

8.一种权利要求6或7所述的电解液的制备方法，其特征在于，将znsif6添加到znso4电解液中，充分搅拌至完全溶解，znsif6的浓度为0.5mm，制得含有znsif6添加剂的znso4电解液。

9.一种梯度刚柔耦合固体电解质界面增强锌离子电池制备方法，其特征在于，组装正极、负极和隔膜，注入如权利要求6或7所述电解液，密封电池。

技术总结一种梯度刚柔耦合固体电解质界面增强锌离子电池及其制备方法，该锌离子电池包括：正极，其包括氧化钒VO<subgt;2</subgt;正极材料；负极，其包括金属锌；隔膜，其放置于正极和负极之间；电解液，其为含有ZnSiF<subgt;6</subgt;添加剂的硫酸锌水溶液，ZnSiF<subgt;6</subgt;添加剂在负极上诱导形成梯度刚柔耦合结构的固体电解质界面SEI膜。该SEI膜由多孔碱式硫酸锌ZHS作为骨架，ZnF<subgt;2</subgt;嵌入其中，形成纳米级的锌离子传输通道。这种复合SEI结构有效地防止了水的渗透，并促进了锌离子的去溶剂化，从而增强了锌离子迁移的驱动力和传输速度，最终抑制了枝晶生长、析氢反应和表面钝化等问题，显著提高了锌离子电池的循环寿命、库仑效率和倍率性能。技术研发人员：康飞宇,黄永烽,郭荣胜,刘文宝,李泽健受保护的技术使用者：清华大学深圳国际研究生院技术研发日：技术公布日：2024/12/2