[发明专利]一种将阳离子添加剂引入锌离子电池电解质中的方法

说明书

本发明涉及一种将阳离子添加剂引入锌离子电池电解质中的方法，主要步骤为：向锌离子电池电解质中加入阳离子添加剂，所述电解质选自氯化盐、硫酸盐、硝酸盐、乙酸盐、磺酸盐、亚磺酸盐、磺酰亚胺盐中的一种或多种制备的水溶液电解质；所述添加剂选自伯胺盐表面活性剂、仲胺盐表面活性剂、叔胺盐表面活性剂、季铵盐型表面活性剂、杂环型表面活性剂、鎓盐型表面活性剂、金属阳离子中的一种或多种。本发明通过阳离子添加剂的引入不仅在一定程度上抑制了析氢反应，还可以有效地抑制锌枝晶的生长，将其用于水系锌离子电池时能大幅提高其循环稳定性。

技术领域

本发明属于锌金属离子电池领域，具体涉及一种将阳离子添加剂引入锌离子电池电解质的方法。

背景技术

锂离子电池作为一种高效的电化学储能装置，已经被广泛应用于电动汽车和移动通信领域。但是，潜在的安全隐患、稀缺的锂资源以及较高的生产成本等问题不利于锂离子电池的进一步发展。相比之下，水系锌离子具有较低的电池氧化还原电位、丰富的锌资源以及更为安全的水系电解质，有望替代锂离子电池。然而，水系锌离子电池的大规模应用也遇到了许多瓶颈，例如锌阳极的腐蚀、钝化、枝晶以及严重的析氢反应等等。其中，锌枝晶的形成和生长的问题尤为突出。在充放电过程中，锌离子的不均匀沉积使得阳极表面的枝晶不断增长，影响了电池的循环稳定性和使用寿命。并且随着树枝状的枝晶的生长，它们甚至可以刺穿隔膜，从而导致电池短路和爆炸。因此，需要寻找合适的方法来调节锌的动态沉积，以实现锌离子均匀致密的沉积。

为了解决锌金属负极上的枝晶问题，一些工作被证明能够有效地调节锌离子的动态沉积，抑制锌枝晶的生长。Long小组将锌电极设计成多孔、单片的三维线状结构，通过增加电极的表面积来促进锌的均匀沉积，从而减缓锌枝晶的生长(EnergyEnvironmentalScience,2014,9,1117-1124)。但是此方法成本较高、工序较为复杂，不利于大规模地应用和生产。专利CN202011030473在锌箔表面形成了一层聚多巴胺的保护层，虽然该方法工艺简单，但是生成的薄膜层结构不够牢固，在充放电过程中容易破裂剥落，对电池的稳定性并没有明显地改善。同时，保护层的构建降低了离子电导率，使得锌金属负极的电化学动力性能下降，阻碍了锌离子电池的进一步发展。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种将阳离子添加剂引入锌离子电池电解质的方法，调节锌的动态沉积以实现锌离子均匀致密的沉积，以抑制锌枝晶的增长，该方法包括：向锌离子电池电解质中加入阳离子添加剂，其中，所述电解质选自氯化盐、硫酸盐、硝酸盐、乙酸盐、磺酸盐、亚磺酸盐、磺酰亚胺盐中的一种或多种制备的水溶液电解质；所述添加剂选自伯胺盐表面活性剂、仲胺盐表面活性剂、叔胺盐表面活性剂、季铵盐型表面活性剂、杂环型表面活性剂、鎓盐型表面活性剂、金属阳离子中的一种或多种。

进一步地，上述步骤中，所述伯胺盐表面活性剂的化学式为RNH₂·HCl，R为烷基，且R中碳原子数量为1-20；所述仲胺盐表面活性剂的化学为R₁NHR₂·HCl，其中，R₁、R₂为烷基，且R₁、R₂中碳原子数量为1-20；所述叔胺盐表面活性剂化学式为R₁NR₂(R₃)·HCl，其中，R₁、R₂、R₃为烷基，且R₁、R₂、R₃中碳原子数量为1-20；季铵盐型表面活性剂的结构式为：其中，R₁、R₂、R₃、R₄为烷基，且R₁、R₂、R₃、R₄中碳原子数量为1-20。