[发明专利]含有添加剂的水系锌离子电池电解液及其制备方法和电池

说明书

本发明公开了一种含有添加剂的水系锌离子电池电解液及其制备方法和电池。该电解液添加剂为含镧化合物(如硫酸镧、硝酸镧、氯化镧、醋酸镧及其水合物等)。该电解液添加剂能在锌金属沉积过程中通过吸附或沉积在锌金属表面形成一层保护层，该保护层可调节锌离子的沉积行为，有效的抑制锌枝晶的产生，从而提高电池的能量利用率和循环稳定性。配合高性能正极材料，将有助于推进水系锌离子电池的产业化进程。

技术领域

本发明属于水系锌离子电池技术领域，具体涉及一种含有添加剂的水系锌离子电池电解液及其制备方法和电池。

背景技术

锂离子电池能量密度高、循环寿命长和可逆性高等优点，已广泛的应用于便携式电子器件，电动汽车和航天等领域，在大规模储能等领域也有着良好的应用前景。但是锂离子电池成本高、锂资源匮乏以及安全性较差，其进一步的发展受到一定的限制。相比较于传统的有机系锂离子电池，水系锌离子电池具有高安全性、低成本和高离子电导率等优点，在大规模储能领域具有良好的应用前景。目前对于锌离子电池的研究大多集中在高性能正极材料的开发与改性，对于负极的研究关注较少。然而，研究显示，锌在沉积过程中倾向于以树枝状形式沉积而形成锌枝晶，其肆意生长到一定程度会脱落形成死锌，导致活性物质流失、库仑效率较低，甚至还会刺穿隔膜造成内部短路。因此，无枝晶的锌沉积是改善锌离子电池电化学性能的重要途径。电解液的改性是一种简单易行、较为有效的抑制枝晶生长的方法。电解液添加剂能显著改善电极/电解液界面性质，如诱导电极表面电流密度的均匀分布，减少局部极化增大等，从而调控锌的沉积行为，抑制枝晶的产生，改善水系锌离子电池的电化学性能，提高其循环寿命和库仑效率。

发明内容

针对于现有技术的不足，本发明的首要目的在于提供一种含有添加剂的水系锌离子电池电解液，该电解液添加剂可有效改善电极/电解液界面的电荷分布、成核等性质，从而诱导锌离子均匀沉积，降低极化电压，避免锌枝晶的生成，最终提高锌离子电池的电化学性能。本发明具有工艺简单，成本低廉等特点，这对促进锌离子电池的稳定性的提高以及商业化具有重大意义。

一种含有添加剂的水系锌离子电池电解液，是在水系锌离子电池电解液中添加能够电解出La³⁺的化合物。

优选的，所述的能够电解出La³⁺的化合物包括：硫酸镧、硝酸镧、氯化镧、醋酸镧及它们的水合物中的至少一种。进一步优选为硫酸镧。

优选的，所述的能够电解出La³⁺的化合物在电解液中的浓度为0.01-1mol/L，优选0.01-0.3mol/L。进一步优选为0.01-0.05mol/L，最优选0.03mol/L。

优选的，含有添加剂的水系锌离子电池电解液的工作电流范围为0.1mA·cm^-2-20mA·cm^-2。进一步优选为1mA·cm^-2-5mA·cm^-2。

优选的，所述的含有添加剂的水系锌离子电池电解液中包含ZnSO₄、Zn(NO₃)₂、ZnCl₂和Zn(CF₃SO₃)₂中的至少一种。进一步优选为ZnSO₄。

优选的，所述的含有添加剂的水系锌离子电池电解液制备的电池的负极为金属锌，正极为锰基氧化物、普鲁士蓝衍生物、钒基材料、聚阴离子化合物、Chevrel相化合物、有机正极材料中的至少一种。